В статье подробно рассматривается, что такое теплообменник в котельной, его принцип работы и роль в системе отопления. Различные виды теплообменников, включая пластинчатый, газовый, чугунный и медный, а также их применение в газовых котлах. Подробные схемы работы теплообменника, особенности его эксплуатации и ремонта, включая замену прокладок. Важные аспекты расчета теплообменника для оптимальной работы системы теплоснабжения. Полезная информация для эффективного отопления и теплоснабжения в блоге Modks.

Отопление в котельной осуществляется за счёт бесперебойной работы котла, но в состав установки входят и иные элементы, например, отвечающие за передачу тепла рабочей среды. Такие функции выполняют теплообменники для газовых котлов. О них и расскажем в этой статье. Рассмотрим их типы, особенности, важные характеристики.

Что это такое

Теплообменник для отопления представляет собой специальный прибор, отвечающий за обмен теплом между двумя жидкими средами без их прямого контакта, то есть смешивания. В котле такой элемент передаёт тепловую энергию, вырабатываемую при горении топлива, через стенки либо пластины устройства, в зависимости от его типа. Иными словами, в данном узле теплоноситель нагревается не горячим сгорающим газом, как непосредственно в котле, а горячей водой, либо паром.

Устройство

Если рассматривать теплообменник, то его схема будет зависеть от вида. Обычно в конструкции предусматриваются:

  • Две плиты. Одна перемещается, вторая является неподвижной. Плиты снабжаются отверстиями, через которые рабочие среды входят и выходят.
  • Пластины. Их пакет фиксируется на направляющих и для надёжного крепления, а также для герметизации стягивается болтами. Пластины имеют особое расположение с поворотом на 180° через одну деталь.
  • Патрубки с фланцевыми или резьбовыми соединениями. Каждая такая трубка теплообменника служит для подключения трубопровода к выходным и входным отверстиям.
  • Нижняя и верхняя прямые направляющие. Они используются для закрепления пластин при сборке всего агрегата.
  • Крепления, опорные стойки. Эти элементы необходимы, чтобы собрать весь узел и обеспечить его устойчивое вертикальное положение.
  • Фильтр теплообменника. Если он предусмотрен, то одновременно фильтрует рабочую среду и поддерживает теплообмен. Это многочисленные полые прутки, которые располагаются параллельно щели заданной ширины. В каждом таком элементе есть отверстия для впуска и выпуска нагревающей жидкости. Последняя  проходит по пруткам, а фильтруемая среда протекает через щели и освобождается от примесей.
  • Прокладка теплообменника. Этот уплотнительный элемент изолирует обменивающиеся тепловой энергией среды, а также предупреждает вероятные протечки.

Отдельные составляющие зависят от вида прибора. Система теплообменника пластинчатого типа включает пластины с каналами  для тока жидкости и со штампованным волнистым рельефом. Пластинчато-ребристые элементы – это разделительные основные пластинки и расположенные между ними насадки с ребристой поверхностью. В спиральных приборах предусмотрена пара спиралевидных каналов для движения теплоносителя. Они навиваются на разделительную перегородку – керн, находящийся в центре.

Зачем нужен теплообменник? Какие задачи он решает?

Теплообменник в котельной выполняет важные функции:

  • Переносит тепло, вырабатываемое горелкой, на теплоноситель, циркулирующий по отопительной системе. Это обеспечивается термическим контактом разных жидких сред без их смешивания друг с другом.
  • Эффективное теплоснабжение. Создаваемое в котле тепло расходуется более рационально, с минимальными теплопотерями. Оно целенаправленно подаётся в контур отопления, что исключает лишние расходы на оплату топлива.
  • Сохранение исходного высокого качества теплоносителя. Смешение сред не происходит, горячая вода не соединяется с холодной, компоненты их состава не вступают в реакции.
  • Регулирование и поддержание оптимальных температур. Из котла выходит очень горячая вода. После теплообмена она становится оптимально тёплой, имеющей заданные температуры, соответствующие позициям регулирующих элементов, то есть рабочим настройкам. Благодаря этому в отапливаемых квартирах или иных помещениях создаётся благоприятный микроклимат.
  • Безопасное функционирование системы. В неё не проникают продукты горения , что минимизирует вероятность отравлений угарным газом или возгораний.

Принцип работы

Теплообменник в газовой котельной передаёт тепловую энергию от одной среды к другой. В теплообменном пластинчатом элементе это происходит за счёт теплообмена двух жидкостей, движущихся навстречу друг другу в противотоке: одна передаёт тепло, другая его принимает. Потоки разделяются пластинами из гофрированного металла. Пластинки образуют пакет, помещаются в раму. В зонах их стыков дополнительные стальные плоские детали или уплотнители, которые не допускают смешения сред и неисправностей.

В кожухотрубном агрегате холодная жидкость идёт по принимающему патрубку в верхнюю зону труб, перемещается до самого конца и направляется обратно по выводящему патрубку. А нагретая вода проходит в теплообменник по входной трубке, затем направляется через межтрубное пространство в другую сторону. По ходу движения горячая жидкость передаёт своё тепло трубам, по которым циркулирует холодная вода.

Виды теплообменных элементов

По устройству агрегаты делятся на:

  • Кожухотрубные. В их конструкции формирующие единую связку трубы. Кожухотрубный теплообменник долговечен, стоек к гидроударам, прост в обслуживании, надёжен, имеет хорошую обменную площадь.
  • Пластинчатые. Они, как понятно из названия, состоят из пластин. Пластинчатый теплообменник обладает высоким КПД и компактными размерами, экономичен, долго служит, легко устанавливается. Его мощность можно увеличивать установкой дополнительных пластин .
  • Спиральные. Это стальные листы, складываемые особым образом и образующие спираль. Среди плюсов: самоочистка, эффективность, небольшие размеры.
  • Витые. Это система изогнутых труб – змеевиков, по которым движется теплоноситель. Преимущества – износостойкость, безопасность, высокий КПД, несложный и недорогой ремонт теплообменника, самокомпенсация.
  • Двухтрубные. Это соединяемые последовательно звенья, состоящие из двух соосных труб, которые фиксируются калачами. Они без проблем обслуживаются, имеют простую конструкцию, хороший коэффициент теплоотдачи.
  • Блочные. Они состоят из блоков, заключённых в одном кожухе из металла. Эти элементы бывают цилиндрическими или прямоугольными. Внутри них предусматриваются каналы – вертикальные и горизонтальные.

По назначению выделяют два вида:

  • Первичный теплообменник. Это трубка змеевидной формы, находящаяся в одной плоскости и дополненная пластинками разных размеров. Такой агрегат обеспечивает теплоснабжение.
  • Вторичный теплообменник. Его функция – нагревание воды для горячего водоснабжения. Такой агрегат производится из пластинок с проделанными ходами, через которые движется водопроводная вода.
  • Битермический. Он работает одновременно и на обогрев, и на подачу горячей воды.

По взаимодействию сред теплообменные элементы классифицируются на:

  • Поверхностные. В них тепло передаётся без смешивания, через контактную поверхность.
  • Смесительные. Здесь рабочие среды непосредственно контактируют друг с другом, соединяются. Пример – градирни.

По передаче тепловой энергии выделяют такие теплообменники:

  • Рекуперативные. В них передача непрерывная, осуществляемая посредством контактной поверхности.
  • Регенеративные. Тут горячая и холодная (нагреваемая) жидкости, то есть теплоноситель и теплопотребитель перемещаются не непрерывно, а с определённой периодичностью.

Пластинчатые агрегаты по особенностям соединения компонентов конструкции делятся на сварные, разборные, полусварные и паяные.

Важно! Масляный теплообменник к области котельных установок отношения не имеет. Он относится к системе охлаждения и смазки силового дизельного мощного агрегата.

Материалы изготовления

Для производства применяются:

  • Медь. Медный теплообменник немного весит, компактен, нагревается с высокой скоростью, демонстрирует КПД свыше 95%, не ржавеет, позволяет экономично расходовать топливо, служит порядка 15-17 лет. Модели из меди относятся к среднему и премиальному ценовым сегментам.
  • Сталь. Этот справ устойчив к высоким и низким температурам и их перепадам, прочен, имеет среднюю стоимость. Стальные приборы небольшие, не очень тяжёлые. Но они могут со временем прогорать и ржаветь. Стенки агрегата должны быть не меньше 3 мм.
  • Чугун. Чугунный теплообменник способен работать с сохранением первоначальных характеристик до 50 лет, обладает высокой теплоёмкостью, устойчив к агрессивным средам, стоек к коррозии. Но такой металл очень много весит, подвержен негативному воздействию резких колебаний температур, требователен к покрытию основания для установки. Также чугунный агрегат занимает много места.
  • Алюминий. Металл дешёвый, не окисляется и не ржавеет. Алюминиевые теплообменные узлы используются в конвекционных котлах и конденсационных.

Особенности теплообмена: назначение и характеристики теплообменников в разных объектах

В зависимых отопительных системах агрегаты не используются. Тут тепловая энергия с заданными параметрами направляется из центральной котельной сразу в точки потребления – батареи.

В независимой системе предусмотрены ИТП – индивидуальные тепловые пункты, оснащаемые теплообменными устройствами. Каждый ИТП отвечает за обслуживание конкретного объекта или его отдельной зоны. Далее рассмотрим нюансы применения теплообменников в разных сферах.

Многоквартирные дома

Для многоэтажных зданий больше подходят разборные пластинчатые теплообменники, так как они могут бесперебойно функционировать до четверти века, легко разбираются, имеют регулируемую мощность (для её изменения нужно убирать или добавлять пластины). Но так как в конструкции присутствуют уплотнители, необходимо заменять их с периодичностью раз в 5-10 лет, в зависимости от свойств теплоносителя.

Частные дома

Наиболее подходящий газовый теплообменник для котла, эксплуатируемого в частном доме, – это пластинчатый паяный агрегат. Он способен выдерживать контакты даже с агрессивными средами, служит около 10-15 лет без поломок, легко и быстро монтируется, демонстрирует достойный коэффициент полезного действия благодаря хорошей теплоотдаче и минимальным теплопотерям. Ещё один плюс – невозможность протечек, обусловленная отсутствием уплотнителей.

От чего зависит эффективность теплообменника?

На эффективность влияют:

  • материал;
  • конструкция;
  • пропускная способность;
  • мощность котлового оборудования;
  • необходимый объём передаваемой энергии;
  • качество обслуживания;
  • особенности использования;
  • своевременность замен элементов, которые нужно периодически менять.

Часто задаваемые вопросы

  1. Что такое теплообменник в котельной? 

Это агрегат, отвечающий за обмен тепла между двумя средами – горячей, нагреваемой котлом, и поступающей в систему отопления с нужной температурой.

  1. Как работает теплообменник? 

В него поступает горячая вода, доведённая до нужной температуры посредством горения газа. Эта среда отдаёт своё тепло через контактную поверхность, к примеру, стенки труб или пластины.

  1. Какие бывают виды теплообменников и их особенности? 

Они делятся на пластинчатые, витые, спиральные, кожухотрубные, двухтрубные, вторичные и первичные, смесительные и поверхностные, рекуперативные и регенеративные. Характеристики рассмотрены в статье.

  1. Как выбрать теплообменник для газового котла? 

Нужно учитывать материал, габариты, тип, цену, необходимый функционал, пропускную способность. Так, оптимальную мощность позволит определить расчёт теплообменника  по специальным формулам с учётом объёма циркулирующей жидкости, её температур на входе в агрегат и на выходе, теплопроводности материалов узла, отапливаемой площади. А пропускная способность зависит от производительности котла.

  1. Нужно ли проводить регулярную промывку или замену прокладок в теплообменнике? 

Да, нужно периодически промывать агрегат, чтобы убирать с поверхностей металлических деталей примеси воды – соли жёсткости, механические загрязнения, фрагменты ржавчины. Частота очисток зависит от качества поступающей воды. Средняя, рекомендуемая производителями, – каждый год. Замена прокладок теплообменника также требуется, но она осуществляется примерно раз в пять лет.

Заключение

Чтобы агрегат служил долго, и замена теплообменника не понадобилась спустя короткое время после установки, нужно правильно подобрать такой элемент или же приобрести готовую котельную, в которую будут входить все основные и вспомогательные составляющие.

Установки разных типов, отличающиеся высокой мощностью, износостойкостью, надёжностью и эффективностью, предлагает компания «Модульные котельные системы». Мы подберём подходящий вариант по вашим расчётам или самостоятельно определим все необходимые параметры с учётом требований и пожеланий.