Для чего нужен теплообменник в котельной

Содержание

Назначение
Классификация и принцип работы
Первичные
Вторичный
Совмещенный (битермический)
Материалы
Стальной
Системы теплообмена, зачем нужен теплообменник
Разновидности поверхностных теплообменников
Спиральный т/о
От чего зависит эффективность теплообменника
Кожухотрубный т/о
Пластинчатый разборный т/о
Как правильно выбрать теплообменник
Для чего нужен теплообменник ГВС в системе отопления
Смесительные водяные
Поверхностные
Рекуперативный и его разновидности
Трубчатые
Оросительные
Графитовые: что это такое
Пластинчатые воздушные с вентилятором
Пластинчато-ребристые: принцип работы
Оребрённо-пластинчатые
Спиральные
Как подобрать теплообменник ЦТП
Толщина и материал пластин
Давление
Коэффициент передачи тепла
Масса
Запас поверхности для теплообмена
Типы и материалы
Популярные производители: фото
Полезное видео
Низкий напор горячей воды и другие признаки засоренности

В наше время во многих жилищах имеется такой отопительный агрегат, как газовый котел. Подобное оборудование прекрасно справляется со своей основной задачей благодаря продуманному устройству. Одной из наиболее важных деталей котлов является тепловой обменник. Сегодня мы ознакомимся с особенностями данной детали.

Назначение

Данная составляющая оборудования, действующего от газа, предназначена для выполнения отопительной функции. Именно конструкция указанной детали определяет функциональные характеристики самого котла.

Тепловой обменник призван передавать тепло между тепловыми носителями. Так, от горячего источника тепло передается холодному, после чего переходит непосредственно к жидкости, которую нужно подогреть в системе.

Через данную деталь проходит теплоэнергия, выделяемая при сгорании газа. Далее она передается непосредственно тепловому носителю.

Не стоит думать, что теплообменник – это простая деталь, представленная одной незамысловатой конструкцией. На самом деле существует несколько разновидностей данных элементов. Их тип влияет на итоговую стоимость оборудования, а также его технические характеристики.

Классификация и принцип работы

Как упоминалось ранее, сегодня существует несколько разновидностей тепловых обменников. Они различаются по своей конструкции и устройству. Рассмотрим их свойства и особенности подробно.

Первичные

Первичная разновидность обменника выполнена в форме крупной и изогнутой трубки, похожей на змеевик. Как правило, данную деталь изготавливают из металла, который не подвержен губительному влиянию коррозии. Кроме того, в плоскости такого элемента присутствуют специальные пластинки, имеющие различные размеры.

Обычно поверхности первичных тепловых обменников обрабатываются специальными красками, которые защищают основания от негативного внешнего воздействия и появления ржавчины.

Что касается принципа работы такого обменника, то он заключается в отправке энергии от газа к тепловому носителю. Уровень мощности обменника находится в зависимости от длины трубы и числа ребер.

Зачастую первичный теплообменник выходит из строя из-за грязи и копоти или активного внутреннего скопления солевых отложений. Если такие загрязнения оказывают влияние на деталь, то с течением времени она может начать работать со сбоями в процессе циркуляции. Кроме того, уровень теплопроводности стен агрегата от этого так же может ощутимо снизиться.

Специалисты настоятельно рекомендуют уделять должное внимание техническому обслуживанию подобных элементов. Обязательно требуется вовремя проводить работы по очистке и промывке первичных обменников. В противном случае они прослужат недолго, а КПД котла от этого существенно снизится.

Отопительное оборудование с такой деталью, как правило, стоит дешевле и имеет несложную конструкцию. Поломкам такие модели не подвержены, особенно если их вовремя обслуживать. Однако нужно учесть, что первичный тепловой обменник является менее функциональным, так как выполняет только одну задачу. Кроме того, очень важно учитывать тот факт, что такие изделия рекомендуется дополнять специальными фильтрами. Эти составляющие будут надежно защищать обменник от негативных внешних воздействий и разного рода отложений.

Вторичный

Вторичный, или теплообменник горячего водоснабжения, отличается от первичного экземпляра тем, что в его конструкции имеются специальные пластинки, которые соединяются между собой. Наиболее распространенными являются вторичные теплообменники, произведенные из стали.

В подобных моделях тепло передается от жидкости к жидкости. Они являются более надежными и долговечными. Что касается скорости теплового обмена, то она в таких моделях является более высокой. Благодаря данной особенности различные загрязнения/соли не откладываются на поверхности комплектующих деталей. Из-за этого обменники служат гораздо дольше, а также их не приходится постоянно подвергать очистке. Чем больше пластинок в таких изделиях, тем более высокими являются их параметры мощности, а также эффективность выполняемой задачи.

Подобные детали отличает то, что они имеют довольно крупный участок для теплового обмена. Кроме того, на таких теплообменниках почти не накапливаются следы коррозии.

Такие разновидности теплообменников хороши своей многофункциональностью – они отвечают не только за отопление жилища, но и за обеспечение горячим водоснабжением (ГВС). Обычно котлы с этими элементами стоят дороже, однако их покупают больше за счет практичности и необходимого функционала.

Совмещенный (битермический)

Такой тепловой обменник отличается от остальных вариантов тем, что имеет двойной обмен тепла – от теплоносителя к воде и от газа к тепловому носителю. Вода в отопительной трубе подогревается с внешней стороны, а в это время внутреннее отделение подготавливает горячую воду.

Эти детали являют собой трубу с припаянными к ней пластинками-ребрами из меди. При этом сама труба является двойной (с двумя раздельными отсеками). Ее внутренняя часть отвечает за горячую воду, а внешняя предназначена для самого теплового носителя.

Совмещенная разновидность теплового обменника имеет одно важное преимущество – для нее характерна очень простая конструкция, не подверженная поломкам. В данном случае вторичный теплообменник не нужен, как и трехкодовый клапан. Благодаря этим характерным особенностям котлы с подобными элементами обходятся недорого, а их размеры являются компактными.

Читайте так же: Прокладка канализации под фундаментной плитой

Разумеется, такие варианты обменников имеют и свои минусы. Например, они не могут похвастаться большой мощностью в режиме горячего водоснабжения. Кроме того, подобные разновидности подвержены солевым отложениям. Соли, которые содержатся в воде, в короткие сроки оседают на таких деталях, что негативно сказывается на работе котла в целом.

Также нужно учитывать, что ремонт битермических обменников – дело не из простых. По словам специалистов, в 90% случаев починка этих моделей не представляется возможной. Кроме того, далеко не каждый мастер соглашается работать с подобной деталью, а те, кто все-таки берется за такую работу, не всегда имеют достаточную квалификацию. Кроме того, совмещенные элементы подвержены появлению протечек из-за большого числа внутренних стыков и соединений.

Материалы

Современные тепловые обменники изготавливают из различных материалов. Именно от этого параметра зависят многие качества данных деталей, а также их плюсы и минусы. Рассмотрим подробнее, из чего обычно производят теплообменники для газовых котлов.

Стальной

Чаще всего в газовом отопительном оборудовании встречаются тепловые обменники из стали. Их распространенность объясняется демократичной стоимостью стали и простотой ее обработки. Стальные детали имеют свои отличительные характеристики, например, такой теплообменник получается довольно пластичным. Кроме того, подобные варианты отличаются долгим сроком службы, что привлекает многих потребителей.

Нужно отметить, что пластичность стальных экземпляров играет одну из важнейших ролей, если речь идет о контакте обменника с высокими температурами. Благодаря такой характеристике на составляющих элементах котла не образуются трещины, когда во внутренней части металла рядом с горелкой формируется серьезное тепловое напряжение.

Однако у стальных вариантов есть один серьезный минус – они подвержены образованию коррозии. Разумеется, появление ржавчины сокращает срок службы обменника. Кроме того, нужно учитывать, что дефекты такого рода могут появиться и на внутренней, и на внешней половине устройства.

Еще одним минусом стальных обменников является их большой размер и вес. Кроме того, с подобными деталями будет возрастать потребление газа. Это происходит, потому что большинство современных производителей стремятся добиться высокого уровня инертности и расширяют объем внутренних полостей теплового обменника.

Процесс передачи тепла называют теплообменом. Аппараты, в которых происходит процесс – теплообменники. Если в процессе участвуют два агента, разделенные перегородкой – это поверхностные рекуперационные аппараты. Происходит процесс смешения теплого и холодного потока контактом – теплообменник смесительный.

Системы теплообмена, зачем нужен теплообменник

Пример смесительного устройства – градирни. Отходящие газы отдают тепло воде, распыляемой из форсунок. В аппаратах, где два агента протекают по отдельным контурам, тепло передается через стенку, поверхность.

Признаком теплообменника является развитая поверхность и подводка двух систем. Это может быть пар-вода, антифриз-вода, вода-вода. Вместо воды в процессе используют химический раствор, вместо пара – нагретые газы.

Применение теплообменников позволяет:

Использовать остаточное тепло при получении электрической энергии.
Вести химические процессы в точном режиме, поддерживая температуру теплообменниками.
Использовать вторичное тепло от энергоносителя для бытовых нужд.
Поддерживать температуру теплоносителя для бытовых систем отопления в параметрах, соответствующих стандарту.

Разновидности поверхностных теплообменников

Простейший т/о – труба в трубе. Холодная трубка с водой проходит в трубе большего сечения, заполненной горячим агентом. При этом поверхность внутренней трубки нагревается и передает тепло воде. Так работают бойлеры. Если трубок много и собраны они в пучок, то получается кожухотрубный теплообменник. Аппараты с трубным пучком, закрепленном с торцов решетками, распространены в промышленности и применяются для бытовой водоподготовки.

Витые теплообменники представляют змеевики, навитые в корпусе. Межтрубное пространство заполняется другим потоком. Аппаратура применяется при высоком давлении одного из агентов.

Двухтрубные теплообменники применяются для передачи тепла в фазах газ-жидкость. Аппараты могут работать под давлением с высокой теплопередачей.

Спиральный т/о

Спиральные теплообменники представляют бочку, в которой лентой-спиралью расположен плоский лабиринт с внутренней полостью. По спирали движется горячий агент, омываемый холодной водой. Конструкция сложная в изготовлении. Но это единственный вид аппаратов для теплообмена агента, содержащего взвеси, пульпу. Откидывающиеся с обеих сторон крышки позволяют легко чистить зазоры.

Пластинчатый теплообменник представляет особую конструкцию греющих труб, собранных в виде плоского элемента их оребренных труб и многоходовым движением воды. Пластины напоминают гармошки. Их недостаток – забиваются накипью при плохой водоподготовке.

Зачем нужен теплообменник в системе отопления? Представьте, что в трубах вода 900. Это приведет к разрыву пластиковых труб, ожогам. В каждом тепловом узле имеется система т/о, позволяющая поддерживать температурные параметры.

От чего зависит эффективность теплообменника

Кожухотрубный т/о

Поверхностный теплообмен происходит всегда через стенку. При этом возникают потери тепла. Чем тоньше перегородка, тем меньше потери. Новый т/о кожухотрубный имеет кпд 75%, но с зарастанием внутренней и верхней поверхности осадком, эффективность аппарата снижается. Он не может удерживать температурный режим. Поэтому аппараты имеют съемный пучок, который прочищают под высоким давлением специальным пистолетом.

Пластинчатые аппараты имеют кпд 90%, но щели между пластинами забиваются, требуется чистка. Для чистки оборудование разбирают. Важно установить на место сетчато-магнитный фильтр, который препятствует образованию осадка. Пластинчатые теплообменники можно подключать к автоматизированному управлению.

Пластинчатый разборный т/о

Эффективность процесса зависит от схемы подключения. Полнее теплоотдача у противоточного аппарата, когда потоки движутся навстречу друг другу.

Чем тоньше перегородка, тем лучше идет процесс. Но для аппаратов, работающих под давлением, толщина стенок зависит от способности выдерживать нагрузки на стенки. Если нельзя утоньшить стенки трубок необходимо увеличить поверхность нагрева, сделать аппарат длиннее.

Читайте так же: Как включить трубы отопления в квартире

Каждый т/о изготовлен в соответствии с теплотехническим расчетом, имеет паспорт и рассчитан для работы с определенным теплоносителем.

Как правильно выбрать теплообменник

Зачем нужен теплообменник в системе отопления в быту, понятно. Какой аппарат подходит в конкретном контуре – зависит от условий монтажа. Можно поставить кожухотрубный т/о – он неприхотлив, может простоять без чистки 10 лет, только счета за использование теплоносителя будут все больше – нарушается теплопроводность. Можно поставить пластинчатый, но чистить его придется через 3 года.

Теплообменник — неотъемлемый элемент системы отопления, в котором происходит процесс обмена теплом между несколькими средами.

Существует несколько разновидностей теплообменников.

Для чего нужен теплообменник ГВС в системе отопления

Устройство представляет собой 2 плиты: одна из них статическая, а другая — подвижная. Обе они с отверстиями, между которыми зафиксированы загерметизированные прокладками пластины.

Суть принципа работы такого прибора в том, что пластины гофрированного типа образуют каналы, по которым циркулирует жидкость. Повышение коэффициента переданного тепла от её прогретой части к холодной возникает за счёт увеличения площади контакта.

В пристенном слое гофрированного типа со временем образуется процесс турбулентности. По разным сторонам одной пластины происходит перемещение отдельной среды. Такой способ движения предотвращает их перемешивание.

Прогрев обеих сред возникает вследствие присоединения устройства к трубопроводу. После того как среда закончит своё прохождение по всем каналам, она покинет теплообменник.

Такое оборудование делает возможным:

эксплуатировать при необходимости полученного от носителя энергии вторичного тепла для бытовых нужд;
применять остаточное тепло при поступлении электроэнергии;
формировать необходимый температурный режим для проведения химических процессов;
удерживать температурный режим теплоносителя на установленном уровне в бытовых отопительных системах.

Существуют следующие виды теплообменников.

Смесительные водяные

Представляют собой приборы, в которых тепло передаётся через непосредственный контакт двух сред: горячей и холодной.

Суть действия такого теплообменника в том, что в специальной камере соединяются жидкость и пар, скорость которого при этом превышает сверхзвуковое значение.

Разгоняет его до такого показателя расчётное сопло. За счёт такого смешивания и происходит прогрев жидкости и паровая конденсация, а теплоноситель требуемой температуры циркулирует по системе отопления.

Камера прибора предусматривает наличие конденсационного вакуума. Работа теплообменника этой разновидности возможна даже при условии малого парового давления.

Поверхностные

Конструкция таких приборов представлена в виде биметаллических труб с алюминиевым оребрением накатного типа.

В этих устройствах происходит процесс обтекания твёрдого покрытия воздухом. Температуры поверхности и воздушного потока отличаются.

Тепловой обмен между средами осуществляется через стенку с нанесённым на неё специальным теплопроводящим материалом. Контура полностью изолированы друг от друга.

Поверхностные теплообменники делятся на 2 типа:

регенеративные (направление потока среды имеет свойство меняться);
рекуперативные (обмен теплом от одного теплоносителя к другому осуществляется через неплотные стенки контура, при этом направление потока среды остаётся постоянным).

Рекуперативный и его разновидности

Они подразделяются в соответствие с особенностями конструкции и областью применения.

Кожухотрубчатые

Это самые простые устройства. Они состоят из большого числа маленьких трубопроводов, которые спаяны в единый пучок и помещены в кожух. Такие теплообменники довольно громоздкие и занимают много места.

Применяются в испарителях, холодильниках, нагревателях, конденсаторах.

Погруженные

Представляют собой змеевики плоской либо цилиндрической форм, погруженные в ёмкость с жидкостью.

Эти теплообменники считаются неэффективными вследствие того, что с внешней стороны змеевика наблюдается низкий уровень теплоотдачи, а процесс омывания жидкостью проходит в крайне малом количестве.

Справка! Использование погруженного теплообменника будет продуктивным, если жидкость в ёмкости будет закипать или содержать механические дополнения.

Погруженные аппараты применяются в качестве холодильников и конденсаторов, а также для прогрева воды и растворов технологического типа.

Трубчатые

Приборы этой разновидности представляют собой 2 трубы, расположенные внутри друг друга и имеющие отличные диаметры. Так жидкость, нагрев или охлаждение которой требуется произвести, напрямую контактирует с теплоносителем.

Трубы для теплового обмена зафиксированы вдоль друг друга. За счёт разницы между их диаметрами у теплоносителя не возникает препятствий при его циркуляции.

Применяются такие теплообменники преимущественно в пищевой промышленности, в частности, в виноделии и при производстве молочной продукции.

А также использование таких приборов широко распространено в нефтяной, газовой, химической промышленностях.

Оросительные

Теплообменники этого типа представляют собой прямые трубы, расположенные друг над другом и орошаемые водой с наружной стороны. Они фиксируются с помощью сварки или применения «калачей» на фланцах. Орошающая жидкость идёт через верхний жёлоб, края которого имеют форму в виде зубчиков. Часть жидкости, подаваемой для орошения трубопроводов, испаряется.

Широко распространено использование таких агрегатов в качестве конденсаторов в холодильниках.

Графитовые: что это такое

Теплообменники блочного строения. Все прямоугольные или цилиндрические составляющие прочно зафиксированы специальными резиновыми или тефлоновыми прокладками и крышками.

Внутри этой конструкции происходит движение жидкости по перекрёстной схеме.

Изначально для устранения пористости графита его обрабатывают специальными смолами из формальдегида. Одна или обе среды при этом являются коррозионно-активными.

Важно! Если обе жидкости агрессивные, то обязательно по бокам на прижимные плиты наносятся специальные пластины из графита.

За счёт устойчивого воздействия таких приборов их применение пользуется большой популярностью в химической промышленности.

Читайте так же: Расчет буржуйки для гаража

Пластинчатые воздушные с вентилятором

По своей конструкции делятся на разборные и паяные. Первые имеют большое распространение в силу того, что их можно разбирать и собирать, а при необходимости прочистки и увеличивать их эффективность путём наращивания дополнительных пластин.

Прибор состоит из пластин, между которыми расположены прокладки из резины, 2 концевые камеры, болты для стягивания и рама.

Стальные пластины имеют толщину 0,7 мм, их проточная сторона гофрирована или ребристая.

С целью герметизации процесса теплообмена к пластинами фиксируются прокладки из резины.

Теплоноситель в таких теплообменниках может перемещаться в прямом, обратном направлениях или смешанно.

Применяются такие устройства в отоплении, вентиляции, кондиционировании и холодильных установках. Кроме того, он используется в текстильной, нефтяной, целлюлозно-бумажной и других промышленностях.

Пластинчато-ребристые: принцип работы

Суть конструкции такого теплообменника в том, что есть единая система из раздельных пластин, между которыми расположены ребристые насадки.

Их разновидности представлены в широком диапазоне.

Для грамотной подборки формы каналов для прохождения жидкости, требуется использование различных насадок.

Важно! Применение таких устройств для теплового обмена возможно при температуре неагрессивных жидких и газообразных сред от +200 °C до —270 °C.

Используются эти теплообменники в различных транспортных установках.

Оребрённо-пластинчатые

Их отличие от вышеуказанных видов в том, что в основании конструкции используются оребренные панели с тонкими стенами, сформированные путём высокочастотной сварки.

Все они зафиксированы поочерёдно с возможностью поворота на 90 °C.

Применение таких теплообменников часто встречается как в промышленности (в тепловых технологических процессах), так и в быту (система вентиляции с возвращением тепла).

Спиральные

Бывают горизонтальные и вертикальные. Их конструкция состоит из 2 тонких листов из металла, зафиксированных к керну и загнутых в форме спиралей. Для придания листам дополнительной жёсткости к ним по обеим сторонам с помощью сварки присоединены бобышки дистанции.

У спиральных каналов есть ограничения в виде торцевых крышек. Уплотнения таких проходов производят путём заваривания с одной стороны и уплотнения прокладкой — с другой. По мере её износа происходит заваривание и с другой стороны.

Таким образом, исключается вероятность спешивания теплоносителей.

Используется этот прибор в пищевой, металлургической, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, нефтяной, газовой и других областях промышленности.

Как подобрать теплообменник ЦТП

При выборе важно обращать внимание на основные технические характеристики оборудования:

Толщина и материал пластин

Чем ниже масса прибора, тем выше коэффициент теплоотдачи. При этом важно ориентироваться на рекомендуемую толщину пластин. В основном она варьируется от 0,4 мм до 0,7 мм, подходящий материал — нержавеющая сталь.

Давление

Чем меньше этот показатель, тем ниже стоимость агрегата. Чтобы не наблюдалось сбоев в системе отопления, требуется обязательно знать это значение и указать его продавцу при приобретении.

Коэффициент передачи тепла

Это один из главных критериев выбора. Он показывает, какую единицу тепла способно передать устройство за определённое время от нагретой среды к холодной через площадь 1 кв. м. и разницу температур 1 К.

Для увеличения теплопередачи требуется меньшее количество пластин. Стоимость у такого теплообменника будет ниже. У оборудования с высокой ценой

Справка! При усилении потока возрастает и потребность в большом количестве чисток за счёт образования отложений.

Рекомендуемый и оптимальный коэффициент тепловой передачи — 7000 Вт/кв. м*К.

Масса

Вес теплообменника напрямую зависит от того, из какого материала он изготовлен. Прежде чем приобретать прибор, требуется определить, сколько места под него есть. При малых площадях лучше воздержаться от крупногабаритного оборудования.

Запас поверхности для теплообмена

У качественного агрегата этот показатель составляет 10—15%, в противном случае его работа не будет эффективной, так как малейший недогрев до установленной температуры или загрязнение приведут к прекращению рабочего процесса.

Помимо вышеуказанных параметров, также стоит учитывать количество тепловых потерь, основные свойства теплоносителя, характеристики труб для обмена теплом.

Типы и материалы

Разновидность теплообменника подбирается исходя из его целевого назначения и применяемого теплоносителя.

Самыми надёжными и долговечными считаются приборы из чугуна. Они не боятся коррозии и обладают высокой теплоёмкостью.

Минусы: крупногабаритность и медленная перестройка под заданное колебание температур. Они занимают достаточно много места.

У стальных агрегатов ощутимее ниже цена, но и уровень эффективности тоже занижен.

Самые распространённые — теплообменники из меди. У них высокий коэффициент теплопроводности, технологичности.

Для увеличения продолжения срока эксплуатации такие приборы с наружной стороны покрываются специальным защитным слоем.

Стальные теплообменники самые дешёвые, подвержены коррозии и имеют большой вес.

Популярные производители: фото

Все производители агрегатов дают гарантию на свою продукцию от 6 месяцев до 1 года.

Большим спросом пользуется продукция следующих фирм:

Sondex;

Фото 1. Пластинчатый теплообменник, резьбовое соединение, толщина пластин 0,5 мм, производитель – «Sondex», Дания.

Ридан;

Alfa Laval;

Фото 2. Пластинчатый теплообменник модели AQ2S, гофрированная поверхность пластин, производитель – «Alfa Laval».

Gea Машимпэкс;

Danfoss;

Фото 3. Паяный пластинчатый теплообменник модели XB 04-1-8, изготовлен из кислотостойкой нержавеющей стали, производитель – «Danfoss».

Funke;

Этра.

Полезное видео

Ознакомьтесь с видео, в котором рассказывается, как устроены кожухотрубные теплообменники.

Низкий напор горячей воды и другие признаки засоренности

низкий напор горячей воды;
под кожухом скапливается и сыпется сажа;
после включения происходит быстрое отключение горелки;
плохой прогрев воды;

Важно! Прежде чем начинать процесс очистки теплообменника необходимо убедиться, что исправны остальные элементы отопительной системы.

Источник: iobogrev.ru