Типы моделей
Приборы отличаются по способу установки. И это напрямую влияет на эффективность всей системы. Очень часто используется конструкция котла, в котором уже есть внутри теплообменник отопления. Потери тепла в подобных устройствах, практически, сведены к нулю. А для продуктивной работы требуется лишь грамотная настройка.
Внешние конструкции отличаются гораздо меньшей производительностью. Потому что их положение не позволяет хорошо разогреть теплоноситель. Но они применяются там, где отсутствуют индивидуальные обогревательные котлы. Например, в домах, пользующихся централизованным отоплением.
Строение и принцип работы
Механизм действия легко рассмотреть на примере пластинчатого теплообменника заводской сборки. Структура предусматривает два контура и четыре выхода. Пластинчатое устройство разделяет потоки по давлению и температуре. Теплоносителями выступают кислоты и другие жидкости.
Теплообменники для отопления предполагают подключение к одному контуру теплых полов, а к другому – теплоцентрали.
Прямое подключение центрального теплоносителя невозможно, поскольку это приводит к выходу из строя теплого напольного покрытия.
Это происходит из-за повышения давления в теплоцентрали, температурных перепадов и присутствия химически агрессивных веществ в теплоносителе.
Строение теплообменника представлено на рисунке ниже.
Схематичное устройство пластинчатого теплообменника
Структуру теплообменника составляют:
- станина, которая с одной стороны устройства прикрепляется к неподвижной прижимной плите и служит элементом опоры;
- пакет пластин, образующий между составляющими элементами каналы для теплоносителя;
- рама, которая состоит из подвижной прижимной плиты , неподвижной прижимной плиты и задней стойки;
- кожух, служащий для защиты устройства от внешних воздействий;
- шпильки, которые размещены по краю отверстий, через которые в устройство поступает теплоноситель;
- прокладка, необходимая для герметичности каналов;
- опорные и крепежные элементы (направляющие балки, несущая база, лапы станины и рамы, подшипники, болты, гайки, шайбы).
Синие и красные стрелки на рисунке обозначают направления движения холодного и горячего теплоносителя внутри теплообменника соответственно.
В быту применяют теплообменник, чей принцип функционирования основан на разделении потоков и поддержании автономного функционирования теплых полов при пониженном уровне рабочего давления в 1,5 бара и подключении чистой воды.
Структуру теплообменного оборудования составляют три группы пластин:
- Набранные, принадлежащие автономной системе отопления с пониженным уровнем давления.
- Набранные, принадлежащие центральной системе отопления с повышенным уровнем температуры и давления.
- Разделительные, характеризующиеся малой толщиной и передающие тепло от централизованной системы к автономной.
Число и параметры пластин предопределяют мощность теплообменного оборудования. Каждое устройство предполагает установку очистительного фильтра. Он способен удержать грубые частицы: окалины, стружку и прочие. Фильтр нуждается в периодическом промывании очистительными растворами.
Принцип работы теплообменника
Принцип работы теплообменника заключается в передаче тепловой энергии от одного теплоносителя к другому. В устройство поступает прямая греющая среда и холодная среда. При прохождении их между пластинами по каналам происходит нагревание холодной среды. На выходе из теплообменника получают нагретую среду и обратную греющую среду. Внутри оборудования теплообменивающие жидкости движутся навстречу друг другу, то есть в противотоке, и не могут смешиваться, поскольку разделены пластинами.
Как правильно подобрать теплообменник в Перми
Теплообменный аппарат
— это оборудование, в котором происходит обмен тепловой энергией между холодной и горячей средой, при этом эти среды не смешиваются и разделены стенками пластин, имеющих высокую степень теплоотдачи.
Где применяются теплообменники
Теплообменники применяются в системе ГВС (горячего водоснабжения), отоплении, вентиляции, кондиционировании, в энергетике, в металлургии, в нефтехимической и пищевой промышленности.
Но самое частое их применение – это на системах ГВС и отопления от частных домов до административных зданий и промышленных сооружений.
Основные виды теплообменников
Самыми популярными среди теплообменников – являются пластинчатые теплообменные аппараты, которые имеют высокую степень теплоотдачи, компактные размеры и универсальны в применении.
Пластинчатые теплообменники бывают паяными или разборными:
Паяные теплообменники, которые широко применяются на системах отопления, хладоснабжения, для работы с газообразными средами, на системы теплого пола, а так же на горячее водоснабжение (ГВС), если в системе нет крупных нерастворенных частиц.
Разборные теплообменники, которые в основном применяются на системы отопления, горячего водоснабжения (ГВС), вентиляции и кондиционирования многоквартирных домов. Их применение позволяет многократно снизить затраты на потребление тепловой энергии и регулировать её потребление.
Особенности для выбора теплообменника
При выборе теплообменника учитываются такие параметры:
1. Технические характеристики
. Необходимо знать такие показатели как:
- Тепловая мощность;
- Расход по сторонам или одной из сторон теплообмена;
- Температуры рабочих сред на входах и выходах теплообменника;
- Возможно допустимые потери давления в системах теплообмена;
- Максимальная температура и максимальное давление рабочих сред;
- Агрессивность рабочих сред.
2. Компания изготовитель
. Каждый изготовитель придерживается своей ценовой политики. Соответственно, иностранные теплообменники, такие как, Alfa Laval имеют более высокий уровень цен.
Бренды теплообменников Российской сборки, хоть даже на иностранных или отечественных комплектующих не уступают по качеству и надежности: Ридан, Этра, Теплотекс АПВ, Funke, Sondex.
3. Применение
- Когда необходим пластинчатый теплообменник на систему отопления, берутся данные для самого холодного периода – именно тогда происходит большое потребление тепла и требуются высокие температуры теплоносителя.
- Когда подбирается теплообменник на систему горячего водоснабжения (ГВС), то берутся температурные данные периода с мая по сентябрь – так как в этот период показатели теплоносителя самые низкие.
Из вышеизложенного видно, что для подбора пластинчатого теплообменника необходимо предусмотреть множество параметров.
Виды теплообменных аппаратов
Теплообменники очень разнообразны и имеют свою классификацию
При установке аппарата важно знать характеристики каждого вида, прежде чем выбрать подходящий
Пластинчатый
Представляет собой соединение болтов для крепежа, рамы, камер и пластины. Рабочая пластина и рама разделены прокладками. Чтобы произвести монтаж такого оборудования, не нужно применять клей или другие смеси. Тепло подается с помощью трех режимов: прямоточного, смешанного и противоточного. Прибор легко чистить, гидравлическое сопротивление у него небольшое.
Погружной
Этот теплообменник выглядит как змеевик цилиндрической формы. Сам прибор помещен в сосуд с жидкостью. Удобство этой разновидности теплообменного аппарата в том, что тепло передается намного быстрее, чем через другие носители. Это происходит из-за такой конструкции устройства. Можно использовать только там, где можно включать теплообменник механически.
Графитовый
Данный вид не подвержен коррозии и разрушению другими веществами. Состоит прибор из следующих элементов: блоки и цилиндры, крышки, металлический корпус и решетки. За счет того, что протекание тепла из теплообменного аппарата в другой источник осуществляется по перекрестной схеме, обмен происходит быстрее. Материал, из которого сделано оборудование, защищает от внешнего воздействия.
Элементный
Все элементы данного теплообменника соединены вместе, в этом и есть особенность этой разновидности. Тепло подается только противоточно. Сам прибор представляет собой совокупность нескольких больших труб.
Спиральный
Оборудование включает в себя совокупность металлических листов спиралевидного типа, закрученных в специальном приборе. Механизм требует тщательной герметизации, без этого эксплуатироваться прибор будет плохо. Это можно сделать, сварив некоторые части теплообменного аппарата. Устройство весит не много и эффективно работает, но данный теплообменник очень трудно обслуживать.
Витой
Теплообменник, который один из немногих переносит сильные скачки давления в теплосети. Сама конструкция похожа на концентрический змеевик и отлично защищена от перегрева и коррозии. Так этот вид может прослужить очень долго, не требует соблюдения особых условий эксплуатации и легко обслуживается.
Кожухотрубный
Этот прибор возмещает напряжение и состоит из следующих элементов: пучки труб, корпус, трубные решетки, крышки и патрубки. Такие приборы изготовляются как для эксплуатации в вертикальном виде, так и в горизонтальном. Стойкий к высокому давлению и напряжению.
Двухтрубный
Данный теплообменный прибор представляет собой трубы, различные по диаметру. Устройство передает воду и газ холодным теплоносителям, сохраняя при этом высокий уровень подачи тепла. Так же, как и кожухотрубный, справляется с напряжением и легко монтируется. Но стоимость такого прибора довольно высока.
- Рекуперативные
- Регенеративные
- Смесительные
- Поверхностные
- Многоходовые
- Одноходовые
Виды теплообменников для горячей воды
Вообще, существует много конструкций теплообменников, так как они используются часто, в различных устройствах. Поговорим подробнее о наиболее доступных, надежных и эффективных. Для бытовых целей используются два вида:
- Пластинчатые (паянные или разборные).
- Кожухотрубные.
Теплообменник для горячей воды от отопления: в частном секторе используются два типа — пластинчатые (слева) и кожухотрубные (справа) В них тепловые среды — теплоноситель от системы отопления и вода из ХВС (холодного водоснабжения) не смешиваются. Каналы, по которым они протекают, между собой никак не связаны. Поэтому при закачке на подогрев воды питьевого качества, такую же и получаем на выходе.
Пластинчатые
Пластинчатый теплообменник для горячей воды от отопления состоит из нескольких металлических пластин с выдавленными ходами. Собираются они в зеркальном отражении, так что получаются изолированные друг от друга каналы для циркуляции жидкостей. Пластины изготавливают методом штамповки из листового металла. Толщина — до 1 мм. Металл, как правило, нержавеющая антикоррозионная сталь, но есть и из титана, специальных сплавов.
Каналы на пластинах чаще всего делают в виде равносторонних треугольников с разными углами. Чем острее угол, тем быстрее движется жидкость, чем тупее, тем больше сопротивление и медленнее движение. По схеме движения сред по каналам, пластины бывают одноходовыми и многоходовыми. В первых направление движения сред не меняется от начала и до конца. Еще их отличительная особенность — среды движутся в противоток (для большей эффективности).
В многоходовых пластинчатых теплообменниках каналы расположены так, что среды меняют направление движения по нескольку раз. Строение у них более сложное, стоимость выше, но они способны отбирать максимум тепла (высокий КПД). В многоходовых теплообменниках можно добиться небольшой разницы в температурах обоих жидкостей.
По способу соединения бывают двух типов — разборными и паянными. Пластины разборных пластинчатых теплообменников соединяются при помощи специальных эластичных прокладок (из резины, фторопласта). Для обеспечения герметичности каналов, они стягиваются металлическими стержнями-стяжками. Для стабилизации в конструкции присутствуют две массивные плиты — неподвижная и подвижная. На неподвижной закреплены стержни, на них нанизываются пластины с ходами. Чем их больше, тем больше мощность, больше передаваемая теплота. Последней устанавливается подвижная пластина, на стяжки накручиваются гайки, зажимаются до герметичности каналов. Благодаря такой конструкции, эти теплообменники можно разобрать, прочистить, добавить или убрать пластины. И в этом достоинство этой конструкции. Недостаток — пластинчатый теплообменник для горячей воды от отопления имеет больший вес и размер (если сравнивать с паянными).
Два вида пластинчатых теплообменных устройств — паяный (слева) и разборной (справа)
Паянные пластинчатые теплообменники собираются на заводе. Нержавеющие пластины свариваются в аргонной среде, что позволяет избежать коррозии в местах сварки. Паянные пластинчатые теплообменники неразборные, в связи с чем могут возникнуть сложности с промывкой. Их преимущество — более компактные размеры и меньший вес, так как нет необходимости в стабилизирующих плитах.
У каждого теплообменника есть входы и выходы для подключения теплоносителя (от отопления) и воды. Эти выходы могут быть в виде фланца, трубы под сварку, резьбового соединения. Они позволяют подключить теплообменник для горячей воды от отопления к трубам любого типа.
Кожухотрубные
Кожухотрубные теплообменник для горячей воды от отопления проще по конструкции, но менее эффективны, из-за чего, для обеспечения необходимой температуры, должны иметь солидные размеры. Низкая эффективность, большие размеры и материалоемкость — это причины, по которым в быту они используются реже. Но их конструкция надежней — они выдерживают суровые условия эксплуатации. Так что в промышленности чаще применяется именно этот вид теплообменных агрегатов.
Кожухотрубные теплообменники представляют собой трубу-кожух, внутри которой уложены более мелкие трубки. Обычно это медные трубки, но могут быть и из другого материала, причем не только из металла.
Кожухотрубный теплообменник для ГВС — устройство и принцип работы
По тонким трубкам движется нагреваемая вода, которая подается затем в краны. Теплоноситель из системы отопления движется по пространству внутри кожуха, которое не занято трубками с подогреваемой водой. Направление движения — в противоток. Этим обеспечивается большая теплоотдача. Но стоит сказать, что общее КПД таких установок ниже, чем пластинчатых.
Устройство и принцип работы
Теплообменник передает тепло от горячего теплоносителя холодному, при этом не происходит их перемешивание. В качестве теплоносителя используются вода, пар или масло. Для горячего водоснабжения источником тепла выступает теплоноситель системы отопления, а разогреваемой средой является холодная вода.
Конструктивно теплообменник состоит из группы гофрированных пластин, расположенных в параллельных плоскостях. Между ними идут каналы, по которым перемещается теплоноситель и нагреваемая жидкость, расположены они послойно и чередуются между собой. За счет такой конструкции возрастает площадь теплообмена.
Гофрирование выполняют в виде волн, которые ориентированы так, чтобы каналы соседних контуров располагались под углом друг к другу. Подключают входы и выходы по схеме, которая направляет жидкости навстречу одна другой.
Размер поверхности и материал пластин подбирают соответственно требуемой мощности теплообмена и вида теплоносителя. В современных высокоэффективных устройствах поверхность сформирована таким образом, что возбуждает завихрения у поверхности пластины, что увеличивает теплообмен, и не создает при этом заметного сопротивления потоку.
Не пропустите: Плюсы и минусы двухконтурного котла
Теплообменник включают в два контура:
- Последовательно в систему отопления или параллельно, при наличии регулирующих вентилей.
- Вход в холодный водопровод, а выход к потребителю ГВС.
Холодная вода протекает через теплообменник и нагревается от тепла системы отопления до нужной температуры, а затем попадает к потребителю.
Типы теплообменников
Самый простой теплообменник – это змеевик из металлической трубы. Понятно, что металл – идеальный материал с высокой теплопроводностью, а значит, передача тепла будет быстрой и максимально эффективной. И чем больше диаметр змеевика, чем больше в нем витков, тем интенсивнее он будет отдавать тепло, потому что таким образом увеличивается площадь теплообмена. Конечно, на интенсивность теплоотдачи будет влиять и разница между холодной водой в бойлере, и горячей в системе отопления. И чем разница будет меньше, тем лучше. Правда, необходимо отметить, что вода в скважине обычно составляет в среднем +10С, приплюсуйте сюда зимнюю температуру, то получается так, что при необходимости довести воду в ГВС до температуры +40-45С, нужно нагреть воду в отопительной системе до +80-90С.
Теплообменник-змеевик
Что касается материала, из которого змеевики теплообменники изготавливаются, то в основном используются или стальные, или чугунные приборы.
- У обоих материалов высокая теплопроводность.
- Стальные агрегаты весят меньше чугунных.
- По показателю ударопрочности стальные выигрывают. Они не лопаются при ударах, как чугунные теплообменники. И в этом их большое преимущество.
- Они также хорошо выдерживают перепады температур. То есть, оба материала держат высокие температуры, но при резком их изменении чугун трескается и лопается.
- Правда, сталь быстрее коррозирует при соприкосновении с водой и кислородом. Если в теплообменнике постоянно находится вода (внутри и снаружи), то прослужит он долго, потому что в самой воде незначительная концентрация кислорода.
То есть, по многим техническим характеристикам стальные теплообменники лучше. В настоящее время эти приборы изготавливают и из медных труб. По всем показателям медные теплообменники превосходят и стальные, и чугунные, но у них есть один большой недостаток- слишком дорогое это удовольствие.
Изготовление медного теплообменника
Пластинчатые теплообменники
Еще одна разновидность – это пластинчатые теплообменники для горячего водоснабжения. В основе их конструкции лежат гофрированные пластины, которые устанавливаются между плитами и сжимаются между собой специальными болтовыми соединениями.
По эффективности пластинчатые теплообменники превосходят трубные. Все дело в тех самых пластинах, за счет которых прибор и получил свое название. У них большая площадь теплоотдачи, их самих большое количество, нагреваются они от труб, которые пронизывают все пластины в четырех местах, отсюда, в принципе, и сильный их нагрев. На фото ниже показан такой агрегат.
Пластинчатый теплообменник
Но есть у этой разновидности одно большое преимущество – это возможность наращивать длину прибора за счет установки в него дополнительных пластин. При этом толщина самого гофрированного элемента небольшая (0,5-0,6 мм), а площадь теплоотдачи огромна. Даже установив дополнительно 10 элементов, можно повысить теплоотдачу прибора на 10-15%.
Сами пластины изготавливаются из коррозионностойкой стали методом штамповки. Для герметизации стыков между собой и трубами коллекторов используются резиновые прокладки.
Широкие возможности кожухотрубного теплообменника
- Давление в трубках может достигать разных значений, от вакуума до наивысших;
- Можно достичь необходимого условия по термическим напряжениям, при этом цена устройства существенно не поменяется;
- Размеры системы тоже могут быть различными: от бытового теплообменника в ванную комнату до промышленного площадью 5000 кв. м.;
- Нет необходимости предварительно очищать рабочую среду;
- Для создания сердцевины используют разные материалы, в зависимости от затрат на производство. Однако все они соответствуют требованиям температуры, давления и устойчивости к коррозии;
- Отдельный участок труб можно извлечь для чистки или ремонта.
Есть ли у конструкции недостатки? Не без них: кожухотрубчатый теплообменник весьма громоздкий. Из-за своих габаритов он нередко требует отдельного технического помещения. Ввиду большой металлоемкости стоимость изготовления такого устройства тоже велика.
Принцип действия
В таком аппарате происходит сразу несколько процессов: конвекция, тепловое излучение и теплопроводность. Теплообменник функционирует следующим образом:
- через отверстия в передней и задней плитах устройства из труб поступает тепло внутрь теплообменного аппарата;
- пристенный слой на большой скорости подачи тепла запускает процесс, который принято называть турбулентностью. Иными словами, происходит обмен сферами по разным сторонам пластины;
- те пластины, которые расположены параллельно относительно друг друга, образовывают специальные коридоры – рабочие каналы. Они позволяют средам непосредственно производить тепловой обмен.
Существует два принципа перемещения тепла по теплообменнику:
- многоходовой: предусматривает движения по одинаковому количеству каналов;
- одноходовой: потоки сразу выходят за пределы теплообменника, без повторного цикла.
На мощность оборудования влияет в первую очередь количество пластин. Чем их больше – тем и устройство работает мощнее. Нельзя забывать об установке очистительного фильтра и регулярной профилактике оборудования, чтобы продлить срок эксплуатации.
Кожухотрубные теплообменники
Кожухотрубчатые теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скрепленных при помощи трубных решеток (досок) и ограниченных кожухами и крышками с патрубками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости и, следовательно, коэффициента теплоотдачи теплоносителей. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между жидкостями и паром, между жидкостями и газами. Типовые конструкции кожухотрубчатых теплообменников применяются в случаях, когда требуется большая поверхность теплообмена.
Рис. 4. Типы кожухотрубчатых теплообменников
а — одноходовой; б — многоходовой; в — пленочный; г — с линзовым компенсатором; д — с плавающей головкой закрытого типа; е — с плавающей головкой открытого типа; ж — с сальниковым компенсатором; з — с U-образными трубками; 1 — кожух; 2 — выходная камера; 3 — трубная решетка; 4 — трубы; — входная камера; 6 — продольная перегородка; 7 — камера; 8 — перегородки в камере; 9 — линзовый компенсатор; 10 — плавающая головка; 11 — сальник; 12 — U-образные трубки; I, II — теплоносители
При нагреве жидкости паром в большинстве случаев пар вводится в межтрубное пространство, а нагреваемая жидкость протекает по трубкам. В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2—3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, скорости теплоносителя в межтрубном пространстве более низкие и коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. На рис. 4 показаны различные типы кожухотрубчатых теплообменников.
Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров. Так, конденсатор современной паровой турбины мощностью 300 МВт имеет более 20 тыс. труб с общей площадью поверхности теплообмена около 15 тыс. м2.
Корпус (кожух) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются, главным образом, способом соединения с трубной решеткой и крышками. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не меньше 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха привариваются фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха привариваются патрубки и опоры аппарата.
Трубки кожухотрубчатых аппаратов изготовляют прямыми или изогнутыми (U-образными) диаметром от 12 до мм.
Материал трубок выбирается в зависимости от среды, омывающей ее поверхность. Применяются трубки из стали, латуни и специальных сплавов.
Трубные решетки служат для закрепления в них труб при помощи развальцовки, сварки, запайки или сальниковых соединений. Трубные решетки зажимаются болтами между фланцами кожуха и крышки или привариваются к кожуху, либо соединяются болтами только с фланцами свободной камеры.
Крышки кожухотрубчатых аппаратов имеют форму плоских плит, конусов, сфер, а чаще всего выпуклых или вогнутых эллипсов.
