0

Схема подключения теплообменника ГВС

Содержание

Для чего предназначены теплообменники в системах горячего водоснабжения

Как и понятно из названия, теплообменник — это аппарат для обмена теплом (извините за тавтологию). В системах горячего водоснабжения (сокращенно ГВС) они используются для передачи тепловой энергии от воды, нагретой котлом, воде, которая разбирается из кранов и используется для бытовых нужд. Очень редко — как правило, на самих котельных или ТЭЦ, вода для ГВС нагревается паром.

Почему для горячего водоснабжения не берут воду, нагретую в котле, а используют теплообменники

На первый взгляд — да, кажется глупостью нагревать воду один раз в котле для отопления, а потом передать от нее тепло другой воде для горячего водоснабжения. Но все объясняется.

  1. Вода в системе отопления (называется сетевой), и чаще всего специально подготавливается. Для того чтобы не было накипи на стенках труб, котла и отопительных приборов, из нее удаляют соли кальция и магния. Такая вода получается мягкой и она не удовлетворяет жажду.

Дополнительно стараются убрать и растворенный воздух, чтобы не образовывались воздушные пробки, которые мешают нормальной циркуляции.

Интересный факт. В середине прошлого века в отдельных системах отопления в сетевую воду для удаления воздуха добавляли гидразин. Такая вода была не только мягкой, но и ядовитой.

На заметку: Также невыгодно использовать мощности оборудования и химикаты для подготовки воды для большого ее количества, которое будет разбираться потребителями.

  1. При разборе сетевой воды возможны ее потери — если не будет вовремя включена подпитка (или не сработает автоматика). Это грозит аварийной ситуацией и даже взрывом котла.
  2. Отопительные системы регулируются так, чтобы обеспечить необходимые расходы воды на всех участках. При неравномерном ее отборе из разных точек такую регулировку сделать невозможно.
  3. Чем больше давление в отопительной системе, тем эффективнее она работает. Для водопровода же излишние давления не нужны. Тем более, что многие узлы и арматура на сетях ГВС на них не рассчитаны.
  4. Сетевая вода может быть нагрета выше норматива для горячей системы. Отрегулировать температуру можно на теплообменнике, изменяя расходы.
  5. Для водоснабжения трубы должны соответствовать санитарным нормам. Как правило, они имеют цинковое покрытие по внутренним поверхностям. Цена на них естественно выше, чем на обычные черные. Прокладывать всю отопительную систему из таких труб экономически невыгодно.

Но надо отметить, что есть системы горячего водоснабжения, в которых вода для них готовится прямо в котле. Это небольшие отопительные системы с ГВС (на одну-две квартиры), в которых используют двухконтурные котлы. В них имеется специальный контур именно для подогрева воды.

Конечно, в больших системах центрального отопления и водоснабжения можно было бы поставить отдельные котлы для горячей воды. Но это невыгодно тем, что усложняет систему, и кроме того к каждому дому пришлось бы тянуть три-четыре трубы отдельно для сетевой воды и отдельно для горячей. Поэтому прокладывают только две, для отопления, а теплообменники устанавливают или в каждом доме или на их группу в ЦТП (центральный тепловой пункт).

Кстати, кроме названия «теплообменник» специалистами, монтирующими и эксплуатирующими системы отопления и горячего водоснабжения, очень часто используется слово «бойлер». В нашей статье не будем отходить от традиций, и тоже будем применять его.

Устройство теплообменников

В системах горячего водоснабжения используются рекуперативные теплообменники. То есть, в них происходит передача энергии от одной среды другой через препятствующую смешиванию поверхность при постоянном контакте с ней.

99% процентов теплообменников ГВС — это водоводяные. То есть, в них тепло передается от воды к воде. Редко — как правило, для внутренних нужд паровых котельных, вода в системе ГВС нагревается пароводяным теплообменником (мы опишем его тоже).

Кстати, отходя от темы нашей статьи: На этих же котельных и ТЭЦ (теплоэлектроцентралях) пароводяные теплообменники используют для нагрева сетевой воды, которая подается в отопительные системы. Причина в том, что паровое отопление из-за высокой температуры труб и радиаторов, а так же выгорания пыли на них, не разрешено для жилых и общественных зданий.

Теплообменники делят на две группы.

Проточные

Это тоже практически все, за малым исключением, теплообменники, эксплуатирующиеся в сетях горячего водоснабжения. В них поток теплоносителя, двигаясь, нагревает тоже движущийся поток воды для горячего водоснабжения.

Емкостные

В ГВС, как правило, в таких теплообменниках движущийся поток сетевой воды нагревает воду в емкости, из которой она отбирается по мере необходимости. Их можно встретить редко. Серийно такие аппараты не производятся.

Преимуществом емкостных бойлеров является то, что можно обеспечить большой объем горячей воды на некоторое время даже при маломощном отопительном котле. Проточные теплообменники с такой задачей не справятся. В емкостных вода подогревается постоянно, а когда нужно принять ванну или душ — отбирается нужное количество из бака.

Недостатками таких аппаратов являются:

  1. большие габариты;
  2. более низкое, по сравнению с проточными теплообменниками КПД — часть тепла уходит через стенки емкости (причем, они имеют большую площадь), даже если она теплоизолированная.

Если возникает необходимость в том, чтобы более мощные ГВС работали в режиме, подобном режиму емкостного нагревателя, то чаще всего используют комбинацию: обычный проточный теплообменник горячего водоснабжения и аккумуляторная утепленная емкость, в которой накапливается горячая вода.

Конструкция теплообменников

Точную классификацию конструкциям дать сложно, у различных авторов и источников она может отличаться.

Но все же чаще всего их делят на следующие группы:

  1. секционные;
  2. змеевиковые;
  3. кожухотрубчатые;
  4. ребристые;
  5. пластинчатые;
  6. пластинчато-ребристые;
  7. сотовые.

В системах горячего водоснабжения используют в подавляющем большинстве случаев только две разновидности кожухотрубчатые и пластинчатые. Разберем их подробнее.

Кожухотрубчатые

Кожухотрубчатые теплообменники марки ВВП-1

В них пучок труб, по которым циркулирует нагреваемая вода, находится в кожухе, по которому проходит сетевая вода.

Такой выбор связан со следующим:

  1. Расход воды ГВС меньше расхода сетевой воды. Поэтому последнюю выгоднее пустить по межтрубному пространству.
  2. Накипь обычно образуется от неподготовленной воды, которую мы нагреваем. Очищать проще внутренние поверхности пучка, чем внешние (почему — узнаем ниже).

Чертеж кожухотрубчатого теплообменника

Сам корпус чаще всего стальной или чугунный, а вот пучок труб изготавливают из материалов, хорошо проводящих тепло, ведь через их стенки и происходит теплообмен. Поэтому выбирают медь или латунь, в редких случаях алюминий. Но можно встретить теплообменники и со стальными трубами.

Конструкция водоводяного теплообменика

Для еще лучшей теплопередачи прибегают и к другим мерам:

  • Стараются сделать стенки труб по возможности наиболее тонкими. Но рассчитывают толщину так, чтобы они выдерживали рабочее давление.
  • Увеличивают площадь контакта сетевой воды и нагреваемой. Для этого трубам придают сложный профиль, снабжают ребрами. Сложный профиль и ребра дают и еще одно преимущество — вблизи их стенок поток воды завихряется, становится турбулентным (ламинарным называют плавный поток). Это увеличивает время контакта ее объемов — а, следовательно, улучшает теплопередачу.

Виды труб, используемых в кожухотрубчатых теплообменниках, представлен на рисунке ниже:

Виды труб, применяемых в кожухотрубчатых теплообменника

  • Увеличивают количество труб в пучке, и располагают их как можно ближе друг к другу.
  • Для того, чтобы увеличить длину труб пучка в кожухе, их располагают не прямолинейно, а завивают в спираль.

На заметку: Впрочем, все эти ухищрения, кроме повышения эффективности приносят еще и проблему — теплообменник становится труднее чистить. Поэтому половина эксплуатируемых аппаратов имеет гладкие прямые трубы.

На торцах кожухи закрываются шайбами с отверстиями для труб, они называются: трубные доски или решетки. Причем, для компенсации температурных деформаций трубы пучка не вваривают, а вальцуют (также поступают и с трубами в котлах). Варианты вальцовки и расположения труб на доске показаны на рисунке ниже.

Варианты вальцовки и размещения труб пучка на трубных досках (решетках)

Как правило, кожухотрубчатые теплообменники систем горячего водоснабжения собирают из нескольких секций, так проще модернизировать и ремонтировать систему. При необходимости уменьшить или увеличить мощность просто меняем их количество.

Теплообменник собранный из нескольких секций

Межтрубное пространство секций, по которому циркулирует сетевая вода, соединяется простыми прямыми патрубками. Пространство за трубными решетками — U-образными патрубками, еще называемыми калачами. Секции чаще всего собираются вертикально, одна над одной.

Как мы уже говорили, накипь больше всего образуется на внутренних поверхностях труб пучка. Для ее очистки благодаря такой конструкции, даже нет необходимости полностью разбирать теплообменник и отключать его от отопительной системы. Просто отключаем и сливаем воду из системы ГВС, снимаем калачи и прочищаем трубки.

Пароводяной кожухотрубчатый теплообменник

Пароводяной теплообменник

Как мы уже говорили, такой теплообменник встречается реже, и используется чаще всего для нужд водоснабжения самой паровой котельной или расположенных рядом домов, которые не имеют собственных бойлеров. Рассмотрим и его. Чертеж наиболее распространенной разновидности приведен ниже.

Пароводяной бойлер

Его конструкция очень похожа на ранее рассмотренные нами теплообменники горячего водоснабжения. Отличия в следующем.

  1. Межтрубное пространство гораздо больше, так как нагрев воды для водоснабжения происходит в результате конденсации пара — а для этого нужен объем.
  2. Объем за левой (по чертежу) трубной решеткой разделен надвое. В одну половину подводят воду для нагрева, из второй отбирают горячую. То есть, по половине труб она движется слева направо, а по другой половине — справа налево.
  3. Объем за правой решеткой не разделен, в нем потоки воды разворачиваются.
  4. Есть патрубок для подвода пара сверху.
  5. Образовавшаяся в результате конденсации вода, по мере наполнения бойлера отбирается из нижнего патрубка. Чаще всего она возвращается обратно в котел для повторного использования.
  6. Если обычные бойлеры предохранительными клапанами (которые срабатывают при критическом давлении, сбрасывая его) оснащаются редко, то для пароводяного аппарата — это обязательна деталь.
  7. Тоже обязательно на такой бойлер монтируют и манометр или другой датчик давления.

Пластинчатый теплообменник

Эта разновидность теплообменников появилась в тридцатые годы прошлого века, они моложе кожухотрубчатых аппаратов. Но, немного задержавшись на старте, на сегодня они стремительно вытесняют своих старших собратьев.

Если еще тридцать-сорок лет назад подавляющее количество бойлеров в ГВС были кожухотрубчатыми, то сегодня почти все новые системы делают с пластинчатыми аппаратами.

Узел подогрева воды с пластинчатыми теплообменниками

Чертеж такого теплообменника и схема потоков воды при различных типах сборки на рисунке ниже. Это наиболее распространенная конструкция с гофрами в «елку».

Пластинчатый теплообменник и схема потоков воды в нем

Представляют собой набор пластин, в которых штамповкой создают профиль ходов (это прекрасно видно на фото ниже) для воды. Причем стараются сделать так, чтобы ее путь был по возможности наиболее длинным. По краям пластин имеются четыре отверстия, два из которых связаны с ходами, а два нет.

Пластина для теплообменника

Пластины собираются в пакет с помощью резиновых или паронитовых прокладок таким образом, что полости между ними связаны через одно отверстие.

Получается своеобразный «бутерброд»:

  1. пластина;
  2. каналы, по которым циркулирует сетевая вода;
  3. пластина;
  4. каналы, по которым циркулирует нагреваемая вода;
  5. пластина;
  6. и. т. д.

Один из вариантов движения потоков воды внутри теплообменника

Пластины, как и трубки в кожухотрубчатых теплообменниках, тоже стараются делать максимально тонкими, и выбирают по возможности хорошо проводящий тепло металл: медь, латунь или дюралюминий. Впрочем, большинство пластинчатых теплообменников все же стальные.

Пакеты пластин и прокладок ограничивают сжимными пластинами из толстой стали, и сжимаются шпильками и гайками.

Внимание. При сборке всегда нужно следить за правильностью зажатия, чтобы не повредить чрезмерным усилием прокладку и не перекосить блок пластин.

Есть еще пластинчато-ребристые бойлеры — в них кроме штампованных ходов присутствуют ребра для улучшения теплообмена и увеличения сечения каналов. Но цена на них на порядок больше, поэтому в системах горячего водоснабжения они встречаются крайне редко.

К достоинствам таких аппаратов можно отнести:

  • Компактность: пластинчатый теплообменник горячего водоснабжения при равной мощности с кожухотрубчатым занимает в 2-3 раза меньше места.
  • Легко можно нарастить или уменьшить мощность, добавив или убрав пластины с прокладками. У кожухотрубчатых бойлеров есть возможность регулировать мощность только целыми секциями, которые соединены между собой калачами и патрубками.
  • Дешевый ремонт, замена пластины и прокладки стоит копейки.

Но недостатки по сравнению с кожухотрубчатыми тоже есть:

  • Пластинчатые теплообменники не могут работать при высоких давлениях.
  • Они чувствительны к гидроударам.
  • У пластинчатых теплообменников большее гидравлическое сопротивление. В системах без принудительной циркуляции сетевой воды они могут не очень корректно работать.

Потекший от высокого давления пластинчатый теплообменник

Подключение теплообменников

Дальше рассмотрим, как подключаются теплообменники в систему отопления и ГВС. Наиболее распространены три варианта. Причем не важно, какие бойлеры используются — пластинчатые или кожухотрубчатые.

Подключение без рециркуляции горячей воды

Простейшая схема подключения теплообменника показана на рисунке ниже, она обычно используется в системе ГВС небольшого частного дома с автономным отопительным котлом.

Схема подключения теплообменника без рециркуляции горячей воды

Делается она следующим образом:

  1. Теплообменник подключается параллельно отопительным приборам. Причем (мы уже говорили об этом) сетевая вода подается в межтрубное пространство кожухотрубчатого бойлера. У пластинчатых аппаратов контуры полностью идентичные, так что там не играет роли, который из них подключать к сети отопления.
  2. В один из патрубков второго контура теплообменника подают холодную воду из водопровода, из другого отбирают горячую.
  3. Вода в теплообменнике движется за счет давления водопровода.

На этом рисунке показана и схема подключения регулятора температуры горячей воды.

Она тоже максимально проста:

  • На теплообменнике устанавливается датчик температуры. На схеме он обозначен В3 и цифрой «5». Также он может монтироваться и на выходе горячей воды.
  • Сигнал от него поступает на микроконтроллер. В данной схеме он также регулирует и отопление, но нам это не важно.
  • Анализируя данные, полученные от датчика, микроконтроллер дает команды электроприводу задвижки (она обозначена 8) Y Привод обозначен 9.
  • Задвижка смонтирована на обратке сетевой воды (обраткой называется трубопровод, в котором вода возвращается в котел — линия из котла называется подачей). Уменьшая расход воды, снижают температуру, увеличивая — поднимают.

Однако такая схема подключения не очень удобна. Если трубопроводы достаточно длинные, то придется долго ждать, пока сойдет холодная вода и пойдет горячая. Поэтому обычно трубопроводы горячей воды закольцовывают и ставят рециркуляционные насосы. Тогда горячая вода постоянно движется по кругу. Подобная схема рассмотрена ниже.

Насос для рециркуляции ГВС

Подключение с рециркуляцией горячей воды

Схема включения теплообменника с рециркуляцией горячей воды

Если вы еще не встречались со схемами тепловых сетей, то на данной схеме обозначены:

  1. Т1 — подача сетевой воды из котла.
  2. Т2 — обратка сетевой воды.
  3. Т3 — подача горячей воды.
  4. Т4 — обратка горячей воды.
  5. В1 — подача холодной воды из водопровода.

Эти буквенно-цифровые обозначения общеприняты, и встречаются на всех схемах тепловых систем.

Далее цифрами на сносках обозначены:

  1. теплообменник на горячее водоснабжение;
  2. регулятор температуры (2.1 это клапан, 2.2 датчик который управляет клапаном);
  3. насос для рециркуляции;
  4. водомер;
  5. устройство защита насоса от сухого хода.

Двумя направленными друг к другу вершинами треугольниками обозначены вентиля и задвижки. Если один из треугольников закрашен, то это обратный клапан, который пропускает воду только в одном направлении.

В данной схеме их два. Один — после водомера и подключения водопровода монтируют для того, чтобы рециркуляционный насос не передавил горячую воду из обратки в водопровод. Второй обратный клапан стоит после насоса, и дополнительно защищает его от сухого хода.

В этой схеме возвратившаяся горячая вода смешивается с холодной, что не очень выгодно.

Двухступенчатая схема подключения

Если системы горячего водоснабжения с теплообменником рассчитаны на большой разбор воды, то с целью уменьшения габаритов оборудования используют двухступенчатый подогрев. Так почти всегда монтируют ГВС для многоквартирного дома с централизованной системой отопления.

На заметку: Часто бойлеры работают даже не на одно здание, а на их группу — тогда их размещают в центральных тепловых пунктах (ЦТП).

Схема включения теплообменников для него приведена ниже.

Схема подключения теплообменников для двухступенчатого подогрева воды

Обозначения на этой схеме такие же, как и на предыдущей. Верхняя часть ее тоже аналогична ранее рассмотренной — разница только в том, что в обратку горячей воды (Т4) подключен не водопровод, а подача из еще одного теплообменника (1 ступень), к которому подключен водопровод (В1). Таким образом, в циркулирующую по системе ГВС воду подмешивается не холодная вода, а заранее подогретая.

Клапан для защиты от передавливания водопровода горячей водой монтируется перед первой ступенью. Регулятор температуры ставится на вторую ступень.

Неисправности теплообменников и их разборка, ремонт и техническое обслуживание

Несмотря на простоту теплообменных аппаратов для ГВС, у них все же бывают неисправности, и они нуждаются в периодическом осмотре и обслуживании. Рассмотрим, как выявить неполадки и устранить их.

Неисправности бойлеров

Все неисправности теплообменников можно свести в две группы:

  1. нарушение герметичности;
  2. ухудшение теплопередачи через поверхности.

Нарушение герметичности

Если нарушена герметичность корпуса кожухотрубчатого теплообменника, или внешнего контура прокладок пластинчатого, то порыв можно заметить визуально. Вода будет вытекать наружу. Дополнительным симптомом наличия порыва является падение давления в системе отопления или горячего водоснабжения.

  • Если все же визуально (что бывает очень редко) найти место утечки невозможно, то в систему подают сжатый воздух (опрессовывают систему) и обмыливанием находят порыв по образованиям пузырей на поверхности.
  • Особое внимание нужно обратить на соединения (фланцевые и резьбовые) и сварные стыки.

Работы по испытанию сетей ГВС высоким давлением

  • Причем, проверять нужно оба контура. Если это кожухотрубчатый теплообменник для горячего водоснабжения, то при подаче сжатого воздуха в трубопроводы отопительной системы, особое внимание обращают на кожух, при опрессовке ГВС — на калачи. Стыки проверяем в обоих случаях.
  • При поиске порыва в пластинчатых теплообменниках, без разницы, в какой контур подали давление — обмыливаем все поверхности.
  • Гораздо сложнее найти порыв поверхностей теплообмена — его не видно, а смешивание сетевой и горячей воды незаметно. Такую неисправность можно обнаружить либо визуально при разборке агрегата, либо, подмешав в сетевую воду краситель — флуоресцеин (уранин).

Упаковка флуоресцеина (уранина)

  • При наличии утечек через теплообменные поверхности, горячая вода окрасится в зеленый цвет. Еще более он будет заметен при подсвечивании ультрафиолетом. После разборки по следам красителя на поверхностях, контактирующих с водой контура ГВС, можно найти и место утечки.

Вода, потекшая из крана при нарушении герметичности теплообменника, будет зеленой

Если не получается найти флуоресцеин (это кстати абсолютно безвредное вещество) то можно попробовать воспользоваться и пищевыми красителями.

Совет. Индикатором того, что есть порыв на внутренних теплообменных поверхностях, служит еще наблюдение воздуха, выходящего из кранов горячей воды в то время, когда опрессовывается контур отопления.

Устраняются порывы с помощью замены трубок или пластин, поврежденных прокладок. Также используется сварка или пайки. В некоторых случаях достаточно просто поджать соединение. Иногда в кожухотрубчатом теплообменнике просто отглушивают поврежденную трубу пучка.

Ухудшение теплопередачи

Накипь на трубках кожухотрубчатого теплообменника Трубка с накипью, с близкого расстояния Накипь на пластинчатом теплообменике

Этот дефект вызывается появлением на теплообменных поверхностях накипи, окислов и других отложений. Признаками является долгое время прогрева теплообменника.

То есть, мы подали нагретую сетевую воду в соответствующий контур, и слишком долго ждем, пока пойдет горячая (она все равно пойдет, но только тогда когда прогреется не только материал труб или пластин а и слой отложений на них). При такой неисправности плохо работают и системы регулирования температуры.

Для устранения этой неполадки отложения удаляют. Возможны три способа выполнения этой работы:

  1. Промывка водой, в которую для большей эффективности нагнетают сжатый воздух.
  2. Химическая промывка кислотами, щелочами или другими средствами.
  3. Механическая очистка — для этого необходимо разбирать теплообменник.

Промывка теплообменника Современное средство для химической промывки Механическая очистка внутренних поверхностей бойлера

Разборка теплообменников

Как мы уже говорили, для ремонта и обслуживания теплообменников в некоторых случаях придется их разбирать. Рассмотрим, как это делается.

Кожухотрубчатые теплообменники

В большинстве случаев, теплообменники на горячее водоснабжение данной конструкции имеют вваренные трубные доски. То есть, разборка с помощью ключей сводится только к снятию входных патрубков и калачей.

  • Дальше можно очисть внутреннюю поверхность трубок пучка, или заменить поврежденные. При удалении развальцованных трубок их приходится высверливать.
  • Извлечь весь пучок с досками для очистки внешних поверхностей трубок почти невозможно, очистить их можно только прорезав окна в кожухе.
  • Хотя очень редко (автор статьи встречался с таким теплообменником) старые кожухотрубчатые бойлеры позволяют разъединить кожух и трубные доски, и извлечь весь пучок. Тогда они монтируются через фланцы и прокладки — но это очень редкий случай.

С этой разновидностью легче, для разборки просто отвинчиваем гайки, сжимающие пакет пластин и прокладок. Затем можно любым способом очистить каждую пластину и собрать теплообменник снова.

Правда, особенно если прокладки из паронита, их придется менять на новые, так как при повторном сжатии они вряд ли обеспечат нужную герметичность.

Техническое обслуживание

Как и любое другое оборудование теплообменники нуждаются в техническом обслуживании

Техническое обслуживание (ТО) бойлеров для ГВС ничем не отличается от обслуживания других устройств теплосетей. Как правило, следуя НПА (по нормативно-правовым актам), техническим регламентам и другим регулирующим документами график ТО включает в себя следующие операции.

  1. Осмотры раз в неделю или несколько месяцев. При необходимости поджимаются гайки и болты.
  2. Гидравлические испытания раз в год. При гидравлических испытаниях в систему и теплообменники тоже подается повышенное давление (обычно на 25% больше рабочего). Если в срок до 10 минут не происходит его падения, и не появляются течи, то теплообменник считается герметичным и прошедшим испытания.
  3. Так же ежегодно проводится промывка теплообменников водой с подачей сжатого воздуха.
  4. После испытаний и промывки обычно по необходимости обновляют краску и теплоизоляцию.
  5. Химическая промывка проводится обычно раз в три-пять лет при условии обнаружения ухудшения теплопередачи и наличия отложений. Ежегодно ее не делают из-за того, что при обработке кислотой или щелочью истончаются трубы или пластины. Однако новые современные средства более щадящие к материалам, и при необходимости делать химпромывку можно и чаще.
  6. Так как в трубах горячего водоснабжения могут развиваться бактерии, то ежегодно еще проводят и дезинфекции систем ГВС (контур отопления в этой операции не нуждается). Чаще всего используют раствор хлорной извести, который потом промывают большим количеством воды, но возможно использование и других средств для дезинфекции.

Современное средство для дезинфекции — альтернатива хлорной извести

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:

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

Сварочный аппарат Набор слесарного инструмента Дрель с набором сверл Угловая шлифмашинка «болгарка» с отрезным кругом Набор для вальцовки труб

Инструкция по созданию такого аппарата будет следующей:

  1. 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).
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Сверлим отверстия и зенкуем их.
  6. Закрепляем трубные доски в кожухе сваркой. Но можно продумать и другой вариант, например: на резьбе — но это не общепринято и гораздо сложнее.
  7. Навариваем фланцы на трубы кожуха.
  8. Нарезаем по размеру медные или латунные трубы пучка.
  9. Устанавливаем их в трубные доски и развальцовываем с обеих сторон.
  10. Таким же образом делаем остальные секции, хотя в некоторых случаях достаточно и одной.
  11. Изготавливаем патрубки для соединения межтрубного пространства секций между собой. Это просто нарезанные по размеру обрезки трубы с приваренными фланцами.
  12. 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.

Совет. Можно изготовить калачи из двух отводов труб соответствующего диаметра. Соединяем их между собой и привариваем фланцы.

  1. Изготавливаем переходники-сужения с двумя фланцами для подключения сетей к трубам пучка. Они нужны, потому что диаметр трубопроводов меньше диаметра кожуха.
  2. Соединяем калачами и патрубками секции между собой, монтируем также и переходники для подключения к сетям.
  3. 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.
  4. Испытываем наш теплообменник вместе с сетями (о методах мы писали выше) и если все нормально, то окрашиваем его внешние поверхности и укладываем теплоизоляцию.
  5. 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!

Температурный режим и точка излома

Наличие систем децентрализованного подогрева воды для бытового горячего водоснабжения в тепловых сетях накладывает на их температурные режимы обязательства по поддержанию температуры воды в подающем трубопроводе выше температуры горячей воды на 10-15°C, обычно это 65-70°C.

Таким образом в тепловых сетях работающих по температурному графику и снижающих температуру воды в подающем трубопроводе при повышении температуры наружного воздуха, всегда есть так называемая «точка излома» в которой для систем отопления можно было бы уже подавать и более холодную воду, но вода подаётся с температурой 65°C, чтобы ей можно было нагреть горячую воду для системы горячего водоснабжения. Подобный температурный режим при отсутствии регулирования влечёт за собой некоторый перетоп в системе отопления, но зато избавляет тепловую сеть от обязательств по централизованному подогреву и транспортировке горячей воды для системы ГВС.

Поэтому в греющем контуре температуру воды на входе в теплообменник принимают 65°C, а на выходе задаются температурой 30°C.

В нагреваемом контуре задаются темературой 5°C на входе в теплообменник и 55°C на выходе из него.

Критерии выбора теплообменников

Область использования теплообменных аппаратов обширна: система отопления и охлаждения, обогрев бассейнов, медицинская, химическая и пищевая отрасль, крупные промышленные объекты, частные коттеджи и многоквартирные дома.

Особенности конкретной сферы накладывают требования к свойствам изделия.
При выборе необходимо определить цели: охлаждение или нагревание рабочей среды.

Второй критерий – соответствие техническим условиям эксплуатации.
Это пункт, включающий большое количество показателей:

  • коэффициент теплопередачи;
  • тип среды;
  • температуры на входе и выходе;
  • допустимые потери;
  • тепловая нагрузка;
  • рабочий диапазон давления и температуры.

После определения параметров производятся расчеты площади установки. В данном процессе легко ошибиться, поэтому подобные операции лучше доверить профессионалам.
Ответить на вопрос «Какой теплообменник лучше», помогут также дополнительные сведения:

  • материал наружного корпуса и теплопередающих пластин,
  • способ соединения деталей,
  • период службы,
  • возможность ремонта и обслуживания.

Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубный теплообменник – устройство, в корпусе которого расположена одна или несколько труб. Установка состоит из секций, нарастив которые, можно увеличить мощность. КПД конструкции составляет 70%.

Кожухотрубный теплообменный аппарат для отопления и горячего водоснабжения

Производители нашли способы приблизить КПД трубного теплообменника к пластинчатому:

  • спиральное расположение пучка труб;
  • многоходовая циркуляция греющей жидкости;
  • оребрение – лента в виде гармошки или спирали, расположенная на внутренней стороне труб.

Установка менее подвержена появлению накипи, чем другие типы теплообменных аппаратов.
Для кожухотрубного теплообменника характерны следующие недостатки:

1. Снижение эффективности изделия в 3-4 раза при появлении накипи.

2. Нарушение вальцовки и протечка труб из-за постоянного изменения температуры.

3. Наружная рубашка теплообменника подвержена появлению свищей.

4. Габаритную и тяжелую конструкцию (до 150 кг, длина – 4 метра) неудобно транспортировать и монтировать в помещении.

5. Высокая стоимость изделия.

Для повышения производительности проектировщики внесли изменения во внутреннее устройство, из-за чего изделие лишилось одного из главных преимуществ – легкого демонтажа и ремонта.

Данный тип теплообменников из нержавеющей стали выбирают предприятия, для которых важен показатель устойчивости к гидроударам, и работа которых связана с использованием агрессивных сред или механических примесей. Это могут быть объекты пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности.

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники – это устройства, состоящие из рамы, на которой закреплены несколько гофрированных пластин. Эффективность достигается за счет большой площади соприкосновения жидкости и теплопередающих элементов.

Аппараты подходят для рабочей среды с небольшой разницей давления и температуры, низкой вязкостью, отсутствием механических примесей и частиц.

Прибор предназначен для работы в диапазонах температуры -50 + 200 °С при максимальном давлении – 30 бар.
Достоинства пластинчатых теплообменников:

1. Высокий КПД – 95%.

2. При правильной очистке от накипи теплообменник прослужит до 30 лет.

3. Компактные размеры для облегчения транспортировки и монтажа.

4. Возможность закатить или занести конструкцию по трубам.

5. Легкая автоматизация пластинчатого теплообменника.

6. Отсутствие необходимости в обслуживании изделия в течение отопительного сезона.

7. Стоимость зависит от количества теплопередающих элементов, число которых варьируется, исходя из потребностей заказчика.

Основной минус пластинчатого теплообменного аппарата – низкая устойчивость к появлению накипи. Срок службы устройства без регулярной чистки составляет всего 3 года.
Особенности установки позволяют увеличить производительность за счет использования пластин особой модификации. Выделяют разборные и паяные теплообменники.

Паяные теплообменники

Пластинчатые паяные теплообменники – оптимальный вариант для частных коттеджей и домов. Пластины выполнены из нержавеющей стали, а припой – из никеля или меди.

Изделия предназначены для работы в условиях при рабочей температуре -180 + 200 °С, максимальном давлении – 45 бар. Это метод организации теплого пола, системы горячего водоснабжения и отопления.

Паяный пластинчатый теплообменник подходит для горячего водоснабжения и отопления

Основные преимущества:

1. Устойчивость к нагрузкам.

2. Компактные размеры.

3. Невысокая стоимость.

4. Возможность отключить систему, если нет потребности в отоплении.

Недостатки отечественных паяных теплообменников:

1. Не подходят для технологических процессов, где используются агрессивные жидкие среды с механическими примесями.

2. Соединение с помощью пайки не позволяет разобрать конструкцию для полной очистки и обслуживания.

3. Из-за небольшой толщины перегородок, скрепленных припоем, теплообменник быстро изнашивается.

4. Наличие строгих ограничений по скорости выхода в рабочий режим.

Импортным производителям удалось избавиться от ряда минусов. Иностранные паяные теплообменники могут эксплуатироваться в течение 20 лет.

Жесткая система контроля на иностранных предприятиях гарантирует отсутствие протечек в конструкции. Установки выдерживают длительные температурные нагрузки и гидравлические удары.
Теплообменник с припоем из никеля предназначен для работы с агрессивными средами; припой из меди больше востребован для организации системы кондиционирования и теплоснабжения.

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:

  1. Последовательно к системе отопления или параллельно с наличием регулирующей арматуры.
  2. 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.

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.

P = m * С *Δt,

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.

Схема обвязки

Подключают теплообменник к системе отопления несколькими способами. Самый простой вариант с параллельным включением и наличием регулировочного клапана, работающего от термоголовки.

Обязательными являются запорные шаровые вентили на всех выводах теплообменника, чтобы иметь возможность полностью перекрыть доступ жидкости и обеспечить условия для демонтажа оборудования. Регулировкой мощности и, соответственно, нагревом горячей воды должен заниматься клапан с управлением от термоголовки. Клапан устанавливается на подводящую трубу от отопления, а датчик температуры на выход контура ГВС.

При цикличной организации ГВС с наличием накопительной емкости устанавливается дополнительно тройник на входе нагреваемого контура для включения холодной водопроводной воды и обратки по ГВС. Избежать ненужного тока в обратном направлении в ветке горячей и холодной воды не даст обратный клапан.

Недостатком этой схемы является сильно завышенная нагрузка на систему отопления и неэффективный нагрев воды во втором контуре при большем перепаде температур.

Гораздо продуктивнее и надежнее работает схема с двумя теплообменниками, двухступенчатая.

1 – пластинчатый теплообменник; 2 – регулятор температуры прямого действия: 2.1 – клапан; 2.2 – термостатический элемент; 3 – циркуляционный насос ГВС; 4 – счетчик горячей воды; 5 – электро-контактный манометр (защита от «сухого хода»)

Идея заключается в использовании двух теплообменников. В первой ступени используется с одной стороны обратка системы отопления, а с другой холодная вода из водопровода. Это дает предварительный нагрев примерно на 1/3 или половину от необходимой температуры, при этом не страдает обогрев дома. Включение контура выполняется последовательно с байпасом, на котором уже закреплен игловой вентиль, с помощью которого регулируется объем теплоносителя.

Второй ПТО, вторая ступень, подключаемая параллельно системе отопления – это с одной стороны подача горячего теплоносителя от котла или котельной, а с другой уже подогретая на первой ступени вода ГВС.

Регулировкой первой ступени заниматься нет нужды. Устанавливаются лишь шаровые вентили на все четыре отвода и обратный клапан на подачу холодной воды.

Обвязка второй ступени идентичная параллельному подключению за исключением того, что вместо холодной воды подключается уже подогретая вода с первой ступени.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *