Теплообменники для горячего водоснабжения: виды, выбор, установка

Оглавление

Устройство и принцип работы

Пластинчатый теплообменник (ПТО) обеспечивает переход тепла от нагретого теплоносителя холодному, при этом не перемешивая их, развязывая два контура между собой. Теплоносителем может быть пар, вода или масло. В случае с горячим водоснабжением чаще источником тепла является теплоноситель системы отопления, а нагреваемой средой – холодная вода.

Конструктивно теплообменник представляет собой группу гофрированных пластин, собранных параллельно друг другу. Между ними образуются каналы, по которым течет теплоноситель и нагреваемая среда, притом послойно они чередуются между собой, не перемешиваясь при этом. За счет чередования слоев, по которым текут жидкости обоих контуров, увеличивается площадь теплообмена.

Схема работы теплообменника

Гофрирование чаше выполняется в виде волн, притом ориентированных так, чтобы каналы одного контура располагались под углом к каналам второго контура.

Подключение входов и выходов делаются так, чтобы жидкости текли навстречу друг другу.

Поверхность и материал пластин подбирается исходя из требуемой мощности теплообмена, вида теплоносителя. В особенно эффективных и продуманных теплообменниках поверхность формуется для возбуждения завихрений возле поверхности пластины, повышая теплообмен, не создавая сильного сопротивления общему току.

Теплообменник включается между двумя контурами:

Последовательно к системе отопления или параллельно с наличием регулирующей арматуры.
К входу от холодного водопровода и выходом к потребителю ГВС.

Холодная вода, протекая через теплообменник нагревается за счет тепла от системы отопления до требуемой температуры и подается на кран потребителя.

Основные характеристики пластинчатого теплообменника:

Мощность, Вт;
Максимальная температура теплоносителя, оС;
Пропускная способность, производительность, литры/час;
Коэффициент гидравлического сопротивления.

Мощность зависит от общей площади теплообмена, перепада температур в обоих контурах между входов и выходом и даже от числа пластин.

Максимальная температура задается подбором материалов и способом соединения пластин и корпуса теплообменника.

Пропускная способность повышается с увеличением числа пластин, так как они подключаются фактически параллельно, то каждая новая пара пластин добавляет дополнительный канал для тока жидкости.

Коэффициент гидравлического сопротивления важен при расчете нагрузки на систему отопления, где от этого зависит выбор циркуляционного насоса, немаловажен и для других источников тепла. Зависит от типа гофрирования пластин и размера сечения каналов и их количества.

Именно по этим параметрам подбирается в итоге теплообменник для конкретной ситуации. Чаще всего пластинчатые теплообменники имеют разборную конструкцию, в которой можно наращивать или уменьшать число пластин и выбирать их тип и размер. Мощность и производительность теплообменника должно хватать для того, чтобы нагреть проточную холодную воду, и при этом не создать критической нагрузки на систему отопления.

Для наиболее востребованных случаев, каким является обеспечение горячей водой частного хозяйства, дома или квартиры производятся готовые теплообменники с постоянными характеристиками.

Какие есть виды теплообменников ГВС?

В зависимости от емкости бака, как правило используются разные теплообменники, благодаря которым вы можете рассчитывать на более быстрый и экономичный нагрев всей воды до заданной температуры. Рассмотрим основные виды таких устройств и их особенности.

Теплообменник ГВС с змеевиком

Это относительно простая конструкция, в которой роль нагревательного элемента играет змеевик, заполненный установочной водой и часто имеющий довольно сложную форму, что облегчает ускорение процесса нагрева воды. Катушка чаще всего устанавливается в нижней части резервуара, но бывает, что производители устанавливают катушку вертикально, чтобы вода во всем объеме котла имела одинаковую температуру.

Теплообменник с двумя змеевиками

Это более усовершенствованная модель со змеевиком, за исключением того, что в этом случае вместо одного устанавливаются два змеевика. Все дело в том, что одну катушку нельзя удлинять до бесконечности — содержащаяся в ней вода течет, отдавая тепло, поэтому эффективность очень длинной катушки будет относительно низкой. Для этого в больших резервуарах установлены две катушки, что сокращает время нагрева используемой воды.

Этот тип решения, также известный как двухвалентный резервуар, используется в установках с более чем одним источником тепла.

Теплообменник горячей воды для теплового насоса

Такие устройства могут быть, в принципе, оснащены и змеевиком, в то время как иногда его отличает другой способ подключения — все будет зависеть от того, как тепловой насос и базовый котел работают вместе.

Теплообменник ГВС с нагревателем

В этой конструкции, помимо установки нагревательного элемента, также установлен электрический нагреватель. Это полезное решение, которое сокращает время ожидания появления горячей воды, если нагрев воды для установки потребует длительного ожидания.

Важно отметить, что нагреватель может работать в любое время и автоматически отключается при достижении определенной температуры. Хотя электричество не является дешевым источником тепла, установка обменников данного типа иногда имеет смысл

Расчет теплообменника для ГВС

При расчете учитываются следующие параметры:

Количество жильцов (пользователей)
Нормативный суточный расход воды на одного потребителя
Максимальная температура теплоносителя в интересующий период
Температура водопроводной воды в указанный период
Допустимые теплопотери (нормативно – до 5%)
Количество точек водозабора (краны, душ, смесители)
Режим эксплуатации оборудования (постоянный/периодический)

Производительность теплообменника в городских квартирах (подключение к муниципальной теплосети) зачастую рассчитывается исключительно по данным зимнего периода. В это время температура теплоносителя достигает 120/80°С. Однако в весенне-осенний период показатели могут упасть до 70/40°С, в то время, как температура воды в водопроводе остается критично низкой.

В частном секторе, при монтаже теплообменника к собственной системы отопления, точность расчета на ступень выше: вы всегда уверены в работе своего котла и можете указать точную температуру теплоносителя.

Предлагаем ознакомиться: Стеклянная дверь в парную размеры коробки

Наши специалисты помогут вам выполнить правильный расчет теплообменника для ГВС и подобрать наиболее подходящую модель. Расчет выполняется бесплатно и занимает не более 20 минут – укажите свои данные и мы вышлем вам результат.

Особенности и функции теплообменника

Прежде чем рассматривать основные моменты изготовления и монтажа теплообменника для горячей воды, абсолютно не лишним будет узнать, что же собой представляет этот агрегат и для чего он нужен.

Теплообменник – техническое устройство, соединяющее между собой два теплоносителя: холодный и горячий. Как правило, он имеет вид обычной трубной конструкции. Между носителями беспрерывно осуществляется передача тепла – от холодного к горячему, благодаря чему дом и обеспечивается горячей водой. Причем у теплообменника нет собственного источника тепла – он использует энергию, поступающую от системы отопления.

Таким образом, главная функция агрегата – подогрев холодной воды и получение на выходе горячей. Эффективность выполнения этой функции зависит от трех факторов:

температурная разница между двумя теплоносителями;
габариты теплообменника и, следовательно, площадь контакта носителей;
материал, из которого изготовлен теплообменник.

Пластинчатый теплообменник

Последний фактор важен не только в плане эффективности агрегата, но и в вопросе его изготовления и монтажа. Для выполнения теплообменника может использоваться пластик, сталь и чугун. Первый материал не всегда эффективен ввиду своей низкой теплопроводности. Что касается выбора между сталью и чугуном, то здесь следует сравнить характеристики двух материалов, чтобы определиться с наиболее подходящим.

Можно ли сделать теплообменник своими руками

Самостоятельная сборка теплообменников для ГВС конечно возможна. Но учтите: при этом сэкономить средства вряд ли получится. Стоимость материалов для сборки будет почти сопоставима с ценой готового аппарата.

Причем вряд ли имеет смысл собирать своими руками пластинчатый теплообменник. Он ведь и так чаще всего поставляется, как набор деталей.

Выбивать рельеф множества пластин и вырезать такое же количество прокладок сложной формы дело долгое. Конечно, можно попытаться сделать штампы, но это тоже непросто — к тому же понадобится пресс.

Такое количество прокладок вырезать самостоятельно — очень длительный процесс

С кожухотрубчатыми аппаратами проще, хотя все равно без сварочного аппарата (и соответствующих навыков) не обойтись. Рассмотрим, как собрать медный теплообменник отопления горячего водоснабжения такой конструкции.

Кроме сварочного аппарата нам понадобится следующее оборудование:

набор слесарного инструмента;
дрель со сверлами и зенковками, или что лучше — сверлильный станок;
токарный станок или доступ к нему;
угловая шлифмашинка (болгарка) с отрезными кругами, желательно иметь и оборудование для газовой резки;
насадка на дрель для вальцовки труб соответствующего диаметра.

Инструкция по созданию такого аппарата будет следующей:

Расчеты мы не приводим, для определения размеров деталей лучше найти чертеж аналогичного заводского агрегата (благо их множество в интернете, и они, как правило, не защищены авторскими правами).
Вначале готовим кожух — это одна из наиболее простых деталей. Берем для него трубу подходящего диаметра, и, если продумывается фланцевое соединение, ввариваем патрубки и фланцы на них для подключения. Именно их нужно вварить заранее, иначе когда будем монтировать трубы пучка, можно легко прожечь.
Дальше готовим трубные доски, необязательно подбирать толщину стали согласно выбранному вами чертежу. Достаточно, чтобы лист металла был не тоньше стенки кожуха. Делаем их как фланцы, то есть вырезаем болгаркой или резаком, потом обрабатываем на наждаке, или что лучше — обтачиваем на токарном станке, сделав диаметр на 0,5-1 мм меньше, чем внутренний диаметр трубы-кожуха.
Размечаем точки установки труб пучка и керним их. Сделать это можно только на одной трубной доске. Потом при сверловке обе доски сожмем в пакет струбцинами, и обработаем их вместе.
Сверлим отверстия и зенкуем их.
Закрепляем трубные доски в кожухе сваркой. Но можно продумать и другой вариант, например: на резьбе — но это не общепринято и гораздо сложнее.
Навариваем фланцы на трубы кожуха.
Нарезаем по размеру медные или латунные трубы пучка.
Устанавливаем их в трубные доски и развальцовываем с обеих сторон.
Таким же образом делаем остальные секции, хотя в некоторых случаях достаточно и одной.
Изготавливаем патрубки для соединения межтрубного пространства секций между собой. Это просто нарезанные по размеру обрезки трубы с приваренными фланцами.
Делаем калачи, для чего гнем куски трубы такого же диаметра, как и труба кожуха, и навариваем на них фланцы. Как правило, из-за маленького диаметра изгиба (по сравнению с соответствующим размером трубы), на «холодную» это сделать невозможно, придется нагревать. Чтобы все калачи получились одинаковыми, желательно изготовить шаблон.

Изготавливаем переходники-сужения с двумя фланцами для подключения сетей к трубам пучка. Они нужны, потому что диаметр трубопроводов меньше диаметра кожуха.
Соединяем калачами и патрубками секции между собой, монтируем также и переходники для подключения к сетям.
Логично, что следующим этапом была бы сборка и испытание на герметичность. Однако специальный стенд для этого делать не стоит. Подключаем бойлер к тепловым сетям и трубам ГВС, делать это можно одновременно со сборкой секций.
Испытываем наш теплообменник вместе с сетями (о методах мы писали выше) и если все нормально, то окрашиваем его внешние поверхности и укладываем теплоизоляцию.
Запускаем бойлер в работу и получаем удовольствие от горячей воды, подготовленной в устройстве, которое собрано своими руками.

Вот и все, что мы хотели вам рассказать. Надеемся, наша статья дала вам не только общее понятие, что такое теплообменник и горячее водоснабжение, но и помогла более подробно разобраться в конструкции и схемах подключений этих аппаратов. Еще лучше если мы были и практически полезны, и вы смогли понять принципы монтажа, ремонта и обслуживания.

Дополнительно можете посмотреть видео в этой статье, там тоже рассказывается о принципах работы теплообменников. Пусть вода в кране всегда будет теплой, а жилье комфортным!

Нарушения в работе колонки и их устранение

Если вдруг потек водонагреватель, иногда причина состоит в износе прокладок. При снятии кожуха становится понятно, оправдалось ли это предположение. Отыскав свищ в теплообменнике, многие потребители интересуются: как заменить проблемную деталь. Но трудность в том, что цена запчасти достигает 30% от платы за совершенно новый нагреватель.

Куда практичнее запаять механический дефект, используя паяльник. Припой плавится примерно при 200 градусах. Точное значение определяется маркой конкретной детали. Даже если будет долго кипеть вода, она не нарушит целостность «заплатки». Подобное решение одинаково актуально для российских и иностранных колонок. Ведь риск поломки присутствует везде, различается только срок службы, но дефекты все равно появятся в любой модели.

Технические критерии выбора

При выборе теплообменника необходимо, прежде всего, обращать внимание на такие параметры, как конструкция и мощность прибора, а также его стоимость. При использовании прибора с ёмкостью для воды, немаловажную роль играет выбор бака подходящего объёма

Конструкция

Для нагрева воды от отопительной системы используются приборы различных конструкций, отличающихся друг от друга скоростью и эффективностью нагрева:

Со змеевиком. В данной конструкции функцию нагревательного элемента выполняет змеевик, заполняемый водой.
Сложная форма элемента значительно ускоряет нагрев. Катушка может быть установлена внизу бака, либо вертикально – для более равномерного нагрева.
С двумя змеевиками. Два змеевика обеспечивают ещё большую эффективность и скорость нагрева.
Для теплового насоса. Отличается способом подключения к отопительной системе, может быть также оснащён змеевиком.
Устройство с электрическим нагревателем. Дополнительный нагреватель ускоряет процесс нагрева. Данный вариант является золотой серединой между обычным теплообменником и электрическим водонагревателем.

Объём бака

Немаловажный фактор, который необходимо учитывать при выборе – это размер бака:

Для небольших помещений подойдёт бак на сто литров. Это компактный и экономичный вариант, наиболее простой в транспортировке. Стоит помнить, что малый объём воды сохраняет тепло значительно меньшее время, поэтому нагревать его придётся чаще.
Для большинства частных домов подойдёт бак объёмом 200 литров. Этого хватит на несколько сантехнических приборов, при этом температура будет держаться достаточно длительное время.
Для больших домов подойдёт бак объёмом 500 литров. Такие баки используются также в производстве. Для большинства же помещений такой большой объём будет излишним и неэкономичным решением, так как для такого бака потребуется гораздо большее потребление энергии.

Виды

По своей конструкции устройства данного класса подразделяются на две основных категории:

трубчатые,
пластинчатые.

Для бытовых нужд используются устройства пластинчатого типа, благодаря большему удобству использования и эффективности, а также лёгкой транспортировке и установке. Среди трубчатых устройств в быту, как правило, используют кожухообразный вариант.

Пластинчатые

Пластинчатый тип теплообменников представляет собой конструкцию из пластин, установленных параллельно друг другу и соединённых в едином корпусе. Носитель и приёмник тепла протекают в отдельных трубах, подсоединяемых к коммуникациям на передней и задней панелях устройства.

Пластинчатые теплообменники подразделяются в свою очередь на три группы:

Разборные. В данной разновидности для обеспечения герметичности конструкции используются уплотнители из резины. Плюсами разборных теплообменников являются удобство монтажа и использования.

Минусом можно считать регулярную необходимость замены резиновых прокладок и чувствительность к агрессивным веществам.
Паянные. Конструкция таких приборов более прочная, изготавливается из стали. В отличие от разборных редко требуют обслуживания и толерантны к любым средам. Недостатком является большой вес конструкции и невозможность её разборки, в следствие чего- более тяжёлая транспортировка.
Сварные. Изготавливаются из тяжёлых металлов, используются только в промышленности.

Трубчатые

Данный тип устройств применяется в основном промышленности, а также в качестве элементов конструкции кондиционеров и холодильников.

Для нагрева воды применяются реже, так как для обеспечения той же эффективности, что и от пластичного типа, такое устройство должно обладать достаточно большими размерами.

Плюсом данного типа является высокая устойчивость к любым условиям и средам. Распространённой конструкцией является вариант, когда внутри одной широкой трубы располагается другая поуже. По внутренней трубе протекает носитель тепла, а по внешней – приёмник.

В свою очередь трубчатые обменники подразделяются на несколько типов:

Кожухообразные. Большое количество трубок, соединённых в виде решётки. Существует возможность соединения нескольких устройств данного типа для достижения большей эффективности.

Данная разновидность наиболее часто используется в быту среди трубчатых обменников.
Витые. Трубы закручиваются между собой вокруг единой сердцевины. Является компактным и достаточно эффективным вариантом. Разновидностью такой конструкции являются спиральные теплообменники, в которых оба канала обвивают единую перегородку.
Оросительные обменники – сконструированы в форме спирали. Вода стекает по желобу. Используются в основном в вентиляционных системах.

Как правильно выбрать теплообменник

При установке аппарата в жилом доме требуется сделать детальный расчет. В него входят несколько характеристик:

площадь отапливаемых помещений или примерный расход горячей воды;

задача теплообменника;
температурный график;
температура первичного теплоносителя;
температура холодной воды.

Расчеты проводятся компанией-поставщиком оборудования, которая на основе результатов предлагает варианты теплообменников, которые подойдут для использования в указанных целях.

Специалисты компании Эвомакс бесплатно выполнят теплотехнический расчет теплообменника для Вашего объекта и помогут сделать выбор в пользу конкретной марки с учетом всех требований. Заявку на подбор теплообменника Вы можете отправить на почту zapros@teploobmen.ru или позвонить на бесплатный номер 8 (800) 551 4190

Расчет

Выбор подходящего теплообменника сложно выполнить, оперируя только одной лишь его мощностью или пропускной способностью. Эффективность подготовки ГВС зависит и от состояния теплоносителя в первом контуре и во втором, от материала и конструкции теплообменника, скорости и массовой части теплоносителя, проходящего в единицу времени через пластинчатый теплообменник. Однако, естественно следует предварительно выполнить расчет, позволяющий прийти к определенному сочетанию мощности и производительности для выбора подходящей модели.

Базовые данные необходимые для расчета:

Тип среды в обоих контурах (вода-вода, масло-вода, пар-вода)
Температура теплоносителя в системы отопления;
Максимально допустимое снижение температуры теплоносителя после прохождения теплообменника;
Начальная температура воды, используемой для ГВС;
Требуема температура ГВС;
Целевой расход горячей воды в режиме максимального потребления.

Кроме этого в формулах для расчета задействована удельная теплоемкость жидкости в обоих контурах. Для ГВС используется табличное значение для начальной температуры воды, чаще +20оС, равное 4,182 кДж/кг*К. Для теплоносителя следует отдельно находить значение удельной теплоемкости, если в его составе имеется антифриз или другие присадки для улучшения его качеств. Аналогично для централизованного отопления берется приблизительное значение или фактическое на основании данных теплокоммунэнерго.

Целевой расход определяется количеством пользователей для горячей воды и количеством устройств (краны, посудомоечная и стиральная машинка, душ), где она будет использована. Согласно требованиям СНиП 2.04.01-85 необходимы следующие значения расхода горячей воды:

для раковины – 40 л/ч;
ванная – 200 л/ч;
душевая – 165 л/ч.

Значение для раковины умножается на количество устройств в доме, которые могут использоваться параллельно, и складывается со значением для ванны или душевой в зависимости от того, что именно используется. Для посудомоечной и стиральной машинки значения берутся из паспорта и инструкции и только при условии, что они поддерживают использование горячей воды.

Второе базовое значение – это мощности теплообменника. Рассчитывается исходя из полученного значения расхода жидкости и разницы температур воды на входе в теплообменник и на выходе.

где m – расход воды, С – удельная теплоемкость, Δt – разница температур воды на входе и выходе ПТО.

Для получения массового расхода воды следует расход, выраженный в л/ч умножить на плотность воды 1000 кг/м3.

КПД теплообменников оценивается на уровне 80-85%, и многое зависит от конструкции самого оборудования, так что полученное значение следует разделить на 0,8(5).

С другой стороны ограничением по мощности будет расчет, выполненный со стороны первого контура с теплоносителем, где, используя уже разницу допустимых температур для системы отопления, получаем максимально допустимый забор мощности. Конечный результат будет компромиссом между двумя полученными значениями.

Если забора мощности для нагрева нужного количества горячей воды не хватает, то разумнее использовать две ступени подогрева и, соответственно, два теплообменника. Мощность распределяется между ними поровну от требуемого расчета. Одна ступень выполняет предварительный нагрев, используя в качестве источника тепла обратку отопления с пониженной температурой. Второй ПТО уже нагревает окончательно воду за счет горячей воды с подачи отопления.

Причины выхода теплообменников из строя

Период эксплуатации определяется прежде всего тем, каким образом обеззараживается вода в городском водопроводе. На территории России применяют или чистый хлор, или двуокись хлора. Когда водяной поток, идущий по медной трубке, нагревается, это приводит к бурной химической реакции. Хлорид меди уступает чистому металлу по прочности, и потому довольно быстро появляются свищи. Больше всего повезло жителям городов, где водопроводная вода озонируется.

Рекомендуем: Карбоновый теплый пол: чем отличается от остальных

Но таких населенных пунктов еще очень мало. Дороговизна современного решения не позволяет рассчитывать на быстрое распространение озонирования. Мало того, сейчас производители начали всячески экономить. И если раньше с толстыми трубками теплообменников неприятности случались довольно редко, то теперь повсеместно используется тонкая медь низкого качества. Срок службы изделий ощутимо снизился.

Кожухотрубные теплообменники водоводяные

Завод Триумф является крупнейшим поставщиком теплового оборудования. Мы предлагаем различные варианты устройств по демократичным расценкам, среди которых стоит отметить водоводяной подогреватель (кожухотрубный теплообменник).

Применение кожухотрубных теплообменников

Эти устройства применяются в системах горячего водоснабжения, отопительных системах общественных, коммунально-бытовых и производственных зданий и сооружений, в которых в роли теплоносителя выступает горячая вода, поступающая от промышленных магистралей и теплосетей ТЭЦ.

Подогреватель водоводяной используется и в иных схемах, где требуется нагрев и охлаждение жидкости. Принцип его работы заключается в том, что греющая вода в устройстве проходит по внутреннему пространству трубы, а нагреваемая вода – по межтрубному пространству.

В качестве теплообменного оснащения он применяется и в нефтехимической и газовой промышленностях. В этом случае теплообменник водоводяной используется для охлаждения, нагрева и конденсации пара, газа и их смесей в тех или иных технологических процессах, а не только для нагревания воды и обогрева помещений. Однако следует заметить, что в этом случае параметры сред, между которыми производится теплообмен, не должны отступать от условий, регламентированных для применения устройства в системе водоснабжения.

Устройство кожухотрубных теплообменников

Секционный скоростной подогреватель ВВП состоит из кожухотрубных секций, соединенных друг с другом в блоки с заданной теплопроизводительностью при помощи соединительных калачей. Секции эти, как правило, представляют собой трубы, выполненные из углеродистой стали, с соединительными штуцерами. Подогреватель водяной подключается к сетевым трубопроводам при помощи переходных патрубков, установленных между корпусом и трубопроводом.

Производство кожухотрубных теплообменников представляет собой высокотехнологичный процесс. Для того, чтобы готовые водоводяные подогреватели были безопасными и эффективными, технологии и материалы их изготовления обязаны отвечать всем мировым стандартам и требованиям.

Они изготавливаются по ГОСТ 27590-2005, с длиной секций 2000 мм и 4000 мм., диаметром 57 мм – 530 мм. Максимальная рабочая температура теплоносителя, которую выдерживает теплообменник водяной, составляет 150ºС. Максимальное давление в устройстве не должно превышать 10кгс/см2.

При соблюдении правил эксплуатации водяные теплообменники служат до 25 лет.

Для поверхностей блоков-секций применяются трубы из таких материалов, как:

– медь М2р, изготовленная по ГОСТ 617, и медно-никелевый сплав МНЖ 5-1 (ГОСТ 17217);

– легированная латунь (модифицированная коррозионно-стойкая Л75мк, оловянная Мш 70-1-0,04, алюминиевая мышьяковая ЛАМш 77-2-0,04 и алюминиевая безмышьяковая ЛА 77-2у);

– латунь Л68, ЛО 70-1 (ГОСТ 21646); ЛС 59-1, Л63, Л68, ЛЖМц59-1-1 (ГОСТ 494);

– коррозионно-стойкая сталь, изготовленная по ГОСТ 9941, следующих марок – 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т.

Пластинчатый теплообменник для горячего водоснабжения