Теплообменники для горячего водоснабжения

Двухступенчатая последовательная схема.

Сетевая
вода разветвляется на два потока: один
проходит через регулятор расхода РР, а
второй через подогреватель второй
ступени, затем эти потоки смешиваются
и поступают в систему отопления.

При
максимальной температуре обратной воды
после отопления 70ºСи
средней нагрузке горячего водоснабжения
водопроводная вода практически
догревается до нормы в первой ступени,
и вторая ступень полностью разгружается,
т.к. регулятор температуры РТ закрывает
клапан на подогреватель, и вся сетевая
вода поступает через регулятор расхода
РР в систему отопления, и система
отопления получает теплоты больше
расчетного значения.

Если
обратная вода имеет после системы
отопления температуру 30-40ºС
, например, при плюсовой температуре
наружного воздуха, то подогрева воды в
первой ступени недостаточно, и она
догревается во второй ступени. Другой
особенностью схемы является принцип
связанного регулирования. Сущность его
состоит в настройке регулятора расхода
на поддержание постоянного расхода
сетевой воды на абонентский ввод в
целом, независимо от нагрузки горячего
водоснабжения и положения регулятора
температуры. Если нагрузка на горячее
водоснабжение возрастает, то регулятор
температуры открывается и пропускает
через подогреватель больше сетевой
воды или всю сетевую воду, при этом
уменьшается расход воды через регулятор
расхода, в результате температура
сетевой воды на входе в элеватор
уменьшается, хотя расход теплоносителя
остается постоянным. Теплота, недоданная
в период большой нагрузки горячего
водоснабжения, компенсируется в периоды
малой нагрузки, когда в элеватор поступает
поток повышенной температуры. Снижение
температуры воздуха в помещениях не
происходит, т.к. используется
теплоаккумулирующая способность
ограждающих конструкций зданий. Это и
называется связанным регулированием,
которое служит для выравнивания суточной
неравномерности нагрузки горячего
водоснабжения. В летний период, когда
отопление отключено, подогреватели
включаются в работу последовательно с
помощью специальной перемычки. Эта
схема применяется в жилых, общественных
и промышленных зданиях при соотношении
нагрузок
Выбор схемы зависит от графика центрального
регулирования отпуска теплоты: повышенный
или отопительный.

Преимуществомпоследовательной
схемы по сравнению с двухступенчатой
смешанной является выравнивание
суточного графика тепловой нагрузки,
лучшее использование теплоносителя,
что приводит к уменьшению расхода воды
в сети. Возврат сетевой воды с низкой
температурой улучшает эффект теплофикации,
т.к. для подогрева воды можно использовать
отборы пара пониженного давления.
Сокращение расхода сетевой воды по этой
схеме составляет (на тепловой пункт)
40% по сравнению с параллельной и 25% — по
сравнению со смешанной.

Недостаток
– отсутствие возможности полного
автоматического регулирования теплового
пункта.

Видео про паяный теплообменник

Актуальные подробности про паяный пластинчатый теплообменник системы горячего водоснабжения можно узнать из этого видео.

С уверенностью можно сказать, что теплообменное устройство является сердцем отопительной системы. Без него невозможно контролировать уровень нагрева теплоносителя и другие важные факторы.

При выборе устройства следует проявить некоторую осторожность ввиду существования десятков различных производителей. В первую очередь, следует присмотреться к продукции лидирующих компаний

Во время выбора необходимо внимательно изучать каждый аспект характеристик той или иной модели теплообменника. Следует придерживаться правила: устройство должно полностью удовлетворять требованиям потребителя.

Теплообменник в системе отопления дома

Особенности

Данный прибор дает возможность в значительной степени расширить функциональные возможности оборудования, основным назначением которого является обогрев помещений. Поскольку подача холодной и горячей воды является фактором, свидетельствующим о благоустроенности жилого дома, наличие эффективного оборудования для этой цели является обязательным.

С водоснабжением холодной водой в частных домах ситуация обстоит несколько проще, чем с ГВС. Горячее водоснабжение представляет собой более сложную систему, где продуктивность работы напрямую зависит от нагревательного механизма. В роли такого элемента довольно часто выступает отопительный бытовой котел.

В продаже существует огромное количество подобных агрегатов, которые различаются по своим конструктивным особенностям. Исходя из этого, нагрев жидкости будет осуществляться по-разному. К одному из вариантов, который в последнее время получил широкое распространение, стоит отнести теплообменник для горячего водоснабжения.

Устройство имеет такое название благодаря своей главной функции – в теплообменниках происходят процессы обмена температурами. А поскольку дело касается ГВС, становится понятно, что тепловая энергия от горячей воды из отопления передается холодной, чтобы та достигла нужной температуры. На некоторых предприятиях используются воздушные теплообменники с вентиляторами, кроме того, существуют теплообменники для дымохода, которые позволяют экономить тепловую энергию.

Особенность процесса заключается в том, что горячая вода из отопительной системы циркулирует через теплообменник, при этом отдавая определенную часть тепла холодной жидкости, находящейся в какой-либо емкости. Обычно в роли резервуара выступает бойлер. А весь процесс именуется косвенной технологией нагрева, поскольку в ходе обеспечения нужной температуры воде не происходит непосредственного контакта энергоносителя с конструкцией подогрева системы подачи воды.

На работу теплообменника оказывают влияние следующие факторы:

• площадь контакта двух сред и самого агрегата;
• показатели теплопроводности материалов, которые использовались при изготовлении конструкции;
• разница в температуре между холодной водой и водой из системы отопления. Чем больше это значение, тем меньше будет эффективность работы прибора.

Некоторые мастера для домашнего применения в качестве такого устройства используют самодельные изделия, которые будут выполнять передачу тепла между жидкими средами.

Устройство и принцип работы

Конструкция разборного пластинчатого теплообменника включает в себя:

• стационарную переднюю плиту на которой монтируются входные и выходные патрубки;
• неподвижную прижимную плиту;
• подвижную прижимную плиту;
• пакет теплообменных пластин;
• уплотнения из термостойкого и устойчивого к воздействию агрессивных сред материала;
• верхнюю несущую базу;
• нижнюю направляющую базу;
• станину;
• комплект стяжных болтов;
• Набор опорных лап.

Такая компоновка агрегата обеспечивает максимальную интенсивность теплообмена между рабочими средами и компактные габариты устройства.

Конструкция разборного пластинчатого теплообменника

Чаще всего, теплообменные пластины изготавливаются методом холодной штамповки из нержавеющей стали толщиной от 0,5 до 1 мм, однако, при использовании в качестве рабочей среды химически активных соединений, могут использоваться титановые или никелевые пластины.

Все пластины, входящие в состав рабочего комплекта, имеют одинаковую форму и устанавливаются последовательно, в зеркальном отражении. Такая методика установки теплообменных пластин обеспечивает не только формирование щелевых каналов, но и чередование первичного и вторичного контуров.

Каждая пластина имеет 4 отверстия, два из которых обеспечивают циркуляцию первичной рабочей среды, а два других изолируются дополнительными контурными прокладками, исключающими возможность смешивания рабочих сред. Герметичность соединения пластин обеспечивается специальными контурными уплотнительными прокладками, изготовленными из термостойкого и устойчивого к воздействию активных химических соединений материала. Устанавливаются прокладки в профильные канавки и фиксируются с помощью клипсового замка.

Принцип работы пластинчатого теплообменника

Оценка эффективности любого пластинчатого ТО осуществляется по следующим критериям:

• мощности;
• максимальной температуре рабочей среды;
• пропускной способности;
• гидравлическому сопротивлению.

Исходя из этих параметров подбирается необходимая модель теплообменника. В разборных пластинчатых теплообменниках регулировать пропускную способность и гидравлическое сопротивление можно, изменяя количество и тип пластинчатых элементов.

Интенсивность теплообмена обусловлена режимом течения рабочей среды:

• при ламинарном течении теплоносителя интенсивность теплообмена минимальна;
• для переходного режима характерно увеличение интенсивности теплообмена за счет появления завихрений в рабочей среде;
• максимальная интенсивность теплообмена достигается при турбулентном движении теплоносителя.

Рабочие характеристики пластинчатого ТО рассчитываются для турбулентного течения рабочей среды.

В зависимости от расположения канавок, различают три типа теплообменных пластин:

1. с «мягкими» каналами (канавки расположены под углом 60). Для таких пластин характерна незначительная турбулентность и небольшая интенсивность теплообмена, однако «мягкие» пластины обладают минимальным гидравлическим сопротивлением;
2. со «средними» каналами (угол рифления от 60 до 30). Пластины являются переходным вариантом и отличаются средними показателями турбулентности и интенсивности теплопередачи;
3. с «жесткими» каналами (угол рифления 30). Для таких пластин характерна максимальная турбулентность, интенсивный теплообмен и значительное увеличение гидравлического сопротивления.

Для увеличения эффективности теплообмена движение первичной и вторичной рабочей среды осуществляется в противоположном направлении. Процесс теплообмена между первичной и вторичной рабочими средами происходит следующим образом:

1. Теплоноситель подается на входные патрубки теплообменника;
2. При перемещении рабочих сред по соответствующим контурам, сформированным из теплообменных пластинчатых элементов, происходит интенсивная теплопередача от нагретой среды нагреваемой;
3. Через выходные патрубки теплообменника нагретый теплоноситель направляется по назначению (в отопительные, вентиляционные, водопроводные системы), а остывший теплоноситель снова попадает в рабочую зону теплогенератора.

Принцип работы пластинчатого теплообменного аппарата

Для обеспечения эффективной работы системы необходима полная герметичность теплообменных каналов, которая обеспечивается уплотнительными прокладками.

Схема теплосети закрытого типа

Подобные комплексы монтируются к централизованным теплосетям посредством гидротеплообменников

. Схем такого подключения горячего водоснабжения существует несколько и у каждой есть свои особенности.

Параллельного типа.

Данная схема довольно проста и включает в себя всего лишь один регулятор температурного режима. Водонагревательное оборудование и сама сеть ориентированы на оптимальный расход ГВС

. Но есть у данной схему существенный недостаток – тепловой КПД воды реализуется не в полной мере. Например, не идет в дело теплота сетевой воды, хотя ее температура достаточно высока и она вполне могла бы взять на себя большую часть нагрузки ГВС.

Предвключенного типа.

Подключение горячего водоснабжения таким способом подразумевает подключение в последовательном порядке водонагревателя к теплосети. У такой схемы есть неоспоримые достоинства, в частности, стабильно поддерживаемый тепловой режим в сети, который осуществляется автоматизированным способом

. Это дает возможность экономить на энергетических ресурсах в отопительный сезон. Кроме того, если температура в помещении несколько ниже нормы, то есть возможность обогреть его путем подачи сетевой воды в отопительные радиаторы. Недостаток у этой схемы такой же, как и у предыдущей.

Двухступенчатого последовательного типа.

В этом случае сетевая вода разделяется на две части, одна из которых прогоняется через расходный регулятор

, а вторая — через нагреватель второго уровня, после чего оба потока сливаются и заполняют отопительную систему.

Двухступенчатого смешанного типа.

При такой схеме подключения горячего водоснабжения подогревательное устройство первой ступени присоединяется посредством сетевой воды и замыкается в обратную линию, а устройство второй ступени присоединяется параллельным способом относительно отопительной системы. Основное достоинство здесь – небольшой расход теплоты по сравнению с общим объемом ГВС.

Двухступенчатого смешанного типа с ограничителем расхода воды.

Особенности

Данный прибор дает возможность в значительной степени расширить функциональные возможности оборудования, основным назначением которого является обогрев помещений. Поскольку подача холодной и горячей воды является фактором, свидетельствующим о благоустроенности жилого дома, наличие эффективного оборудования для этой цели является обязательным.

С водоснабжением холодной водой в частных домах ситуация обстоит несколько проще, чем с ГВС. Горячее водоснабжение представляет собой более сложную систему, где продуктивность работы напрямую зависит от нагревательного механизма. В роли такого элемента довольно часто выступает отопительный бытовой котел.

В продаже существует огромное количество подобных агрегатов, которые различаются по своим конструктивным особенностям. Исходя из этого, нагрев жидкости будет осуществляться по-разному. К одному из вариантов, который в последнее время получил широкое распространение, стоит отнести теплообменник для горячего водоснабжения.

Устройство имеет такое название благодаря своей главной функции – в теплообменниках происходят процессы обмена температурами. А поскольку дело касается ГВС, становится понятно, что тепловая энергия от горячей воды из отопления передается холодной, чтобы та достигла нужной температуры. На некоторых предприятиях используются воздушные теплообменники с вентиляторами, кроме того, существуют теплообменники для дымохода, которые позволяют экономить тепловую энергию.

Особенность процесса заключается в том, что горячая вода из отопительной системы циркулирует через теплообменник, при этом отдавая определенную часть тепла холодной жидкости, находящейся в какой-либо емкости. Обычно в роли резервуара выступает бойлер. А весь процесс именуется косвенной технологией нагрева, поскольку в ходе обеспечения нужной температуры воде не происходит непосредственного контакта энергоносителя с конструкцией подогрева системы подачи воды.

На работу теплообменника оказывают влияние следующие факторы:

• площадь контакта двух сред и самого агрегата;
• показатели теплопроводности материалов, которые использовались при изготовлении конструкции;
• разница в температуре между холодной водой и водой из системы отопления. Чем больше это значение, тем меньше будет эффективность работы прибора.

Некоторые мастера для домашнего применения в качестве такого устройства используют самодельные изделия, которые будут выполнять передачу тепла между жидкими средами.

Расчет агрегата для ГВС

При расчете учитываются следующие параметры:

• Количество жильцов (пользователей)
• Нормативный суточный расход воды на одного потребителя
• Максимальная температура теплоносителя в интересующий период
• Температура водопроводной воды в указанный период
• Допустимые теплопотери (нормативно – до 5%)
• Количество точек водозабора (краны, душ, смесители)
• Режим эксплуатации оборудования (постоянный/периодический)

Производительность теплообменника в городских квартирах (подключение к муниципальной теплосети) зачастую рассчитывается исключительно по данным зимнего периода. В это время температура теплоносителя достигает 120/80°С. Однако в весенне-осенний период показатели могут упасть до 70/40°С, в то время, как температура воды в водопроводе остается критично низкой. Поэтому расчет желательно проводить параллельно для зимнего и весенне-осеннего периодов, при этом никто не может дать гарантии, что расчеты окажутся на 100% верны – ЖКХ нередко «пренебрегают» общепринятыми стандартами обслуживания потребителей.

Для чего нужен

Теплообменник в системе отопления и ГВС может выполнять несколько функций:

• Нагрев воды для бытовых нужд (системы отопления и ГВС).
• Стабилизация работы (подогрев теплоносителя от горячей воды в собственном котле).

Решает эти проблемы аппарат, в котором регулировка параметров теплоносителя осуществляется плавно и эффективно.

Наличие горячего теплоносителя дает возможность нагрева воды для бытовых нужд.

Учитывая, что вода движется независимо друг от друга, можно использовать тепло одной системы для нагрева другой без всяких ограничений. Эта функция выполняется аппаратом, который осуществляет передачу тепловой энергии от теплоносителя к воде из системы отопления и ГВС, делая ее независимой от окружающих сетей и снимая зависимость от компаний-поставщиков.

Разборные конструкции

Пластинчатый разборный теплообменник – аппарат для многоквартирных домов, тепловых пунктов, котельных. Конструкция позволяет разобрать устройство для диагностики неисправностей, очистки от накипи и механических примесей.

Пластинчатый разборный теплообменник для горячего водоснабжения и отопления

Своевременное сервисное обслуживание восстанавливает эксплуатационные свойства изделия.Ключевые достоинства конструкции:

1. Ремонтопригодность. Для восстановления функционирования устройства достаточно заменить неисправную пластину.

2. Резиновые прокладки предотвращают утечку при любом повреждении теплообменника. Они устойчивы к перепадам давления и температуры.

Строение

Схема строения теплообменника для горячего водоснабжения

Любое теплообменное устройство состоит из нескольких деталей. Каждая деталь играет свою роль:

• передняя плита (опорная) – на ней закрепляются все составляющие компоненты и подводимые патрубки;
• прижимная плита – вспомогательная плита, закрывающая теплообменник с обратной от передней плиты стороны;
• поддерживающая колонна – придерживает прибор со стороны прижимной плиты;
• нижняя и верхняя направляющие (балки) – выполняют опорную функцию;
• шпильки фланцевого соединения – фиксируют вводные и выводные трубы;
• пакет пластин – это пластины, необходимые для теплообмена (между пластинами находится уплотнитель);
• задняя стойка – выполняет опорную функцию в задней части теплообменника;
• стяжные болты – скрепляют все составляющие части от задней стойки до передней плиты;
• пята – части, выполняющие роль поддерживающих ножек.

Такая конструкция позволяет пропускать тепло через весь прибор, при этом его не теряя. При ином строении достижение максимального уровня КПД невозможно.

Как рассчитать модель для конкретного здания

Чтобы теплообменник был эффективен в системе отопления и горячего водоснабжения, при выборе необходимо учитывать следующие параметры:

• число потребителей;
• объем воды, необходимый 1 потребителю в сутки (для информации, согласно СНиП предел установлен в 120 литров на 1 человека);
• нагрев теплоносителя, в центральных сетях его температура составляет в среднем 60 градусов;
• устройство используется постоянно или будет отключаться – режим эксплуатации;
• средние температурные значения холодной воды зимой;
• допустимые тепловые потери, стандартное значение – 5%;
• число сантехнических приборов, к которым подключена ГВС.

Для расчетов потребуются и другие данные, в зависимости от ситуации и условий. Результатом данного расчета будет модель, которая сможет поставлять необходимые объемы горячей воды для конкретного жилища.

Виды теплообменников

Существует два основных типа конструкции теплообменников:

• Тип «труба в трубе». Представляет собой отрезок трубы, по которой циркулирует нагреваемая среда. Внутри неё в продольном направлении установлена вторая труба меньшего диаметра, по которой движется горячий теплоноситель. Применяются для жидкостных систем теплообмена.
• Пластинчатый. Представляет собой пачку пластин с зазором между ними в несколько миллиметров. Они объединены между собой таким образом, что каждая из пластин разделяет две среды с разной температурой, движущихся в перпендикулярном направлении. Существуют конструкции с оребрёнными пластинами, имеющими увеличенную площадь теплоотдачи и, соответственно, большую эффективность. Используются как для жидкостей, так и для воздушных потоков (рекуперация воздушного отопления).

Конструктивный тип «труба в трубе» получил широкое развитие. Существует масса вариантов такого решения:

• Кожухотрубный. Пучок трубок с циркулирующей средой-приёмником установлены в корпус (кожух), заполненный теплоносителем-донором.
• Элементный. Ещё одна разновидность кожухотрубной конструкции, с более сложной системой расположения трубок. Предназначен для систем с высоким давлением.
• Погружной. Спираль с теплоносителем-приёмником погружается в проточную ёмкость с теплоносителем-донором. За счёт невысокой скорости движения жидкости в спирали и быстрой смены теплоносителя в корпусе достигается высокая эффективность нагрева приёмника и малый расход тепловой энергии теплоносителя-донора.
• Спиральный. Конструкция напоминает погружной вариант, но с плоской полой спиралью, по которой перемещается горячий агент. Холодная жидкость находится в корпусе. Этот тип теплообменников позволяет работать с вязкими жидкостями, пульпой.

Теплообменники типа «труба в трубе» позволяют развивать большую скорость прохождения (циркуляции), получив наименование геликоидных, или скоростных. Существуют также интенсифицированные геликоидные конструкции, позволяющие увеличить скорость и давление (интенсифицировать) греющей и нагреваемой среды для повышения общей эффективности и скорости процесса.

Наиболее эффективным типом конструкции признан пластинчатый вариант, который занимает в несколько раз меньше места при той же производительности. Существенным недостатком является сложность очистки пластин от наслоений из-за малой величины зазоров и недоступности для механической очистки, вынуждающей использовать активные химические вещества.

Схема подключения

Работы по монтажу включают в себя установку и подключение прибора к необходимым коммуникациям. Технология работ зависит от типа теплообменника для горячего водоснабжения, а также от места его установки в помещении. Для монтажа устройства внутреннего типа необходимо лишь подключение его к системе ГВС.

Технология выполнения работ сводится к присоединению соответствующих патрубков в разрыв отвода от трубопровода холодного водоснабжения и новой системы подачи горячей воды. Внешние агрегаты располагаются вблизи от источника питания. Устройство нужно подключить в разрыв магистрали, система ГВС подводится к выходному патрубку, на входной патрубок проводится подключение отвода холодного водоснабжения.

После выполнения всех вышеперечисленных действий выполняется настройка и запуск теплообменника. При подключении приборов необходимо помнить, что все входящие и выходящие линии требуют наличия специальных вентилей, за счет которых при необходимости можно выполнить отсоединение теплообменника от системы отопления для выполнения обслуживания или ремонтных работ.

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.