Теплообменник для ГВС от отопления — виды и варианты установки

В процессе строительства, ремонта или модернизации системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения многим приходится сталкиваться с таким видом оборудования как теплообменные аппараты. Чтобы правильно подобрать устройство и купить пластинчатый теплообменник в СПб с оптимальными характеристиками, необходимо иметь базовые представления о принципах функционирования и основных параметрах данного оборудования.

Теплообменник представляет собой установку, в рабочем блоке которого осуществляется теплообмен между средами различной температуры. Среды (теплоноситель и теплопотребитель) разделены тонкими стенами труб или пластинами, если речь идет о пластинчатом теплообменнике (ПТ). За счет изменения площади теплообмена меняется количество тепловой энергии, которую нагревающая среда передает нагреваемой.

Сфера применения теплообменников чрезвычайно обширна: они используются в системах отопления, горячего водоснабжения, при монтаже систем охлаждения и подогрева бассейнов. С помощью данных установок инженерам удается реализовать эффективные современные решения не только на крупных предприятиях, но и в многоэтажных жилых домах, частных коттеджах и в квартирах. В промышленности это оборудование широко применяется в машиностроении, при производстве пищевых продуктов, в фармацевтической отрасли.

Зная базовые характеристики и принципы подбора теплообменных установок, можно обеспечить высокую эффективность работы данного оборудования и избежать излишних расходов. Если есть сомнения в выборе, то правильным решением будет получение консультации у специалистов компании, занимающейся поставками данного оборудования, к примеру – менеджеров ООО «Сервис-ПТО». Они не только выполнят необходимые расчеты и подберут подходящее оборудование, но и предоставят информационную и сервисную поддержку в процессе эксплуатации.

Определение задачи

Первый этап при подборе теплообменника – определение задач, которые с его помощью предстоит решить. Так как главная функция теплообменника – передача тепла от одной среды к другой, нужно определиться, что требуется сделать – нагреть или охладить рабочую среду. Также важно знать, где будет устанавливаться теплообменник – к примеру, требуется теплообменник для бассейна, монтажа системы ГВС в коттедже, системы отопления, вентиляции или для других технологических процессов. Определившись с назначением и местом расположения, можно приступать к подбору основных характеристик данного оборудования.

Если подбирается теплообменник для системы ГВС, нужно определиться с количеством смесителей и необходимой температурой подачи (включая возможность перехода на «летний» режим работы) и расходы жидкостей, которые необходимо нагреть или охладить. При использовании теплообменника для холодоснабжения потребуется знать рабочие температуры, чтобы заранее правильно рассчитать мощность оборудования. При монтаже вентиляционной системы и системы отопления также потребуется знать мощность системы и температуру подачи теплоносителя.

Разновидности теплообменников для ГВС-систем

Сегодня их множество, однако среди всех самыми популярными для использования в быту являются два: это системы кожухотрубного и пластинчатого типа. Следует отметить, что кожухотрубные системы почти исчезли с рынков из-за низких показателей КПД и больших размеров.

Из-за чередования пластин по парам появляются такие полости, которые при работе заполняются или жидкостью для нагрева, или носителем тепла. Именно за счет такой конструкции и принципа действия смещение сред между собой исключается полностью.

Посредством направляющих каналов жидкости в теплообменнике двигаются друг к другу, заполняя четные полости, после чего выходят из конструкции, получив или отдав некоторую часть энергии тепла.

Чем больше пластин по количеству и размеру будет в одном теплообменнике, тем большую площадь он сможет охватить, и тем больше будет его производительность и полезное действие при работе.

Для ряда моделей на балке направления между запорной плитой и станиной есть пространство. Его достаточно для того, чтобы установить пару-тройку плит такого же типа и размера. В таком случае плитки, устанавливаемые дополнительно, будут монтироваться парами.

Все теплообменники пластинчатого типа можно поделить на несколько категорий:

• 1. Паяные, то есть неразборные и имеющие герметичный основной корпус.
• 2. Разборные, то есть состоящие из нескольких отдельных плиток.

Главное преимущество и плюс работы с разборными конструкциями заключается в том, что их можно дорабатывать, модернизировать и улучшать, от есть удалять лишние или же добавлять новые пластинки. Что же касается конструкций паяных, то у них такой функции нет.

Однако более популярными сегодня являются пластинчатые паяные системы обеспечения теплом, и популярность их основана на отсутствии зажимных элементов. Благодаря этому они отличаются компактными размерами, которые никак не влияют на полезность и работоспособность.

Способы подбора теплообменника

Существует несколько вариантов подбора теплообменника:

• Самостоятельный расчет необходимых параметров по формулам. Имея профильное образование, справиться с этой задачей возможно, однако затем придется делать выбор одной из нескольких подходящих типомоделей от разных производителей и с разной ценой. Не зная досконально рынок данного оборудования, можно легко ошибиться, приобрести недорогое, но низкокачественное оборудование либо же переплатить за ненужные опции.
• Подбор профессиональными инженерами с помощью специального программного обеспечения. Данный подход позволяет избежать ошибок, так как специалист учитывает и пожелания по бюджету, и все вводные данные: габариты места монтажа, необходимую мощность, температурный режим и пр. Инженеры подбирают не только теплообменник, но и полный набор расходных материалов для установки. Большинство специализированных , осуществляют расчет и подбор теплообменников бесплатно.

От каких факторов зависит эффективность

На работоспособность влияют несколько факторов:

• Конструкция устройства.
• Режим работы, температура отдающего теплоносителя.
• Величина потерь тепла или, проще, состояние внутренней поверхности трубок (отсутствие накипи или наслоений, работающих как теплоизолятор и снижающих способность к принятию или отдаче тепловой энергии).

Поскольку устройство выбирается на стадии проектирования и монтажа, а режим работы устанавливается при настройке системы отопления в целом, то наиболее важным фактором становится борьба с потерями. Для этого теплообменник бытовой периодически промывают и очищают с помощью различных средств

, которых достаточно в продаже.

Для удаления накипи применяют кислотные составы, а жировые отложения очищаются с помощью каустической соды. После очистки устройство тщательно промывают и вновь подключают к оборудованию. Другим средством, осуществляющим профилактику и снижающим степень загрязнения, являются фильтры. С их помощью отсеиваются посторонние частицы, взвесь, жировые соединения. При этом, фильтры также подлежат периодической промывке или замене.

Необходимые характеристики

Параметры и необходимые характеристики зависят от типа теплообменника. Чаще всего используются поверхностные теплообменники: в них не происходит смешения сред. Среди них выделяют регенеративные и рекуперативные установки (в зависимости от направления потока теплоносителя).

Также в зависимости от конструктивных особенностей выделяют теплообменники с плоской поверхностью (пластинчатые теплообменники, спиральные) и трубчатые (кожухотрубные, змеевиковые, «труба в трубе»).

Ключевыми характеристиками теплообменника, независимо от его типа, считаются:

• Рабочее давление и температура теплоносителя. Чем выше данные параметры, тем выше цена оборудования.
• Площадь поверхности теплообмена.
• Требуемая мощность теплообменника. Если речь идет о пластинчатом теплообменнике, то в зависимости от мощности подбирается необходимое количество пластин.
• Расход теплоносителя, рабочей среды.

Данные для расчета

Для выбора теплообменника необходимо знать:

1. Мощность процесса теплообмена. Если она неизвестна, то для системы ГВС нужно определить количество точек водозабора (смесителей), для отопительной системы – площадь отапливаемых помещений.
2. Источник тепла. Это может быть ТЭЦ, котельная, центральный тепловой пункт.
3. Максимальная рабочая t, температурные графики источника тепла и системы-потребителя.
4. Схема присоединения ГВС.
5. Тип среды: сведения о греющей и нагреваемой среде (t на входе и выходе, потери давления и расход среды). Для нагреваемой среды также нужно знать процентное отношение запаса мощности.
6. Расход рабочей среды. Нужно знать, какая масса рабочей среды проходит через теплообменную установку за определенный интервал времени. Для вычисления данного параметра плотность среды умножается на ее объем.
7. Допустимые потери по напору. При прохождении через теплообменник теплоносителя и теплопотребителя происходит падение давления рабочей среды. Если снижение давления слишком велико, нарушится процесс теплопередачи, например, теплоноситель не будет достигать верхних этажей здания.
8. Дополнительно, при использовании нестандартных сред, могут понадобиться значения теплоемкости, вязкости теплоносителя, теплопроводимость.

Остановимся подробнее на наиболее важных данных.

Тип среды

В теплообменниках могут использоваться следующие виды промышленных теплоносителей:

• водяной пар;
• теплоносители с высокой температурой кипения (органические, жидкометаллические, ионные и пр.);
• топочные газы;
• неорганические теплоносители.

Выбор рабочей среды зависит от ряда факторов:

• необходимой рабочей температуры;
• необходимых показателей плотности;
• расчетных показателей вязкости;
• удельной теплоемкости;
• расчетного коэффициента теплопроводности.

Максимальная рабочая температура

Теплоноситель поступает в теплообменник, отдает часть своего тепла среде-потребителю, после чего выходит из теплообменного аппарата с уже изменившейся температурой. Важно знать и температуру подаваемого теплоносителя, и необходимую температуру нагрева/охлаждения среды-потребителя.

Важно понимать, что чем выше рабочая температура внутри теплообменного аппарата, тем более жесткими должны быть требования к материалам, используемым для его изготовления, и к конструкции теплообменника.

Максимальное рабочее давление

Как и в случае с рабочей температурой, чем выше внутри теплообменника давление, тем жестче требования к его конструкционным особенностям и используемым при проектировании материалам. Теплообменники, рассчитанные на работу под высоким давлением, обычно стоят дороже.

Помимо максимально допустимого рабочего давления важна и максимальная тепловая нагрузка — способность аппарата передавать от теплоносителя к теплопотребителю нужное количество тепла. Оборудование с высокими нормами тепловой нагрузки обычно имеет большие габариты и работает под большим давлением.

Расчет

Опираясь на данные, полученные при определении технических условий эксплуатации, производится расчет теплообменника. Существует несколько вариантов данного расчета, каждый из которых подходит для конкретных целей и задач:

• Тепловой расчет применяется при проектировании теплообменников заданной мощности и при монтаже готовых установок в заданных условиях. Главная задача этого вида расчета – определение оптимального типа теплообменника и формы теплообменной поверхности. Кроме того он позволяет определить эффективность теплопередачи, площадь теплообменной поверхности, массовый расход теплоносителя и его t на выходе.
• Гидравлический расчет. Позволяет подобрать оптимальные гидравлические параметры теплоносителя, в частности, скорость движения теплоносителя, с учетом гидравлического сопротивления контура, по которому движется теплоноситель, затрат энергии на перекачивание теплоносителя внутри контура и площади поверхности теплообмена.
• Конструктивный расчет. Выполняется на стадии проектирования теплообменной установки на основании данных, полученных при тепловом и гидравлическом расчете. К примеру, с его помощью можно рассчитать необходимое кол-во пластин пластинчатого теплообменника, количество труб и их длину в кожухотрубном теплообменнике и пр.
• Механический расчет. Необходим для оценки способности теплообменника выдерживать факторы внутренней и внешней механической нагрузки (изгиб, сжатие, растяжение и пр.).
• Расчет температурных напряжений. Используется для определения изменения геометрической формы теплообменника и отдельных его элементов вследствие теплового воздействия и выявления мест напряжения, возникающих вследствие температурного расширения. Данный расчет позволяет правильно подбирать материалы, из которых изготавливаются элементы теплообменного аппарата.
• Прочностной расчет. Более расширенный по сравнению с механическим, так как дает возможность проверять, как установка выдерживает все виды нагрузки, а не только механическую. По сути, прочностной расчет объединяет 3 перечисленные выше вида – механический, гидравлический и расчет температурных напряжений.
• Компоновочный расчет. Связан с тепловым расчетом и позволяет определить оптимальное взаимное расположение каналов теплообменника для разных теплоносителей. С его помощью можно рассчитать размеры отдельных пластин пластинчатого аппарата, кол-во пластин и каналов в пакете, габаритные размеры теплообменника и общее необходимое кол-во пластин.
• Поверочный расчет. Осуществляется на основе теплового расчета и предназначен для проверки возможности установки справляться с поставленной задачей в конкретных условиях. Для его выполнения нужно знать тепловую производительность и параметры тепловой среды.

Использование теплообменников пластинчатого типа для обеспечения ГВС

Нагрев воды через теплосети полезен в экономическом плане, так как теплообменники, при сравнении их с классическими котлами на электрической или газовой энергии, работают лишь на систему отопления, и ни на что больше. В итоге себестоимость горячей воды за литр будет намного ниже.
Теплообменники пластинчатого типа применяют энергию тепла в теплосетях для того, чтобы нагревать обыкновенную воду из водопровода. Нагреваясь за счет пластин теплообмена, горячая вода проникает во все точки для разбора воды, включая смесители, краны, душ.

При этом важно учесть и то, что нагреваема вода и вода, которая является носителем тепла, никак не взаимодействуют друг с другом в рамках обменника тепла. Среды для течения вод разделены между собой пластинками, размещенными в теплообменном аппарате, поэтому через них и проходит теплообмен.

Использовать воду, находящуюся в отопительных системах, нельзя для обеспечения бытовых нужд, это вредно и нерационально. Объясняется следующими причинами:

• 1. Процессы подготовки воды для оборудования и котлов — это дорогая и, чаще всего, сложная процедура, которая требует специальных знаний, опыта и навыков.
• 2. Для того чтобы смягчить воду и сделать ее менее жесткой для отопительной системы, применяются реагенты и химикаты, которые отрицательно сказываются на человеческом здоровье.
• 3. В отопительных трубах за много лет скапливается большое количество отложений, также представляющих вред для человека и его здоровья.

Тем не менее, никто не запрещает использовать такую воду не по прямому назначению, а косвенно, ведь теплообменник для горячей воды отличается высокими показателями КПД.

Подбор теплообменника

Правильный подбор теплообменника возможен только после получения всей необходимой вводной информации, определения характеристик тепловой среды и системы, к которой будет подключаться оборудование, включая скорость движения теплоносителя, диаметр труб в системе, площадь теплообмена и пр. Используя указанные сведения, следует произвести расчеты, которые и позволят подобрать оптимальную модель теплообменного аппарата и производителя. Это может быть оборудование таких известных марок как «Ридан», «Этра», «Alfa-Laval», «Tranter», «GEA» и пр.

Монтаж в систему

Поскольку внутренний теплообменник подключается к системе одновременно с котлом отопления, необходимо отдельно рассмотреть только установку внешних устройств. Эта операция не отличается сложностью. Необходимо только проконтролировать, чтобы на входном и выходном отверстии прибора присутствовала резьба. Иначе придется отдельно озаботиться в ее нарезании.

Подключение теплообменника в сеть, требует его закрепления на стене. Если используется чугунная конструкция, то крепления подбираются с особой прочностью. Лучше всего применить специальную консоль.

Для врезки в систему используют специфические муфты, которые также понадобятся, если возникнет желание обеспечить конструкцию дополнительными фильтрами для воды. В некоторых случаях их устанавливают сразу два. Такой расклад применяют для старых систем отопления.

Еще понадобятся стандартные краны и американки. Последние состоят из двух фитингов с резьбой, прокладки и накидной гайки.

Выводы

Для того чтобы не ошибиться с выбором теплообменника, подбор данного оборудования целесообразно доверять специалистам, которые используют современные версии ПО и имеют представление об эксплуатационных характеристиках каждой модели. Это позволит обеспечить длительную и безаварийную работу теплообменника при минимальных затратах на его обслуживание. Установку теплообменных установок также следует доверять профессионалам: в противном случае при нарушении технологий даже правильно подобранное и высококачественное оборудование не будет работать корректно.

Типы моделей

Приборы отличаются по способу установки. И это напрямую влияет на эффективность всей системы. Очень часто используется конструкция котла, в котором уже есть внутри теплообменник отопления. Потери тепла в подобных устройствах, практически, сведены к нулю. А для продуктивной работы требуется лишь грамотная настройка.

Внешние конструкции отличаются гораздо меньшей производительностью. Потому что их положение не позволяет хорошо разогреть теплоноситель. Но они применяются там, где отсутствуют индивидуальные обогревательные котлы. Например, в домах, пользующихся централизованным отоплением.