На сегодняшний день организация процессов по обеспечению водой - это одно из главных условий для создания уютной жизни граждан. Есть несколько различных способов того, как обеспечить водоснабжение, включая создание систем ГВС-сети, но одним из результативных способов сегодня является нагрев воды через отопительную сеть.

Теплообменники необходимо подбирать, исходя из условий монтажа и размещения, а также согласно запросам пользователей и общих возможностей, для монтажа и работы оборудования для отопления. В большинстве случаев только правильный монтаж и грамотный расчет позволяют гражданам забыть о том, что такое перебои или полное отсутствие горячего водоснабжения.

Использование теплообменников пластинчатого типа для обеспечения ГВС

Нагрев воды через теплосети полезен в экономическом плане, так как теплообменники, при сравнении их с классическими котлами на электрической или газовой энергии, работают лишь на систему отопления, и ни на что больше. В итоге себестоимость горячей воды за литр будет намного ниже.

Теплообменники пластинчатого типа применяют энергию тепла в теплосетях для того, чтобы нагревать обыкновенную воду из водопровода. Нагреваясь за счет пластин теплообмена, горячая вода проникает во все точки для разбора воды, включая смесители, краны, душ.

При этом важно учесть и то, что нагреваема вода и вода, которая является носителем тепла, никак не взаимодействуют друг с другом в рамках обменника тепла. Среды для течения вод разделены между собой пластинками, размещенными в теплообменном аппарате, поэтому через них и проходит теплообмен.

Использовать воду, находящуюся в отопительных системах, нельзя для обеспечения бытовых нужд, это вредно и нерационально. Объясняется следующими причинами:

• 1. Процессы подготовки воды для оборудования и котлов - это дорогая и, чаще всего, сложная процедура, которая требует специальных знаний, опыта и навыков.
• 2. Для того чтобы смягчить воду и сделать ее менее жесткой для отопительной системы, применяются реагенты и химикаты, которые отрицательно сказываются на человеческом здоровье.
• 3. В отопительных трубах за много лет скапливается большое количество отложений, также представляющих вред для человека и его здоровья.

Тем не менее, никто не запрещает использовать такую воду не по прямому назначению, а косвенно, ведь теплообменник для горячей воды отличается высокими показателями КПД.

Разновидности теплообменников для ГВС-систем

Сегодня их множество, однако среди всех самыми популярными для использования в быту являются два: это системы кожухотрубного и пластинчатого типа. Следует отметить, что кожухотрубные системы почти исчезли с рынков из-за низких показателей КПД и больших размеров.

Теплообменник пластинчатого типа для ГВС - это несколько гофрированных пластинок, расположенных на жесткой станине. Они идентичны друг другу по конструкциям и габаритам, однако следуют друг за другом, но по принципу зеркального отражения, и делятся между собой специализированными прокладками. Прокладки могут быть как стальными, так и резиновыми.

Из-за чередования пластин по парам появляются такие полости, которые при работе заполняются или жидкостью для нагрева, или носителем тепла. Именно за счет такой конструкции и принципа действия смещение сред между собой исключается полностью.

Посредством направляющих каналов жидкости в теплообменнике двигаются друг к другу, заполняя четные полости, после чего выходят из конструкции, получив или отдав некоторую часть энергии тепла.

Схема и принцип работы пластинчатого теплообменника ГВС

Чем больше пластин по количеству и размеру будет в одном теплообменнике, тем большую площадь он сможет охватить, и тем больше будет его производительность и полезное действие при работе.

Для ряда моделей на балке направления между запорной плитой и станиной есть пространство. Его достаточно для того, чтобы установить пару-тройку плит такого же типа и размера. В таком случае плитки, устанавливаемые дополнительно, будут монтироваться парами.

Все теплообменники пластинчатого типа можно поделить на несколько категорий:

• 1. Паяные, то есть неразборные и имеющие герметичный основной корпус.
• 2. Разборные, то есть состоящие из нескольких отдельных плиток.

Главное преимущество и плюс работы с разборными конструкциями заключается в том, что их можно дорабатывать, модернизировать и улучшать, от есть удалять лишние или же добавлять новые пластинки. Что же касается конструкций паяных, то у них такой функции нет.

Однако более популярными сегодня являются пластинчатые паяные системы обеспечения теплом, и популярность их основана на отсутствии зажимных элементов. Благодаря этому они отличаются компактными размерами, которые никак не влияют на полезность и работоспособность.

Схемы подключения

У теплообменника, работающего по принципу вода-вода, есть несколько различных схем подключения, однако контуры первичного типа монтируются к трубкам распределения тепловой сети (она может быть частной или реализуемой городскими службами), а контуры вторичного типа - к трубопроводу водоснабжения.

Чаще всего только от решений по проекту зависит то, какой тип подключения разрешено применять. Также схема монтажа и ее выбор основаны на нормах "Проектирования теплопунктов" и в стандарте СП под номером 41-101-95. Если соотношение и разница максимально возможного водного теплопотока на ГВС к теплопотоку на отопление определено в рамках от ≤0,2 до ≥1, то основой является схема подключения в одну ступень, а если от 0,2≤ до ≤1, то из двух степеней.

Стандартная

Самая простая для реализации и экономически выгодная схема - это параллельная. При такой схеме теплообменники монтируются последовательно по отношении к регулирующей арматуре, то есть запорному клапану, а также параллельно всей тепловой сети. Для того чтобы достичь максимального обмена тепла внутри системы, необходимы высокие показатели расхода носителей тепла.

Двухступенчатая схема

Двухступенчатая смешанная система

Если использовать двухступенчатую схему, то при ней нагрев воды происходит или в паре независимых аппаратов, или в установке моноблока. При этом важно помнить о том, что схема монтажа и ее сложность будут зависеть от общей конфигурации сети. С другой стороны, при схеме из двух ступеней повышается уровень КПД всей системы, а также снижается расход носителей тепла (примерно до 40 процентов).

При такой схеме подготовка воды происходит за два шага. В ходе первого шага применяется тепловая энергия, нагревающая воду до 40 градусов, а в ходе второго шага вода греется до 60 градусов.

Подключение последовательного типа

Двухступенчатая последовательная схема

Такая схема реализуется в рамках одного из аппаратов для теплообмена ГВС, причем данный тип обменника тепла намного сложнее по устройству, если сравнивать его со стандартными схемами. Также он будет стоить намного дороже.

Расчет теплообменников

При определении теплообменника необходимо учитывать такие параметры, как:

• 1. количество пользователей или жильцов;
• 2. расход и норма расхода теплой воды за сутки на каждого потребителя;
• 3. максимально возможная температура носителей тепла на определенный временной период;
• 4. температура и другие показатели водопроводных вод на определенный временной период;
• 5. допустимые показатели потери тепла (согласно нормативам, этот показатель не должен превышать 5 процентов);
• 6. суммарное количество мест для забора воды (это могут быть краны, смесители или души);
• 7. режим и работа оборудования (постоянная или периодическая).

Производительность и эффективность работы теплообменной системы для квартир в городе (в частности, при подключении к тепловой сети) рассчитывается по показателям работы в зимний период. Зимой температура носителей тепла может достигать 120/80 градусов.

При этом показатели во время весны или осени могут опуститься до уровня 70/40 градусов, а температура будет оставаться очень низкой вплоть до критичной отметки. Именно поэтому расчеты и показатели теплообменника важно проводить одновременно как для весеннего и осеннего, так и для работы во время зимы.

Важно и то, что никто не способен дать гарантии того, что эти расчет будут на 100 процентов верными. Все дело в том, что в сфере ЖКХ очень часто предпочитают игнорировать или пренебрегать стандартами для обслуживания конечного потребителя.

В частных секторах эти показатели намного точнее, ведь пользователь всегда уверен в эффективности и работоспособности котла и всей отопительной системы.

Теплообменник – это главный элемент отопительной системы. Его основная роль заключается в передаче тепловой энергии от генератора к теплоносителю.

С учетом конструктивных элементов они могут изготовляться различных видов, благодаря чему каждый хозяин сможет выбрать подходящий вариант для своей отопительной системы.

В домашних системах отопления чаще всего можно встретить поверхностные теплообменники . В
них передача тепла происходит через поверхности металлических стенок этого аппарата .

• Максимальная реализация отопления через представленный аппарат наблюдается в конструкции котлов, работающих на газе, твердом топливе и электричестве . Лидер в отрасли отопительного оборудования Новосибирска компания Теплодар https://www.teplodar.ru/catalog/kotli/ производство котлов отопления.
• Циркуляция теплоносителя происходит по трубам, изогнутым в форме змеевика . Они расположены внутри котельного агрегата, а нагрев теплоносителя осуществляется от температуры горящего топлива.
• Горячая вода направляется в трубопровод системы отопления , а заменяет ее в теплообменнике остывший носитель тепла из радиаторов.

Даже сегодня во многих домах присутствует традиционный источник тепловой энергии – печь. Ее целесообразно использовать для дома небольшой площади . Если речь идет о многокомнатном коттедже, то ее тепловой мощности будет недостаточно.
По этой причине в частных домах отопительная система не может нормально функционировать без этого элемента . Именно благодаря ему удается превратить печь в полноценный водонагревательный котел.

Что касается габаритов и формы контура для отопления, выполненного своими руками, то они должны вписаться в размер топливной камеры печной установки. К полученному агрегату реально подключить батареи и трубопроводы, в результате чего можно добиться эффективного обогрева здания.

Виды теплообменников

Теплообменные агрегаты могут быть различных типов. Их отличие заключается в способе передачи тепловой энергии. Выделяют следующие виды представленных аппаратов:

1. Смесительные . В них передача тепловой энергии осуществляется благодаря смешению двух рабочих сред . По конструкции эти устройства намного проще, чем поверхностные. Использовать такие агрегаты получается только при условии возможности смешивания носителей тепла. Это условие и служит главным недостатком смесительных приборов.
2. Поверхностные . В них осуществляется обмен энергией между рабочими
   носителями тепла посредством стенок разделителя .
   Такие устройства подразделяются на рекуперативные и регенеративные.
   В рекуперативных при передаче тепловой энергии через разделительную стенку поток тепла движется в одном направлении в каждой точке стенки .
   Для регенеративного теплообменного аппарата свойственно то, что носитель тепла при попеременном касании одной и той же поверхности, время от времени изменяет направление потока .

Типы рекуперативных теплообменников

Большим спросом на сегодня пользуются рекуперативные теплообменные устройства. Соглас
но конструкционному исполнению выделяют следующие виды представленных агрегатов:

Кожухотрубный

Это устройство, представляющее собой пучки труб, приваренные к кожуху и прикрепленные к трубным решеткам при помощи болтов .
Движение первого носителя тепла в межтрубном пространстве осуществляется через присутствующие на корпусе штуцера. Другой теплоноситель течет по трубам. На корпусе или крышке представленных устройств присутствуют перегородки.
В целях повышения отдачи тепла трубы подвергают процессу оребрения методом накатки или навивки ленты .

Погруженный

Его конструкция предполагает погружение одного теплоносителя в емкость с другим . Такие устройства характеризуются дешевизной и простотой.

Движение воды в межтрубном пространстве происходит с малой скоростью, результатом чего становится малая теплоотдача.

Теплообменные устройства типа «труба в трубе»

Состоит из нескольких звеньев, расположенных друг над другом и соединенных между собой. Каждое звено представляет собой конструкцию из вставленных друг в друга труб, между которыми и происходит теплообмен.
Их целесообразно эксплуатировать при высоких показателях давления и небольших расходах воды в системе .

Оросительный

Состоит из нескольких рядов труб, расположенных одна над другой, по наружной поверхности которых тонкой пленкой стекает охлаждающая их вода

Его активно применяют в холодильных установках, так как они выступают в роли конденсаторов .

Графитовый

Конструкция теплообменного устройства предполагает наличие блоков из графита, уплотненных между собой при помощи прокладок из резины и зафиксированных крышками .
Графит считается прекрасным проводником тепловой энергии. Для устранения пористости происходит его обработка специальными составами.

Используется для химически агрессивных жидкостей.

Пластинчатый

Это устройство изготовлено из пластин, поверхность которых отштампована специальным методом . Результатом такой работы становится образование каналов, по которым движется теплоноситель. Между собой пластины уплотнены.
Процесс изготовления такого устройства отличается своей простотой, его легко чистить, он обладает высокой теплоотдачей. Минус – не выдерживает высокое давление .

Пластинчато-ребристый

Состоит из системы разделительных пластин, между которыми находятся ребристые поверхности - насадки, присоединенные к пластинам методом пайки в вакууме.

Предназначены для теплообмена между неагрессивными жидкими и газообразными средами в интервале температур от плюс 200 °C до минус 270 °C.

Обладает малым весом и размерами, высокой прочностью и жесткостью.

Оребренно-пластинчатый

Его конструкция предполагает наличие оребренных панелей маленькой толщины, производство которых происходит при помощи высокочастотной сварки .
Благодаря такой конструкции и применяемым материалам удается достичь высокого температурного режима теплоносителя, малого гидравлического давления, высокого КПД, продолжительного срока эксплуатации, низкой стоимости .

Целесообразно его использовать при утилизации тепла газов.

Спиральный

Оснащен двумя каналами, которые навиты в форме спирали около основной разделительной перегородки . Их цель – нагрев и охлаждения жидкостей, обладающих высоким показателем вязкости .

Устройство и принцип работы

Современные модели теплообменного устройства имеют несколько частей. Для каждой характерна своя важная роль:

• неподвижная плита – к ней крепят все подводимые патрубки;
• прижимная плита ;
• пластины, оснащенные вставленными прокладками уплотнительного типа ;
• верхняя и нижняя направляющие ;
• задняя стойка ;
• шпильки с резьбой .

Такая уникальная конструкция теплообменного устройства позволяет достичь максимально эффективной компоновки всей поверхности эксплуатируемого агрегата.

Популярные производители

На современном рынке эта продукция представлена в широком ассортименте. Существуют многочисленные модели и производители. Основные критерии выбора:

• надежность и качество;
• ремонтопригодность;
• цена;
• гарантии;
• запасные детали.

Смотрите видео о том, как сделать теплообменник своими руками

1. Кролл . Производимые модели теплообменников – серии S, SKE, H, SL, NKA, NK, A. Стоимость от 200000 до 700000 рублей .
2. Дракон-энергия . Модели теплообменных устройств: Др 30, Др 50, Др 100, Др 150, Др 200, Др 500, Др 1000. Цена от 60000 до 400000 рублей .
3. SWEP – производит теплообменники серии GX, GC, GL, GD, GF, GW. Стоимость от 45000 до 600000 рублей .
4. Ридан . Производит модели теплообменных устройств серии НН. Цена от 40000 до 800000 рублей .

Перед выбором необходимо обязательно ознакомиться с характеристиками каждой модели.

Теплообменное устройство- это «сердце» любой отопительной системы . Только при его наличии можно получить качественный обогрев дома. Благодаря широкому разнообразию этого отопительного аппарата, очень просто подобрать подходящий для своей системы.

Кожухотрубная конструкция теплообменника, где среды движутся навстречу друг другу по трубкам, помещенным одна в другую, постепенно уходит в прошлое. Эти громоздкие устройства больших габаритов хотя и функционировали довольно эффективно, но не могли похвастать большим расходом нагреваемой среды. Им на смену пришли новые агрегаты – скоростные пластинчатые теплообменники. Их устройству, принципу действия и применению как раз и посвящена данная статья.

Устройство и принцип работы пластинчатого теплообменника

Конструктивно агрегат в корне отличается от своего кожухотрубного предшественника. Площадь поверхности обмена тепловой энергией у последнего наращивалась за счет увеличения длины змеевика, отсюда и большие габариты аппарата. В новом теплообменнике это достигается путем увеличения количества пластин одинаковой площади.

Имея такую же мощность, он по размерам втрое меньше кожухотрубного, при этом способен обеспечить большой расход нагреваемой среды, например, воды для нужд ГВС. Отсюда и возникло второе название агрегата – скоростной. Ниже на схеме показано устройство пластинчатого теплообменника:

1, 11 – подающий и обратный патрубки для подключения греющей среды (теплоносителя); 2, 12 – входной и выходной патрубки нагреваемой среды; 3 — передняя неподвижная плита; 4, 14 – отверстия для протока теплоносителя; 5 – малая уплотнительная прокладка в виде кольца; 6 – рабочая теплообменная пластина; 7 – верхняя направляющая; 8 – задняя подвижная плита; 9 – задняя опора; 10 – шпилька; 13 – большая прокладка по контуру пластины; 15 – нижняя направляющая.

На схеме представлен пластинчатый теплообменник для отопления самой простой конструкции с патрубками, расположенными по разные стороны агрегата. Между двумя плитами, установленными на двух направляющих, зажато определенное число пластин с резиновым уплотнением между ними. На каждой пластине с целью увеличения поверхности обмена выполнено рельефное гофрирование, как изображено на фото:

Присоединительные патрубки также могут находиться и с одной стороны аппарата, на передней плите, что не оказывает влияния на принцип работы пластинчатого теплообменника. Он заключается в том, что пространство между каждыми последующими пластинами поочередно заполняется то теплоносителем, то нагреваемой средой. Очередность заполнения обеспечивается формой прокладок, в одной секции они открывают путь потоку теплоносителя, в другой – поглотителя тепла.

Во время работы в каждой секции, кроме первой и последней, происходит интенсивный обмен теплом через пластины сразу с двух сторон. Обе среды протекают через свои секции навстречу друг другу, нагревающая подается сверху и выходит через нижний патрубок, а нагреваемая – наоборот. Как это работает, отображает функциональная схема пластинчатого теплообменника:

Технические характеристики

Пластины и прокладки могут изготавливаться из различных материалов, их выбор зависит от назначения агрегата, ведь сфера применения подобных теплообменников весьма широка. Мы же рассматриваем системы отопления и ГВС, где они выступают в качестве теплосилового оборудования. Для этой сферы пластины делаются из нержавеющей стали, а прокладки – из резины NBR или EPDM. В первом случае теплообменник из нержавеющей стали может работать с водой, нагретой до максимальной температуры 110 ºС, во втором – до 170 ºС.

Для справки. Данные теплообменники используются и для разных технологических процессов, когда сквозь них протекают кислоты, щелочи, масла и другие среды. Тогда пластины производятся из титана, никеля и различных сплавов, а прокладки – из фторкаучука, асбеста и других материалов.

Расчет и подбор теплообменника осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения по таким параметрам:

• требуемая температура нагрева жидкости;
• исходная температура теплоносителя;
• необходимый расход нагреваемой среды;
• расход теплоносителя.

Примечание. В качестве греющей среды, протекающей сквозь пластинчатый теплообменник для ГВС, может выступать вода температурой 95 или 115 ºС, либо пар, нагретый до 180 ºС. Это зависит от типа котельного оборудования. Количество и размер пластин подбирается таким образом, чтобы на выходе получить воду с максимальной температурой не более 70 ºС.

Надо сказать, что преимущества пластинчатых теплообменников заключаются не только в скромных размерах и способности обеспечить большой расход. Дело в том, что диапазон подбираемых площадей обмена и расходов у рассматриваемых агрегатов чрезвычайно широк. Самые малые из них имеют площадь поверхности менее 1 м2 и рассчитаны на протекание 0.2 м3 жидкости за 1 час, а наибольшие – 2000 м2 при расходе свыше 3600 м3/ч. Ниже в таблице представлены технические характеристики, которые показывает эксплуатация пластинчатых теплообменников известного бренда ALFA LAVAL:

По исполнению теплообменные агрегаты бывают следующих видов:

• разборные: наиболее распространенный вариант, позволяющий быстро и качественно осуществлять ремонт и обслуживание скоростного теплообменника;
• паяные или сварные: такие аппараты не имеют резиновых прокладок, там пластины жестко соединены между собой и помещены в цельный корпус.

Примечание. Именно паяные теплообменники многие мастера-умельцы используют для частного дома, приспосабливая их под нагрев или охлаждение воды.

Обвязка теплообменника

Как правило, установка подобного теплосилового оборудования предусматривается в индивидуальных котельных многоквартирных жилых домов или промышленных предприятий, а также в тепловых пунктах централизованных систем теплоснабжения. Цель – получить воду для нужд ГВС температурой до 70 ºС либо теплоноситель до 95 ºС при использовании паровых и высокотемпературных водогрейных котлов.

Ввиду небольших габаритов и веса монтаж теплообменника производится достаточно просто, хотя мощные агрегаты и требуют устройства фундамента. В любом случае выполняется заливка фундаментных болтов, с помощью которых аппарат надежно фиксируется на своем месте. Теплоноситель всегда подводится к верхнему патрубку, а обратный трубопровод присоединяется к штуцеру, расположенному под ним. Подача нагреваемой воды подключается, наоборот, к нижнему патрубку, а ее выход – к верхнему. Простейшая схема обвязки пластинчатого теплообменника показана ниже:

В контуре подачи теплоносителя обязательно присутствует свой циркуляционный насос, установленный на подающем трубопроводе. В соответствии с правилами помимо рабочего насоса параллельно ставится резервный такой же мощности. Если же в системе ГВС имеется магистраль обратной циркуляции, то схема подключения приобретает такой вид:

Здесь используется тепло воды, идущей по замкнутому контуру ГВС, к ней подмешивается холодная из водопровода и только потом смесь поступает в теплообменник. Регулирование температуры на выходе осуществляет электронный блок, управляющий клапаном на линии подачи теплоносителя. Ну и последняя схема – двухступенчатая, позволяющая использовать тепловую энергию обратной линии системы отопления:

Схема позволяет существенно экономить, снимая лишнюю нагрузку с котлов и используя имеющееся тепло по максимуму. Следует обратить внимание, что во всех схемах на входе в скоростной теплообменник устанавливаются фильтры. От этого зависит надежная и долговечная работа агрегата.

Заключение

Как показывает практика, современный пластинчатый теплообменник все же немного уступает старому кожухотрубному по одному критерию. Выдавая большой расход, скоростные агрегаты немного недогревают выходящую жидкость, этот недостаток обнаружен специалистами во время эксплуатации. Поэтому при подборе количества и площади пластин принято делать небольшой запас.

БТП - Блочный тепловой пункт - 1вар. - это компактная тепломеханическая установка полной заводской готовности, расположенная (размещенная) в блок-контейнере, который представляет собой цельнометаллический несущий каркас с ограждениями из сэндвич-панелей.

ИТП в блок-контейнере применяется для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических теплоиспользующих установок целого здания или его части.

БТП - Блочный тепловой пункт - 2вар. Изготавливается в заводских условиях и поставляется для монтажа в виде готовых блоков. Может состоять из одного или нескольких блоков. Оборудование блоков монтируется очень компактно, как правило, на одной раме. Обычно используется при необходимости экономии места, в стесненных условиях. По характеру и количеству подключенных потребителей БТП может относиться как к ИТП, так и к ЦТП. Поставка оборудования ИТП по спецификации - теплообменники, насосы, автоматика, запорно-регулирующая арматура, трубопроводы и т.д. - поставляется отдельными позициями.

БТП - это изделие полной заводской готовности, что дает возможность подключить реконструируемые или вновь строящиеся объекты к тепловым сетям в наиболее короткие сроки. Компактность БТП способствует минимизации площади размещения оборудования. Индивидуальный подход к проектированию и монтажу блочных индивидуальных тепловых пунктов позволяют учесть все пожелания клиента и воплотить их в готовый продукт. гарантия на БТП и все оборудование от одного производителя, один сервисный партнер на весь БТП. простота монтажа БТП на месте установки. Изготовление и проверка БТП в заводских условиях - качество. Так же стоит отметить, что при массовой, квартальной застройке или объемной реконструкции тепловых пунктов – применение БТП предпочтительнее по сравнению с ИТП. Так как в этом случае необходимо в короткий период времени смонтировать значительное количество тепловых пунктов. Такие масштабные проекты возможно реализовать в максимально короткие сроки применяя только типовые БТП заводской готовности.

ИТП (сборка) - возможность монтажа теплового пункта в стесненных условиях, нет необходимости осуществлять перевозку теплового пункта в сборе. Перевозка только отдельных компонентов. Срок поставки оборудования значительно меньше, чем БТП. Стомость ниже. -БТП - необходимость транспортировки БТП к месту монтажа (транспортные расходы), размеры проемов для проноса БТП накладывают ограничения на габаритные размеры БТП. Сроки поставки от 4-недель. Цена.

ИТП - гарантия на разные компоненты теплового пункта от разных производителей; несколько разных сервисных партнеров для различного оборудования, входящего в состав теплового пункта; выше стоимость монтажных работ, сроки монтажных работ,Т. е. при монтаже ИТП учитываются индивидуальные особенности конкретного помещения и «творческие» решения конкретного исполнителя работ, что с одной стороны упрощает организацию процесса, а с другой - может снизить качество. Ведь сварной шов, изгиб трубопровода и т. д. по «месту» качественно выполнить намного сложнее, чем в заводских условиях.

Обеспечить себе в доме или квартире горячее водоснабжение можно многими способами и непосредственный нагрев, например прямоточным электронагревателем или бойлером – не самый эффективный способ. В простоте и надежности отлично зарекомендовал себя пластинчатый теплообменник ГВС. Если есть источник тепла, например автономное отопление или даже централизованное, то тепло для нагрева воды вполне разумно взять от них, не тратя дорогостоящее электричество для этих целей.

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.

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.