Теплообменник для отопления

Теплообменник — ключевой элемент современной системы теплоснабжения. Отопительные системы в странах Запада вообще не обходятся без них. Традиционная система централизованного отопления, используемая в России, изначально строилась по другому принципу, но в последние годы начала активно перестраиваться. Многие строительные и производственные компании перенимают европейский опыт, проектируя системы теплоснабжения по западному образцу. В чем же от этого выгода?

Основные достоинства теплообменника

Это устройство позволяет эффективно экономить энергию, отделяя общую систему теплоснабжения от индивидуальной — квартирной, домовой и т.п. Фактически теплообменник выступает в роли разделителя сред теплоносителя — передача тепловой энергии от котельной к системе отопления, например, квартиры, происходит опосредованно. Теплообменник фактически отделяет домашнюю систему обогрева от коммунальной.

Система отопления на базе теплообменника называется независимой. При ее наличии вы берете от сети ровно столько тепла, сколько вам надо. Это основное достоинство независимой системы теплоснабжения по сравнению с зависимой, распространенной в России с советских времен.

Важное отличие: в зависимой системе перекрывать краны батареи отопления можно только для экстренных ремонтных работ, использовать их для регулировки теплового потока категорически нельзя — весь комплекс устройств может выйти из строя. Более того, перекрыть краны батареи в отопительный период часто означает оставить без тепла всех своих соседей.

С независимой же системой, отделенной от общего стояка теплообменником, можно делать что угодно — прибавлять и убавлять температуру по собственному желанию, контролировать забор тепловой энергии для экономии и т.п. Кроме этого, теплообменник-разделитель:

  • предохраняет вашу систему от прорыва в случае подачи по трубам отопления горячей воды под большим давлением;
  • позволяет применять в системе отопления металлопластиковые трубы, которые не ржавеют, но выдерживают высокую температуру не более 5 месяцев подряд.

Глобальные принципы работы

С конструктивной точки зрения любые устройства теплового обмена делятся на рекуператоры и регенераторы. В рекуператорах горячая и холодная среда разделены какой-либо физической преградой. Горячий и холодный теплоноситель протекают каждый по своей трубе постоянно, и тепло от первого ко второму передается через специально спроектированные конструкции.

В регенераторах же наоборот — к одной и той же поверхности поочередно подводится горячий и холодный потоки. В результате этого поверхность сначала нагревается, а затем остывает.

Регенераторы в большинстве своем специализированные устройства. Они чаще используются в определенных отраслях промышленности, например, в металлургии (воздухонагреватели доменных печей). Подавляющее большинство теплообменников для обычных условий — рекуператоры. Самыми эффективными из них, с наибольшим коэффициентом теплопередачи, являются пластинчатые теплообменники.

Принцип работы пластинчатого рекуператора

Пластинчатый теплообменник состоит из пакета тонких пластин, как правило, гофрированных для увеличения общей площади. Чем больше площадь поверхности, тем эффективнее теплоотдача.

Через пакет проходят контуры греющего и нагревающегося потока, которые физически не связаны между собой. В греющий контур подается горячий теплоноситель (чаще всего — вода). Он нагревает пластины, которые, в свою очередь, передают тепло на контур, в котором проходит холодный поток (принимающий тепло).

В этом и заключается метод разделения. Вторичный (нагревающийся, с холодной водой на входе) контур и идет на обогрев помещения. К нему и подключаются домовые или офисные батареи отопления. Поток теплоносителя из первичного контура, отдав часть тепловой энергии, устремляется дальше, не заходя в отапливаемое помещение.

Ключевой особенностью пластинчатой теплообменной системы является то, что на вторичном контуре может присутствовать насос, которой будет обеспечивать перекачку теплоносителя. За счет этого обеспечивается высокий КПД и самоочистка труб от накипи. Все теплообменники, которые можно приобрести в нашем магазине, пластинчатого типа.

Конструкция

Устройство теплообмена пластинчатого типа состоит из пакета пластин или ламелей, собранных на жестком штативе. Через них пропущены четыре трубы от двух контуров водоснабжения (в других случаях — трубопроводы для горячего газа или пара).

Между собой ламели разделены прокладками из упругого теплостойкого полимера. Оптимально подходит материал EPDM — этиленпропилен, который выдерживает значительные перепады температур.

Передняя плита корпуса такого устройства — неподвижная, задняя — подвижная. Она может немного смещаться на штативе, чтобы скомпенсировать температурное расширение металла. Плиты стягиваются между собой болтами с сохранением небольшого запаса упругости.

Достоинство такой системы в том, что она легко разбирается для очистки и ремонта, а также при необходимости может быть дополнена несколькими ламелями для увеличения коэффициента передачи.

Варианты компоновки каналов прохождения теплоносителя бывают одноходовые, двухходовые или многоходовые. Одноходовые конструктивно проще и удобнее в эксплуатации, но двух- и многоходовые экономически эффективнее, хотя и требуют для своего обслуживания персонала повышенной квалификации.

Пластины развернуты друг к другу на 180 градусов и скомпонованы так, что между ними образуются две независимых системы каналов — для первичного и вторичного контуров. Между собой каналы изолированы прокладками, что препятствует смешению сред.

Каналы, по которым течет рабочая среда, имеют извилистую структуру, что вызывает эффект турбулизации (возмущения) обоих потоков. Температурная разница в противотоке между горячим и холодным контурами вызывает движение вторичного контура — при повышении температуры повышается и давление, поэтому вода либо другой теплоноситель в нем движется самостоятельно, без нагнетающего насоса (который, тем не менее, вполне может использоваться для увеличения скорости потока, экстренной промывки системы и т.п.).

Жидкости при этом движутся навстречу друг другу. Там, где существует возможность прорыва и их смешивания, монтируется дополнительный слой гидроизолирующего уплотнения либо стальная предохранительная пластина.

Материалы изготовления и основные рабочие параметры

Пластинчатые теплообменники способны работать в любых условиях, кроме систем повышенного давления, т. к. пластины для уменьшения веса и увеличения теплоотдачи производятся очень тонкими.

Материал ламелей зависит от характеристик рабочей среды. Для воды применяется нержавеющая сталь, для более агрессивных сред — титановые сплавы, стали, легированные молибденом и другие металлы.

Минимальное количество ламелей — 7, максимальное практически не ограничено. Оно может составлять десятки, а то и сотни пластин. Температура рабочей среды не должна превышать 180 градусов. Максимальное давление составляет 25 кгс/см2.

Применение в целях экономии

Пластинчатый теплообменник, использованный в хорошо продуманной автоматизированной системе, по сравнению с зависимой «советской» системой дает возможность значительно снизить количество воды, идущей на обогрев. Это означает, что можно уменьшить давление, а значит, снизить затраты на дорогостоящую запорную арматуру, уменьшить диаметр трубопроводов, а главное — использовать менее мощные насосы, подающие теплоноситель. Это особенно актуально в многоэтажных домах с числом этажей более 10, которые часто строятся в последнее время, а также в сильно разветвленных отопительных комплексах производственных цехов. Благодаря применению менее мощных насосов экономится электроэнергия, которая, заметим, имеет тенденцию к удорожанию.

Дополнительный плюс независимой системы, повышающей ее рентабельность, это высокая надежность, практически безаварийность работы. Наличие «разделителя»-теплообменника в сочетании с автоматикой тонкой регулировки температуры и давления позволяет снизить нагрузку на систему, уменьшив практически до нуля вероятность прорыва. В зависимой системе котельная фактически работает на износ, она не может контролировать реально необходимый уровень давления. Из-за этого для таких систем характерны низкая энергоэффективность, постоянный перетоп, завышенные затраты на тепло и постоянный риск аварии из-за высоких температур в сочетании с давлением. Из-за этого в котельной постоянно необходимо держать оператора.

Независимая же котельная может быть полностью автоматизирована. Человеческий труд в ней исключен, что опять-таки повышает ее рентабельность и целесообразность.

07.06.2018

Возврат к списку