Для чего нужен теплообменник в системе отопления

• Виды теплообменного оборудования
• Смесительные
• Поверхностные
• Кожухотрубные
• Пластинчатые
• Теплообменники в системе отопления
• Зависимая система
• Независимая система
• Система отопления частного дома
• Пластинчатые теплообменники
• Конструкция
• Преимущества
• Как подобрать теплообменник для системы отопления

К теплообменному оборудованию относятся водонагреватели, испарители, парогенераторы, пастеризаторы, части системы кондиционирования или охлаждения. Устройства используют в энергетике, металлургии, нефтегазовой и химической промышленности, на тепловых пунктах, в системах вентилирования и кондиционирования.

В пищевой промышленности теплообменники предназначены для пастеризации и охлаждения продуктов. В судостроении — для охлаждения главного двигателя и всей центральной системы корабля.

Теплообменные аппараты также применяют в коммунальном теплоснабжении. Например, для подогрева воды, работы теплых полов, в системе отопления и горячего водоснабжения.

Конкретные параметры оборудования зависят от его типа.

Виды теплообменного оборудования

По способу передачи тепла устройства разделяют на смесительные и поверхностные.

Смесительные

Эти устройства еще называют «контактные». Теплообмен в них происходит за счет непосредственного контакта или смешивания двух рабочих сред — теплоносителя с теплоприемником.

Они предназначены для охлаждения и нагрева различных жидких, газообразных или твердых сред, выпаривания и конденсации, плавления и кристаллизации. То есть в контактном оборудовании рабочие среды могут изменять свое агрегатное состояние.

Поверхностные

Имеют раздельные герметичные контуры (каналы) для течения двух рабочих сред. Среды обмениваются теплом за счет контакта между собой через стенки контура из теплопроводящего материала.

Поверхностные аппараты дополнительно разделяют на:

• Рекуперативные. Теплоноситель и теплоприемник проходят через прибор, не смешиваясь друг с другом. Течение рабочих сред всегда стабильно и происходит в одном направлении.
  Принцип действия такого теплообменника можно понять на примере «водяной бани»: не доводя до кипения, теплоноситель подогревают в мелкой посуде, которую помещают в большую емкость.

• Регенеративные. В теплообменниках этого типа рабочие среды по очереди действуют на одну и ту же поверхность нагрева. Поверхность поглощает и накапливает тепло от теплоносителя, после чего его подача прекращается. Затем по конструкции проходит среда с более низкой температурой и забирает тепло. При этом часто теплоноситель и теплоприемник — одно и то же вещество.
  Понять способ работы этого вида теплообменника можно на примере бочки с водой в теплице: в жаркий день вода в бочке нагревается, а ночью отдает энергию и согревает постройку.

К рекуперативному виду относят самые распространенные типы теплообменного оборудования: кожухотрубные и пластинчатые.

Кожухотрубные

Представляют собой наборы (пучки) труб, собранные в трубные решетки и помещенные в корпус (кожух). Патрубки и концы труб в трубных решетках скрепляют с помощью пайки или сварки. Один пучок труб содержит рабочую среду, которую нужно охладить или нагреть. Тепло между ними передается через стенки трубы либо со стороны трубы на сторону кожуха, либо наоборот. Пучок может состоять из разных видов труб: гладких, ребристых и других.

Такие системы обычно работают с жидкостями при разном давлении. Текучая среда с более высоким давлением циркулирует по трубам, а жидкость с более низким давлением — через кожух. Эти теплообменники можно объединять между собой в секционные конструкции для увеличения объема жидкостей и скорости теплообменного процесса.

Пластинчатые

Представляют собой пластины с рифленой поверхностью и каналами для протока жидкости, соединенные в единые конструкции с помощью прижимных плит, термостойких уплотнителей (прокладок) и стяжек. Прокладки находятся между пластинами и образуют уплотнения. Уплотнение предотвращает смешивание и утечку рабочих сред, а также определяет, по каким каналам может протекать каждая из них.

По способу соединения аппараты пластинчатого типа делят на:

• Разборные. Состоят из отдельных металлических гофрированных пластин, двух камер на концах устройства, рамы и крепежных болтов. Пластины разделены резиновыми прокладками, которые обеспечивают герметичность.

• Паяные. Состоят из тех же пластин, которые соединены между собой методом пайки с использованием медного или никелевого припоя. Их изготавливают только из высококачественной нержавеющей стали, а процесс пайки происходит в условиях вакуума.

• Сварные. Их делают в виде конструкции из сварных модулей, которые соединяют с помощью лазерной сварки в виде пары пластин. Потом их собирают между торцевыми стальными плитами при помощи болтов. Устройство этого типа приборов обеспечивает перемещение рабочей среды в заваренных каналах по пластинам.

• Полусварные. Принцип такой же, как и в сварных, но между каждым сварным модулем проложен специальный уплотнитель из паронита (прокладочный материал, производят под воздействием пресса из смеси асбеста, каучука и порошкообразных наполнителей).

От структуры пластинчатого прибора зависит прочность устройства, а также тип, температура и давление сред, с которыми оно может работать.

Теплообменники в системе отопления

Системы отопления могут быть зависимыми и независимыми.

Зависимая система

В ней нет теплообменника, тепло регулярно в определенном количестве поступает от центральной тепловой сети (котельной) непосредственно в батареи потребителям. Если в системе нет теплообменного оборудования, котельная не регулирует подачу тепла, не меняет в зависимости от погодных условий или пожеланий людей.

Независимая система

Такая система отопления состоит из одного или нескольких индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) с теплообменным оборудованием. Один тепловой пункт обслуживает один объект или его часть. Если объектов больше одного, независимая система включает несколько ИТП, один из которых — центральный. Он распределяет энергию между остальными тепловыми пунктами, которые доставляют ее к потребителям. В любом из двух вариантов комплекс получает энергию из теплосети.

Индивидуальные тепловые пункты располагают в отдельном сооружении, техническом или подвальном помещении, пристройке к дому. Процессы в них полностью автоматизированы, поэтому многочисленный персонал не нужен. Информация обо всех параметрах работы ИТП передается в диспетчерскую службу. Пункты поддерживают температуру теплоносителя в зависимости от наружной температуры, исключают слишком низкие или высокие ее показатели в помещении. Они помогают вести учет расхода тепла, равномерно его распределять, контролируют параметры безопасности и защищают от аварий.

Теплообменное оборудование в комплексе ИТП помогает регулировать количество поступающей энергии в соответствии с нуждами потребителей. Человек может сам контролировать температурный режим в помещении с помощью кранов на радиаторах, что позволяет снизить потребление тепла до 30%.

В самих котельных также устанавливают теплообменники для регулирования температуры и уменьшения износа современных труб, которые делают из пластика. Максимальная температура, которую они могут выдержать — 90 ̊С. За счет теплообменника количество теплоносителя во внутреннем контуре котельни ниже, в котлах образуется меньше накипи — они могут служить дольше.

Система отопления частного дома

Теплообменные аппараты устанавливают в системе отопления дачи, частного дома с автономным отоплением. Они разделяют центральную тепловую сеть и внутренний контур системы отопления. С одной стороны к прибору подключают трубу с горячей средой от котла или центральной котельной. С другой стороны — каналы внутренней системы с реле и контроллерами.

Установка такого устройства в частном доме позволяет быстрее и равномернее прогревать воздух в комнатах, упрощает контроль климата в доме, позволяет экономить энергию, стабилизирует температуру и давление труб, что продлевает срок их службы.

Также теплообменник в отоплении частных домов помогает получить горячую воду. Для этого в один канал подают горячий носитель, в другую подводят воду из водопровода. На выходе получается горячая вода, которая подается прямо к кранам. Такой способ помогает сэкономить на бойлерах и электроэнергии.

Пластинчатые теплообменники

В независимых системах отопления в основном применяют оборудование пластинчатого типа. Чаще выбирают паяный вариант или разборный, чтобы можно было нарастить мощность.

Конструкция



Основа конструкции — пластины, перфорированные штамповкой для увеличения площади теплообмена и формирования каналов, по которым движется рабочая среда. Пластины плотно прижаты друг к другу, их зажимают между двух металлических плит, которые соединяют с помощью направляющих и винтовых шпилек. На одной стороне каждой пластины есть пазы, куда вставляют резиновые прокладки для герметичности.

Одна из плит стационарна, вторая подвижна — ее можно снимать, чтобы увеличить или уменьшить количество пластин. При сборке сначала закрепляют направляющие на штативе и неподвижной плите. На них нанизывают пластины, и подвижная плита стягивается с неподвижной болтами.

На торцевой неподвижной плите и каждой пластине есть по четыре отверстия для подведения и отведения теплоносителя и теплоприемника. Пространство между соседними пластинами поочередно заполняется холодной и горячей средами, а уплотнители обеспечивают герметичность конструкции.

Каждое устройство оснащают фильтром. Он сдерживает крупные частицы примесей, мелкий мусор. Прибор самоочищается за счет турбулентных потоков, но на пластинах откладывается накипь, осадки примесей воды. Периодически фильтр и пластины нужно промывать чистящими растворами. Можно понять, что такое время пришло по перепадам давления в теплообменнике и снижению его работоспособности.

Пластины изготавливают из нержавеющей стали, меди, латуни (используют при высоком давлении в системе), графита, титана, сплава алюминия и кремния. Толщина пластин составляет от 0,4 до 1 мм. Выбор материала зависит от условий работы и от среды, которой будет заполнено устройство. Чаще всего это вода, но также используют масло, антифриз.

Преимущества

Пластинчатые аппараты обладают высокой производительностью, их можно подбирать по размерам и материалам изготовления в зависимости от задач. Они могут выполнять разные функции, например: нагревательного элемента, охлаждающей части системы, автоматического включателя или выключателя давления.

Каждый подвид обладает своими плюсами:

• Разборные приборы просты в установке и использовании: их можно разобрать, почистить и собрать обратно. Площадь теплообмена такого теплообменника равна сумме площади пластин. Поэтому есть возможность регулировать производительность, изменяя количество пластин, если нужно увеличить или уменьшить площадь отопления.
  Также разборные конструкции имеют длительный срок службы и пригодны для ремонта — отдельные пластины заменяют на новые. Но они не подходят для работы с химически агрессивными средами и требуют регулярной смены прокладок.

• Паяные устройства имеют более прочную конструкцию, редко требуют ремонта и выдерживают работу с щелочами и кислотами. Благодаря этому их часто применяют в химической промышленности.

• Сварные теплообменники предназначены для использования в технических процессах с экстремально высокими температурами и давлением, с агрессивными веществами. Работают с высокотемпературным паром, газами, жидкостями и их смесями. Материал пластин — нержавеющая сталь, титан, никелевые сплавы. Эти аппараты отличает высокая эффективность и небольшие размеры, им нужно минимальное обслуживание.

Благодаря рифленой поверхности контуров этот вид теплообменников имеет максимальное прилегание и циркуляцию рабочих сред. Разделяющие среды пластины тоньше по сравнению с другими материалами. Это увеличивает скорость передачи энергии, снижает тепловые потери и обеспечивает высокий коэффициент теплообмена.

Как подобрать теплообменник для системы отопления

Каждый пластинчатый прибор необходимо рассчитывать под конкретные задачи и условия работы. Материал, количество пластин, размеры, технические параметры определяют на основе расчетов.

Расчетами занимается компания-поставщик оборудования. Заказчику нужно предоставить необходимые данные: температуру во внутреннем контуре и контуре теплосети, рабочее давление, допускаемые потери напора, тепловую нагрузку. Их можно запросить у теплоснабжающей организации. Тепловую нагрузку рассчитывают, когда знают остальные показатели.

Исходные данные нужно брать для самого холодного периода, когда необходимы максимально высокие температуры и самое большое теплопотребление.

При проектировании системы отопления также важно знать:

• Жилое или нежилое помещение будет отапливаться. Нагрузку определяют исходя из площади и объема дома, а также учитывают теплопотери здания через все ограждающие конструкции.

• Вязкость и загрязненность рабочей среды. Есть ли в ней примеси, которые оседают на поверхности пластин и ухудшают теплообмен. Запас площади на загрязнение должен составлять 10–50% от площади теплообменника. При слишком низком запасе прибор быстро покроет накипь, при слишком высоком он будет работать неэффективно.

• Есть ли планы в дальнейшем увеличивать мощность теплообменника. Например, если планируется достройка помещения и площадь увеличится.

Неправильные расчеты негативно повлияют на производительность, срок работы и стоимость оборудования.