Для чего нужен теплообменник в системе отопления?

Теплообменники существовали с момента появления человека на земле и даже без него. Солнце днем нагревает море, скалы, землю, ночью природный теплообменник отдает тепло, поддерживая баланс тепла на земле. Раскаленное ядро земли тоже согревает землю. Получается, сколько существует разум на земле, столько и человечество задумывается над вопросом, что такое теплообменник и как его использовать себе на благо.

Исторически факт — упоминания например, о пластинчатом теплообменнике можно найти на фресках, относящихся к VI веку до нашей эры. Принцип передачи тепла от одной среды, другой описан в устройствах «Терм» — древнегреческих бань.

Древние воины также использовали свои доспехи, для получения горячей воды положив в них раскаленные угли и опустив доспехи в бочку с водой. Но это все исторические понятия — что такое теплообменник.

Назначение теплообменников

Теплообменник – прибор, главная функция которого заключается в передаче тепловой энергии от одной рабочей среды к другой. В качестве теплоносителя может выступать газообразное вещество, кислоты и щелочи, пар, вода и различные растворы.

Самыми популярными на сегодняшний день теплообменными аппаратами признаны пластинчатые установки. Их успешно применяют в следующих сферах:

• химическая;
• нефтеперерабатывающая;
• газовая;
• атомная;
• нефтехимическая;
• энергетическая;
• коммунальная сфера.

Конструкцию устройства, материал комплектующих и иные параметры нужно выбирать исходя из особенностей технологического процесса и необходимой производительности. Подробнее о видах теплообменных аппаратов и их назначении рассказывают коллеги из компании «ПроТепло» https://proteplo.org .

Сферы применения

Устройство, схема и принцип работы проточных газовых колонок

Выделяют следующие сферы использования теплообменивающего оборудования:

• системы охлаждения;
• отопительные системы;
• системы кондиционирования;
• химическая промышленность;
• обогрев бассейнов;
• солнечные коллекторы;
• машиностроение;
• вентиляционные системы;
• металлургия;
• фармация;
• автопроизводство;
• пищевая промышленность.

Помимо этого, возможно применение теплообменивающего оборудования для отопления частных домовладений. Установить устройство можно как самостоятельно, так и с помощью мастера. Использование такой техники помогает равномерно распределить тепло в помещении.

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:

1. Набранные, принадлежащие автономной системе отопления с пониженным уровнем давления.
2. Набранные, принадлежащие центральной системе отопления с повышенным уровнем температуры и давления.
3. 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 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.

Характеристики оборудования

Теплообменное оборудование маркируется следующими данными:

• уровень тестового давления;
• уровень максимального рабочего давления;
• уровень максимальной рабочей температуры;
• производитель.

Помимо этого, в комплектацию входят схема и техпаспорт на языке страны-производителя, в нужных случаях переведенный на язык продающей страны.

Возможно диагональное и вертикальное расположение контуров. При диагональном расположении контуров требуется производить установку только в вертикальное положение. Тогда возможно поступление горячей воды в теплообменивающий аппарат в направлении сверху вниз. При этом происходит передача тепла в автономную систему посредством разделительных пластин.

Вода на входе – повышенной температуры, а на выходе она снижена. При этом в контуре, принадлежащем автономной системе, движение теплоносителя происходит снизу вверх. На нижних уровнях происходит слабый нагрев воды, при приближении к верхним – нагрев усиливается. Это облегчает функционирование системы. Подача воды в оборудование возможна благодаря принудительной циркуляции.

Что используется в качестве теплоносителя?

Если говорить о России, то централизованные системы все работают на воде. В Европе ситуация неоднозначна – используется вода, тосол, масло и т.д.

Суть в следующем, если пользователь системы отопления заберёт часть теплоносителя, то ему придётся заплатить огромный штраф. По этой причине там и применяется теплообменник.

Благодаря нему создаётся возможность непрямой передачи тепла из централизованной системы отопления в систему отопления дома/квартиры. Конечно, в реалии в России выглядят несколько иначе.

Тем не менее, у теплообменников и в РФ есть большие преимущества применения.

Почему теплообменник имеет смысл ставить?

Многие застройщики сегодня при организации коммуникаций ЖК рассматривают возможность установки теплообменников в подвале дома. Благодаря этому каждый жилец сможет оплачивать только то тепло, которое потребил.

Технически это выглядит следующим образом – в доме есть одна отопительная магистраль от которой выборочно, по желанию жильцы могут получать тепло в необходимых объёмах.

Достигается это при помощи установки множества регулирующих систем:

• контроль погодного регулирования;
• анализ актуальной температуры в комнате;
• контроль температуры в отопительной магистрали;
• контроль систем тёплого пола, рекуперации и т.д.

В подобной системе есть смысл ещё и потому, что центральная отопительная магистраль прокладывается при помощи специальных труб. В квартирах применяются другие коммуникации. Во-первых, это позволяет сэкономить (застройщик продаёт квартиры дешевле). Во-вторых, трубы в квартире служат на порядок дольше.

Из чего состоит современный теплообменник

Теплообменник современного типа состоит из нескольких частей, каждая из которых играет свою важную роль:

• неподвижной плиты, к которой присоединяются все подводимые патрубки;
• прижимной плиты;
• теплообменных пластин со вставленными прокладками уплотнительного типа;
• верхней и нижней направляющих;
• задней стойки;
• шпилек с резьбой.

На данном изображении представлен кожухотрубный теплообменник.

Благодаря такой уникальной конструкции теплообменник способен обеспечивать наиболее эффективную компоновку всей поверхности используемого теплообменника, что дает возможность создавать небольшой по габаритам аппарат отопления. Абсолютно все пластины в собранном пакете одинаковы, только часть из них развернута к другой под углом в 180 градусов. Именно поэтому во время необходимого стягивания всего пакета должны образовываться каналы. Именно через них во время процесса нагрева и протекает рабочая жидкость, принимающая участие в теплообмене. Благодаря такой компоновке элементов системы достигается правильное чередование каналов.

На сегодняшний день можно смело утверждать, что теплообменники пластинчатого типа из-за своих технических характеристик являются более популярными. Ключевой элемент любого современного теплообменника — это теплопередающие пластины, которые изготавливаются из стали, не подверженной коррозии, толщина пластин находится в диапазоне от 0,4 до 1 мм. Для изготовления используется высокотехнологичный метод штамповки.

Во время работы пластины прижимаются друг к другу, образуя тем самым щелевые каналы. Лицевая сторона каждой из таких пластин имеет специальные канавки, куда специально устанавливается резиновая контурная прокладка, которая обеспечивает полную герметичность каналов. Всего имеется четыре отверстия, два из них необходимы для обеспечения подвода и отвода нагреваемой среды к каналу, а два другие отвечают за предотвращение случаев перемешивания греющей и нагреваемой сред. На случай прорыва одного из малых контуров пластинчатые теплообменники защищены дренажными пазами.

Если имеет место большая разница в расходе сред и совсем небольшое отличие в конечных температурах, то есть возможность многократно использовать теплообменный процесс, который будет происходить через петлеобразное направление потоков.

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 70ºС
и
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.Преимуществом
последовательной
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.

Какие плюсы даёт использование устройства?

Основными преимуществами, ради которых стоит установить данный прибор, являются:

1. Высокая эффективность. Теплообменник способен поставлять воду оптимальной температуры сразу в несколько мест в доме.
2. Экономичность. Устройство позволяет нагревать воду прямиком от отопления, не нужно устанавливать нагреватель и тратить дополнительно электричество и газ.
3. Небольшой размер. Прибор довольно компактен и не занимает много места.
4. Легкость установки и использования. Устройство просто установить, оно не требует частого обслуживания, легко поддаётся чистке.

Преимущества и недостатки

— лёгкость в установке;

— небольшие габаритные размеры;

— простота сервисного обслуживания;

— возможность изменить отапливаемую площадь;

— высокая эффективность с экономией энергии;

— продолжительный период работы;

— определённые лимиты при использовании по максимальному давлению и температуре;

— необходимость рассчитывать каждое устройство персонально под заданные характеристики;

— восприимчивость к качеству теплоносителя и присутствию примесей;

Расчет теплообменника для отопления

Каждая модель теплообменного аппарата собирается под определённые требования эксплуатации. На основе расчетов определяется материал, число пластин, технические характеристики, габариты. Расчет готовит фирма-производитель оборудования. Клиенту только нужно предоставить необходимые сведения:

— температура в контуре теплосети;

— температура внутреннего контура;

— допустимый убыток напора;

Чтобы узнать эти данные, можно сделать запрос в теплоснабжающую компанию. Тепловую мощность можно легко рассчитать, если известны другие характеристики. При подборе теплообменника следует принимать во внимание и другие характеристики, такие как вязкость и загрязнённость рабочей среды. Неверные расчеты могу основательно оказать влияние на срок службы, эффективность и цену оборудования.

— Ошибочно учтены главные параметры. Ошибки в расчете, неточности указывании характеристик в заявке – это может привести к тому, что прибор чаще загрязняется и быстрей ломается

— В весьма враждебной и загрязнённой среде материалы будут быстрее выходить из строя и засоряться, если они не подходят к теплоносителю.

— При очень невысоком значении запаса площади на загрязнение устройство станет быстро покрываться накипью, при очень высоком – станет малоэффективным

Внешний вид устройства

На любом теплообменнике нанесены технические характеристики:

• максимальная рабочая температура, например, 200 °C;
• максимальное рабочее давление, например, 30 бар;
• тестовое давление, например, 43 бара.

Указывается страна-производитель, технический паспорт на языке производителя, схема, обозначаются контуры. В случае необходимости паспорт можно перевести на русский язык. Устройство и принцип работы теплообменника от разных производителей иногда могут немного отличаться. Но суть остается одна.

Контуры теплообменника для отопления могут располагаться как вертикально, так и диагонально. На принцип работы это не влияет. Наиболее простое устройство — это диагональное расположение. В данном случае теплообменник необходимо вмонтировать строго в вертикальном положении.

Горячая вода из центральной системы отопления сверху вниз будет поступать в теплообменник, передавая свое тепло автономной системе через разделительную систему. На входе это будет очень горячая вода, на выходе уже вода с упавшей температурой. В контуре автономной системы теплоноситель будет идти снизу вверх. Внизу вода нагревается незначительно, а чем ближе к верху, тем нагрев будет сильнее. За счет такого устройства системе будет легче работать.

Процесс подачи воды в теплообменник осуществляется на принудительной циркуляции. Теплоэлектростанция работает на своих насосах. А автономная система теплого пола в квартире будет работать на своем циркуляционном насосе.

Установка теплообменника

Используя инструкцию по монтажу, необходимо правильно закрепить теплообменник. Он прижимается к стене за счет специальной консоли или крепежной ленты. Также можно установить теплообменник за счет уголка, который крепится к низу теплообменника. Плюс он завяжется трубами.

Дополнительно нужно смонтировать фильтры. Должен быть хотя бы фильтр грубой очистки на контур теплоэлектростанции. Если подключается к старой отопительной системе, то необходимо два фильтра. Один внизу, другой вверху.

Нужны краны и американки. Последние представляют собой быстроразъемные резьбовые соединения. Как правило, обычная простая американка состоит из четырех частей: двух резьбовых фитингов, накидной гайки и прокладки.

Очень важный момент при монтаже — это диаметр подключения, потому что прибор довольно компактный. В нем небольшой объем теплоносителя. Зазор между пластинами минимальный. Желательно брать такого же диаметра, который нам нужен, или больше. Например, 1 дюйм подключения. Лучше брать с запасом уровень мощности теплообменника. На габариты это не влияет.

Буквально больше на один или два сантиметра. Но зато скорость теплосъема значительно увеличивается. Особенно это важно в системах, где теплоэлектростанция дает небольшую температуру. Например, при максимальной подаче температуры воды равной 65-70 °C, надо учесть данный факт, чтобы снять с теплоносителя максимально возможное количество теплоэнергии.

Устройство пластинчатого разборного теплообменника

В основе любого пластинчатого теплообменника лежит набор пластин, перфорированных особым способом штамповкой, для увеличения площади теплообмена и формирования каналов по которым движется вода. Пластины собраны в пакет, на торцевой неподвижной плите имеются патрубки для ввода и вывода теплоносителя греющей и нагреваемой среды, в которые и выведены каналы из пластин.

Где устанавливать такой теплообменник в системе отопления или горячего водоснабжения роли не имеет, отличаются только сами схемы блочных тепловых пунктов и мощность, на которую рассчитаны пластинчатые теплообменники. А подобрать и изготовить пластинчатый теплообменник очень легко, как и потом увеличить или уменьшить его мощность, если конечно ваш теплообменник разборный, а не паяный.

Зависимая система теплоснабжения, работающая без теплообменника

Индивидуальный тепловой пункт, спроектированный для работы в зависимой системе теплоснабжения без теплообменника

Существуют две схемы отопления или как правильно говорить теплоснабжения.

Зависимая система отопления, с которой мы все хорошее знакомы, это когда котел, нагревая воду, подает ее по трубопроводам прямо в отопительные приборы – батареи отопления в квартире, минуя теплообменник.

Из каких материалов изготавливают теплообменники

При изготовлении теплообменников для систем отопления используют различные материалы, такие как нержавеющая сталь, силумина (сплав алюминия и кремния), латунь (используются для систем высокого давления), медь (используются в пивной промышленности, где нужно резко охладить пиво за счет эффекта большой теплопроводности) и другие.

Как подключить теплый пол к системе отопления через теплообменник

Нужен теплообменник и для теплого пола. Если вы, например, захотите сделать теплый пол, врезав его в систему отопления без теплообменника вы оставите весь дом без тепла, тепла на полы пойдет немного, но вот вода – теплоноситель будет циркулировать только через ваш пол и не пойдет к соседям, она «лентяй» и идет по самому короткому пути.

Недостаток установки теплообменника в систему отопления только один, увеличение затрат на первоначальном этапе монтажа, но он с лихвой перекрывается всеми ее достоинствами.

Зависимую систему отопления легко модернизировать в независимую систему, путем установки дополнительного теплообменника с регулирующей аппаратурой. Правда, делать это придется одновременно во всем районе, подключенном к вашей котельной. Зато так вы сможете сэкономить до 40 процентов на оплату тепла, по сравнению с вашими сегодняшними затратами без установки такого нужного теплообменника в системе отопления.

Что такое скоростной теплообменник ТТАИ.

Скоростной теплообменник ТТАИ

Скоростные теплообменные аппараты ТТАИ современная модификация кожухотрубного теплообменника. Главная особенность теплообменника ТТАИ — в данном типе теплообменников используется пучок труб из большого количества особо тонкостенных, малого диаметра теплообменных трубок, имеющих добавочное оребрение или сложный профиль. В теплообменниках ТТАИ также как в пластинчатых теплообменниках присутствует эффект само очистки, а КПД может быть даже большим чем в пластинчатых теплообменниках.

Такие технические решения позволили почти в десять раз уменьшить массу и габаритный размер аппаратов ТТАИ по сравнению с классическими кожухотрубными и даже разборными пластинчатыми теплообменниками.

Что такое емкостной теплообменник или бойлер.

Ёмкостной теплообменник или бойлер

Словом бойлер в России принято называть любой теплообменник, поскольку в переводе с английского языка бойлер трактуется как котел (котелок) — устройство для приготовления горячей воды. Поэтому правильнее, словом бойлер называть емкостной теплообменник. Внешне он выглядит как емкость или бочка, внутри которой встроен змеевик, по которому движется греющая среда или ТЭН, если бойлер электрический. Очень часто современный бойлер снаружи имеет теплоизоляцию, которая хранит тепло по принципу термоса.

Что такое теплообменник рекуператор.

Квартирный рекуператор для вентиляции помещений

Этот вид теплообменника только начинает массово развиваться, хотя исторически он возник вместе с человеком. Поселившись в пещере, человек уже использовал геотермальное отопление своего жилища, камень и солнце. Рекуператор забирает тепло из глубин земли или при вентиляции здания, тепло которое выбрасывается на улицу вместе с вентилируемым воздухом, а затем возвращает его в жилище человека в виде тепла или горячей воды.

Надеюсь, мне удалось простым языком дать исчерпывающее понятие — что такое теплообменник. Если же Вас интересует вопрос самостоятельного расчета, подбора или приобретения пластинчатого теплообменника любого типа, его можно бесплатно заказать, перейдя по этой ссылке.

Правила выбора

В список основных критериев, на которые необходимо обращать внимание при выборе, входит:

• тип и качество применяемого теплового носителя;
• простота разборки и сборки;
• тип передачи тепла;
• возможность наращивать объем мощности в процессе эксплуатации.

Пластинчатые обменники чаще используют для систем охлаждения и подогрева холодильников и бассейнов, спиральные применяют в различных сферах промышленности, горизонтальные лучше подходят в качестве устройств подогрева.

Как прочистить теплообменник газового котла

Для промывки теплообменника от накипи используются механический, химический и магнитный способы очистки. Первый вариант выполняется с помощью шомпола и скребка.

Инструменты могут быть ручными и электрическими. Химический вариант предполагает применение ракообразных химических средств, способных разрыхлить и растворить загрязнения.

Для промывки теплообменника данным методом используют специальную насосную схему и средство для промывки, указанное производителем, например, для газового котла Baxi.

Алгоритм промывки теплообменника от накипи:

1. Отключают котел.
2. Готовят жидкость для промывки теплообменников газовых котлов по рецепту завода-изготовителя.
3. После полного охлаждения отключают от него инженерные сети и дренируют воду.
4. Снимают стяжные шпильки, отодвигают прижимную плиту и потом аккуратно снимают одну за другой каждую пластину. Работу выполняют в перчатках, чтобы не поранить руки.
5. При работе с кислотой сменяют перчатки на резиновые.
6. Приготавливают емкость для очистки пластины, чтобы они были полностью покрыты рабочим раствором.
7. Пластины опускают в состав на 1 час, после чего под водопроводной водой с применением щетки удаляют остатки отложения.
8. Сборку очищенной конструкции ведут в обратном порядке.

После промывки теплообменного аппарата проверяют герметичность котла, под рабочим давлением теплоносителя. Подключают все инженерные сети, газ и электричество и выполняют первый после промывочный запуск оборудования.

При выявлении утечки необходимо подтянуть гайки либо поставить новую прокладку на теплообменник.

Эксплуатация и уход

Своевременный осмотр, профилактика и замена деталей помогут сэкономить на ремонте и покупке нового прибора. На работе агрегата негативно сказывают процессы коррозии и эрозии деталей, фрикционный износ во время повышенной вибрации, а также воздействие высоких температур.

Если не устранить проблемы вовремя, конструкция может выйти из строя. Очистку устройства можно проводить самостоятельно или доверить ее специалисту.

Использование теплообменников в разных системах

Зачем нужен теплообменник? Область эксплуатации данных устройств можно разделить на несколько категорий: промышленность, коммунальное хозяйство и бытовые нужды. В каждом случае установка будет отличаться материалом исполнения, габаритами и мощностью, а также циркулирующими рабочими средами.

В каких сферах используется теплообменник

Сфера использования теплообменников очень обширная:

• системы отопления;
• системы охлаждения;
• при работе с химикатами;
• с солнечными коллекторами;
• для обогрева бассейнов;
• системы вентиляции;
• системы кондиционирования;
• в сфере машиностроения;
• металлургическая промышленность;
• фармацевтическая промышленность;
• пищевая промышленность (сахарная, пивная, молочная и прочие);
• автомобильная промышленность;
• химическая промышленность.

Устройство и принцип работы теплообменников влияет на работу различных сфер, среди которых как промышленное производство, так и объекты общественного и культурного значения. Вместе с этим их использование возможно и в системах отопления частных жилых домов, где вопрос поддержки температуры стоит наиболее остро. Установка и монтаж теплообменников может быть произведён как самостоятельно, так и при помощи специалистов. Смысл же устройства состоит в равномерном распределении тепла на помещение.

В системе отопления

Теплообменное оборудование в системе отопления позволяет значительно снизить расход ресурсов и добиться высокой степени контроля и регулировки процесса.

Система отопления может быть:

• зависимой – система без теплообменника, когда тепло поступает от центрального теплового пункта регулярно в определенном количестве;
• независимой – система с теплообменником, который позволяет регулировать количество поступающей энергии в соответствии с потребностями конечного потребителя.

Зачем нужен теплообменник в системе отопления? Он разделяет единую конструкцию на две части: одна из них относится к поставщику, а другая – к потребителю тепла. Аппарат служит промежуточной станцией, через которую проходит горячая вода с различными примесями: антифриз, масло и иные компоненты.

Теплообменник в ИТП

Использование пластинчатого оборудования для автоматизации индивидуального теплового пункта позволяет снизить потери энергии до 40% за счет высокой эффективности установки.

Независимая система отопления состоит из главного пункта, который распределяет тепло между разными объектами, и дополнительных теплообменников, установленных в индивидуальном тепловом пункте, откуда тепло поступает к конечному потребителю.
Наличие теплообменной конструкции в данной схеме – возможность для владельца квартиры регулировать температурный режим в помещении. Он не будет потреблять излишки тепла, что приводит к значительной экономии ресурсов.

В системе горячего водоснабжения

Усиление мощности кожухотрубного теплообменника возможно лишь за счет большей ширины и длины змеевика, что сказывается отрицательно на размерах корпуса. Громоздкая конструкция занимает много места и неудобна в монтаже. Пластинчатый теплообменник, габариты которого в 3 раза меньше, позволяет получить аналогичную производительность.

В котельной

Обыденная практика – использование в котельных двух видов теплообменников. Это средство защиты от гидроударов, химических и механических примесей, перепада высот. Независимые контуры позволяют осуществлять автономный контроль и регулировку каждой конструкции. В таком случае продолжительность эксплуатации котлов значительно увеличивается, накипь на стенках прибора не скапливается.

Использование теплообменных устройств в промышленности

Теплообменники имеют разнообразное технологическое значение. Можно разделить все модели на две большие категории:

• теплообменные устройства, в которых основной процесс – передача тепла;
• теплообменные устройства, в которых охлаждение, конденсация, пастеризация и иные процессы – основные, а передача тепловой энергии выступает в качестве сопутствующего компонента.

По основному применению модели классифицируют на группы:

• конденсаторы;
• подогреватели;
• холодильники;
• испарители.

Их применение широко востребовано в разных отраслях промышленности. Внедрение в технологический процесс прибора позволяет значительно ускорить работу и увеличить эффективность.

Выбор промышленного теплообменного оборудования

Для эффективного выполнения задач в промышленности теплообменник должен соответствовать требованиям технологического процесса:

• возможность регулирования и поддержания температуры рабочей среды;
• соответствие скорости циркуляции продукта необходимой минимальной продолжительности пребывания агента в системе;
• устойчивость материала теплообменника к воздействию рабочей среды;
• соответствие устройства давлению теплоносителя.

Второй важный критерий отбора – экономичность и производительность прибора, сочетание высокой интенсивности теплообмена с сохранением необходимых гидравлических показателей устройства.

Эксплуатация разных видов теплообменных устройств в промышленности

Применение теплообменников может быть построено по следующим направлениям:

• использование остаточного тепла для генерации электрической энергии;
• точная регулировка температуры во время химических процессов;
• вторичное использование энергии для бытовых потребностей;
• поддержание температуры в бытовых системах отопления в стандартизированных параметрах.

Исходя из поставленных задач, можно выбрать оптимальную модель прибора по мощности, конструкции и иным параметрам.

Труба в трубе

Оборудование, которое имеет небольшую площадь теплообмена и применяется только в установках малой мощности для передачи энергии в средах «газ-жидкость».

Схема теплообменного аппарата «труба в трубе»
1 — внутренняя труба; 2 — наружная труба; 3 — изогнутая соединительная труба; 4 — соединительные патрубки

Спиральные конструкции

Приборы применяются для взаимодействия рабочих сред «жидкость-жидкость». В качестве агента нередко выступает пар.

Основное назначение теплообменника: конденсаторы пониженного давления. Если теплоноситель имеет твердые частицы, волокна и иные примеси, прибор устанавливают в горизонтальном положении для предотвращения скапливания веществ в нижней части установки.

Элементные модели

Теплообменник представляет собой нескольких секций, объединенных в одну конструкцию. Его активно эксплуатируют, когда необходимо работать с высоким давлением, или теплоносители циркулируют с одинаковой скоростью без изменения агрегатного состояния.

Кожухотрубный аппарат

Установка, в которой теплоносители движутся по трубам и в межтрубном пространстве. Для увеличения скорости процесса предусмотрены решетки и перегородки. Область применения: промышленность и транспортная сфера для нагрева, охлаждения и конденсации газообразных и жидких сред.

Витые приборы

Установки участвуют в разделении газовых смесей путем глубокого охлаждения в приборах высокого давления. Один из главных недостатков конструкции – трансформация под действием температурного напряжения.

Классификация теплообменного оборудования предприятий

Теплообменными аппаратами называются устройства, предназначенные для обмена теплотой между греющей и обогреваемой рабочими средами. Последние принято называть теплоносителями. Теплообменные аппараты различают по назначению, принципу действия, фазовому состоянию теплоносителей, конструктивным и другим знакам

По назначению теплообменные аппараты делятся на подогреватели, испарители, конденсаторы, холодильники и т. д.

По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называются такие аппараты, в которых тепло от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются паровые котлы, подогреватели, конденсаторы и др.

Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости тепло воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости это аккумулированное тепло ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др.

В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи тепла неизбежно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными.

В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др.

Если участвующие в тепломассообмене горячий и холодный теплоносители перемещаются вдоль поверхности нагрева в одном и том же направлении, тепломассообменный аппарат называют прямоточным, при встречном движении теплоносителей и сред — противоточным, а при перекрестном движении — перекрестноточным. Перечисленные схемы движения теплоносителей и сред в аппаратах называют простыми. В том случае, когда направление движения хотя бы одного из потоков по отношению к другому меняется, говорят о сложной схеме движения теплоносителей и сред.

Регенеративные теплообменные аппараты

Для повышения эффективности теплотехнологических систем, работающих в широком интервале перепадов температуры между теплоносителями, часто оказывается целесообразным применение регенеративных теплообменных аппаратов.

Регенеративным теплообменным аппаратом называют устройство, в котором передача теплоты от одного теплоносителя к другому происходит с помощью теплоаккумулирующей массы, называемой насадкой. Насадка периодически омывается потоками горячего и холодного теплоносителей. В течение первого периода (периода нагревания насадки) через аппарат пропускают горячий теплоноситель, при этом отдаваемая им теплота расходуется на нагревание насадки. В течение второго периода (периода охлаждения насадки) через аппарат пропускают холодный теплоноситель, который нагревается за счет теплоты, аккумулированной насадкой. Периоды нагревания и охлаждения насадки продолжаются от нескольких минут до нескольких часов.

Для осуществления непрерывного процесса теплопередачи от одного теплоносителя к другому необходимы два регенератора: в то время, когда в одном из них происходит охлаждение горячего теплоносителя, в другом нагревается холодный теплоноситель. Затем аппараты переключаются, после чего в каждом из них процесс теплопередачи протекает в обратном направлении. Схема соединения и переключения пары регенераторов приведена на рис.

Схема регенератора с неподвижной насадкой: I — холодный теплоноситель, II — горячий теплоноситель

Переключение производится поворотом клапанов (шиберов) 1 и 2. Направление движения теплоносителей показано стрелками. Обычно переключение регенераторов производится автоматически через определенные промежутки времени.

Из применяемых в технике регенераторов можно выделить конструкции аппаратов, работающих в областях высоких, средних и очень низких температур. В металлургической и стеклоплавильной промышленности применяют регенераторы с неподвижной насадкой из огнеупорных кирпичей. Воздухонагреватели доменных печей выделяются своими размерами. Два или несколько совместно работающих таких воздухонагревателя имеют высоту до 50 м и диаметр до 11 м, они могут нагревать до 1300 °С примерно 500 000 м3/ч воздуха. На рис. 7, а представлен продольный разрез воздухонагревателя доменной печи с кирпичной насадкой. В камере сгорания сжигают горючие газы. Продукты сгорания поступают в воздухонагреватель сверху и, двигаясь вниз, нагревают насадку, а сами при этом охлаждаются и выходят снизу. После переключения шибера воздух движется снизу вверх через насадку в обратном направлении и при этом нагревается. Другим примером высокотемпературного регенератора является воздухонагреватель сталеплавильной печи (рис. 7, б). Г азообразное (жидкое) топливо и воздух перед подачей в печь нагреваются за счет теплоты продуктов сгорания.

Рис. Некоторые типы регенераторов: а — схема мартеновской печи с регенераторами: 1 — шибер; 2 — горелки; 3 — насадка; б — воздухоподогреватель доменной печи: 1 — теплоаккумулирующая насадка; 2 — камера сгорания; 3 — выход горячего дутья; 4 — вход воздуха в камеру сгорания; 5 — вход горячего газа; 6 — вход холодного дутья; 7 — уходящие газы; в — регенеративный аппарат системы Юнгстрема; г — схема регенератора с падающей насадкой

Теплообменники, работающие при высоких температурах, обычно изготовляют из огнеупорного кирпича. Недостатками регенераторов с неподвижной кирпичной насадкой являются громоздкость, усложнение эксплуатации, связанное с необходимостью периодических переключений регенераторов, колебания температуры в рабочем пространстве печи, смещение теплоносителей во время переключения шибера.

Для среднетемпературных процессов в технике используют воздухонагреватели непрерывного действия с вращающимся ротором системы Юнгстрема (рис. 7, в). Регенеративные вращающиеся подогреватели (РВП) применяют на электростанциях в качестве воздухонагревателей для использования теплоты дымовых газов, выходящих из котлов. В качестве насадки в них используют плоские или гофрированные металлические листы, прикрепленные к валу. Насадка в виде ротора вращается в вертикальной или горизонтальной плоскости с частотой 3. 6 об./мин и попеременно омывается то горячими газами (при этом нагреваясь), то холодным воздухом (при этом охлаждаясь). Преимуществами РВП перед регенераторами с неподвижной насадкой являются: непрерывный режим работы, практически постоянная средняя температура нагреваемого воздуха, компактность, недостатками — дополнительный расход электроэнергии, сложность конструкции и невозможность герметичного отделения полости нагрева от полости охлаждения, поскольку через них проходит одна и та же вращающаяся насадка

Контактные теплообменники

Дуть на горячую жидкость – получаем контактный теплообмен. Воздух — газообразная среда непосредственно контактирует с жидкой средой напитка. Налицо теплообмен, но еще не теплообменник. Полноценными контактными теплообменниками являются градирни. Огромные «трубы» в форме необычных бочек, которые можно наблюдать на территории тепловых электростанций, — это гигантские контактные теплообменники. В них распыляется горячая вода, выходящая из конденсатора турбины, охлаждение производится атмосферным воздухом.

Паяный пластинчатый теплообменник (неразборный) применение

Пластинчатые теплообменники могут быть неразборными паяными и востребованы там, где давление и температура выходят за пределы бытовых «гражданских» — осушители газов и технических жидкостей, конденсаторы, охладители и т.д.

Секционный теплообменник – принцип работы

Эти теплообменники состоят из последовательно соединённых элементов – секций. Сочетание нескольких элементов с малым числом труб соответствует принципу многоходового кожухотрубного аппарата, работающего на наиболее выгодной схеме – противоточной. Элементные теплообменникиэффективны в случае, когда теплоносители движутся с соизмеримыми скоростями без изменения агрегатного состояния.

Погружной теплообменник

В качестве чувствительного элемента в этом приборе выступает цилиндрической формы змеевик. Он размещён в сосуде, который заполнен жидкостью. Подобная конструкция существенно снижает время необходимое на отдачу тепла прибором. Такого вида устройство считается одним из лучших по эффективным показателям работы прибором. Применяется исключительно в местах, где дозволено механическое включение и стадия закипания.

Схема движения теплоносителей (сред)

Прямоток – движение двух теплоносителей параллельно друг к другу в одном и том же направлении.
Противоток – движение двух теплоносителей параллельно друг к другу в противоположных направлениях.
Перекрёстный ток – движение двух теплоносителей во взаимно перпендикулярных направлениях.
Смешанный ток – один или более теплоносителей делают несколько ходов в аппарате, омывая при этом часть поверхности по схеме прямотока, а другую часть – согласно схеме противотока или перекрёстного тока.

По динамике агрегатных (фазовых) состояний теплонесущих средтеплообменники разделяются на аппараты:
• без фазовых переходов (подогреватели, охладители);

• со сменой агрегатного состояния одного из теплоносителей (испарители, конденсаторы);

• со сменой состояния обеих теплонесущих сред (агрегаты с повышенной интенсивностью теплообмена, в том числе вымораживатели, ректификаторы и др.).

Однопроходная схема

Простейшие схемы пластинчатых теплообменников – это те, в которых обе жидкости делают только один проход, поэтому нет никакого изменения направления потоков. Они известны как однопроходные схемы 1-1, и есть два типа: противоточные и параллельные. Большим преимуществом однопроходной компоновки является то, что входы и выходы жидкости могут быть установлены в неподвижной пластине, что позволяет легко открывать оборудование для технического обслуживания и очистки, не нарушая работу трубопроводов. Это наиболее широко используемая однопроходная конструкция, известная как U-образная компоновка. Существует также однопроходная Z-схема, в которой имеется вход и выход жидкости через обе торцевые пластины (рисунок 9).

Противоточный поток, где потоки текут в противоположных направлениях, обычно предпочтительнее из-за достижения более высокой тепловой эффективности, по сравнению с параллельным потоком, где потоки текут в одном направлении.

Многопроходная схема

Многопроходные устройства могут также использоваться для повышения теплопередачи или скорости потока потоков и обычно требуются, когда существует существенная разница между расходами потоков (рисунок 10).

Пластины ПТ могут обеспечивать вертикальный или диагональный поток, в зависимости от расположения прокладок. Для вертикального потока вход и выход данного потока расположены на одной стороне теплообменника, тогда как для диагонального потока они находятся на противоположных сторонах. Сборка пакета пластин включает чередование пластин “а” и “в” для соответствующих потоков. Монтаж пакета пластин в режиме вертикального потока требует только соответствующей конфигурации прокладок, поскольку устройства А и в эквивалентны (они поворачиваются на 180°, как показано на рисунке 11а). Это невозможно в случае диагонального потока, для которого требуются оба типа монтажных пластин (рисунок 11б). Плохое распределение потока с большей вероятностью происходит в массиве вертикального потока.

Электрическое отопление

Если в вашем случае схемы с использованием газовых котлов недоступны, тогда вы сможете использовать в качестве теплоносителя электричество. Существует большое количество вариантов создания отопления. Например, можно изготовить теплый пол, который приобретают готовыми матами и устанавливают их в процессе укладки пола.

Можно использовать и электрический водяной бойлер. От него прокладываются металлопластиковые трубы Ø16 или Ø20 см. Монтируются они на теплоизоляционный слой. Что касается самой схемы, то здесь можно выбрать комбинированную или спиральную.

Трубы закрепляются на специальную сетку при помощи креплений. Как только вся система готова и все трубы проложены, следует осуществить ее проверку. Делать это можно двумя методами. Например, можно под давлением залить воду. Если обнаружится течь, тогда следует ее сразу устранить. Другой вариант проще, для этого в систему закачивается воздух. На месте утечки воздух будет при выходе шуметь, и вы обнаружите утечку.

Форма и содержание

Поскольку в компетенции нашей компании промывка и очистка всех типов теплообменников, то на этом классификационном признаке остановимся отдельно.
По конструкционным признакам теплообменники подразделяются на: кожухотрубные, пластинчатые, из оребрённых труб, спиральные, элементные (секционные), «труба в трубе» и другие. Рассмотрим основные из них:

Зависимая схема с трёхходовым клапаном и циркуляционными насосами

Зависимая схема подключения теплового пункта системы отопления к источнику тепла с трёхходовым клапаном регулятора теплового потока и циркуляционно-смесительными насосами в подающем трубопроводе системы отопления.

Данную схему в ИТП применяют при соблюдении условий:

1 Температурный график работы источника тепла (котельной) превышает либо равен температурному графику системы отопления. Тепловой пункт подключённый по данной принципиальной схеме может работать как с подмесом к подаче потока из обратного трубопровода, так и без него, то есть пустить теплоноситель из подающего трубопровода тепловой сети напрямую в систему отопления.

Например расчётный температурный график системы отопления 90/70°C, равен температурному графику источника, но источник независимо от внешних факторов всё время работает с температурой на выходе 90°C, а для системы отопления подавать теплоноситель с температурой в 90°C нужно лишь при расчётной температуре наружного воздуха (для Киева -22°C). Таким образом в тепловом пункте к воде, поступающей от источника будет подмешиваться остывший теплоноситель из обратного трубопровода пока температура наружного воздуха не опустится до расчётного значения.

2 Подключение теплового пункта выполнено к безнапорному коллектору, гидравлической стрелке или теплотрассе с разницей давлений между подающим и обратным трубопроводом не более 3м.вод.ст..

3 Давление в обратном трубопроводе источника тепла в статическом и динамическом режимах превышает как минимум на 5м.вод.ст высоту от места подключения теплового пункта до верхней точки системы отопления (статику здания).

4 Давление в подающем и обратном трубопроводе источника тепла, а также статическое давление в тепловых сетях не превышают максимально допустимого давления для системы отопления здания подключённой к данному ИТП.

5 Схема подключения теплового пункта должна обеспечивать автоматическое качественное регулирование системой отопления по температурному или временному графику.

Описание работы схемы ИТП с трёхходовым клапаном

Принцип работы данной схемы схож с работой первой схемы за исключением того, что трёхходовым клапаном может быть полностью перекрыт отбор из обратного трубопровода, при котором весь теплоноситель, поступающий от источника тепла без подмеса будет подан в систему отопления.

В случае полного перекрытия подающего трубопровода источника тепла, как и в первой схеме, в систему отопления будет подаваться только вышедший из неё теплоноситель, отбираемый из обрата.

Зависимая схема с трёхходовым клапаном, циркуляционными насосами и регулятором перепада давления.

Применяется при перепаде давления в месте подключения ИТП к тепловой сети превышающем 3м.вод.ст.. Регулятор перепада давления в данном случае подбирается для дросселирования и стабилизации располагаемого напора на вводе.

Использование разного вида рабочих сред

Грамотно подобранный теплоноситель способен значительно повысить производительность работы.

Водяной пар

Одним из широко распространенных теплоносителей является перегретый (насыщенный) водяной пар. Он обладает рядом достоинств: высокая интенсивность теплоотдачи, легкое транспортирование по трубам, возможность регулировать температуру. Чаще всего данный вид теплоносителя применяют в технологических процессах с многократным испарением, когда выпариваемый продукт направляется в подогреватели или другие выпарные установки.

Горячая жидкость

Не менее распространены в качестве агентов, циркулирующих по теплообменнику – горячие жидкости и вода. Они отличаются менее интенсивным подогревом и стабильно снижающейся температурой носителя.

Для пара и воды характерен один значительный недостаток: с повышением температуры происходит резкий рост давления в системе. На пищевых производствах аппараты не могут работать при температуре выше 160°С.

Масляный раствор

Масляный обогрев целесообразен в консервной промышленности, он позволяет эксплуатировать теплообменник при 200°С.

Горячий воздух и газ

Газ и горячий воздух (максимальная температура 300-1000°С) используются в сушильных устройствах и печах. Газообразные вещества имеют много недостатков: их трудно транспортировать и контролировать по температурному параметру, они обладают низким коэффициентом теплообмена, а топочные газы сильно загрязняют поверхность теплообменника.

Разновидности теплообменников для отопления: как разобраться в них и выбрать нужный?

Теплообменник — неотъемлемый элемент системы отопления, в котором происходит процесс обмена теплом между несколькими средами.

Устройство представляет собой 2 плиты: одна из них статическая, а другая — подвижная. Обе они с отверстиями, между которыми зафиксированы загерметизированные прокладками пластины.

Суть принципа работы такого прибора в том, что пластины гофрированного типа образуют каналы, по которым циркулирует жидкость. Повышение коэффициента переданного тепла от её прогретой части к холодной возникает за счёт увеличения площади контакта.

В пристенном слое гофрированного типа со временем образуется процесс турбулентности. По разным сторонам одной пластины происходит перемещение отдельной среды. Такой способ движения предотвращает их перемешивание.

Прогрев обеих сред возникает вследствие присоединения устройства к трубопроводу. После того как среда закончит своё прохождение по всем каналам, она покинет теплообменник.

Такое оборудование делает возможным:

• эксплуатировать при необходимости полученного от носителя энергии вторичного тепла для бытовых нужд;
• применять остаточное тепло при поступлении электроэнергии;
• формировать необходимый температурный режим для проведения химических процессов;
• удерживать температурный режим теплоносителя на установленном уровне в бытовых отопительных системах.

Существуют следующие виды теплообменников.

Смесительные водяные

Представляют собой приборы, в которых тепло передаётся через непосредственный контакт двух сред: горячей и холодной.

Суть действия такого теплообменника в том, что в специальной камере соединяются жидкость и пар, скорость которого при этом превышает сверхзвуковое значение.

Разгоняет его до такого показателя расчётное сопло. За счёт такого смешивания и происходит прогрев жидкости и паровая конденсация, а теплоноситель требуемой температуры циркулирует по системе отопления.

Камера прибора предусматривает наличие конденсационного вакуума. Работа теплообменника этой разновидности возможна даже при условии малого парового давления.

Поверхностные

Конструкция таких приборов представлена в виде биметаллических труб с алюминиевым оребрением накатного типа.

В этих устройствах происходит процесс обтекания твёрдого покрытия воздухом. Температуры поверхности и воздушного потока отличаются.

Тепловой обмен между средами осуществляется через стенку с нанесённым на неё специальным теплопроводящим материалом. Контура полностью изолированы друг от друга.

Поверхностные теплообменники делятся на 2 типа:

• регенеративные (направление потока среды имеет свойство меняться);
• рекуперативные (обмен теплом от одного теплоносителя к другому осуществляется через неплотные стенки контура, при этом направление потока среды остаётся постоянным).

Рекуперативный и его разновидности

Они подразделяются в соответствие с особенностями конструкции и областью применения.

Кожухотрубчатые

Это самые простые устройства. Они состоят из большого числа маленьких трубопроводов, которые спаяны в единый пучок и помещены в кожух. Такие теплообменники довольно громоздкие и занимают много места.

Применяются в испарителях, холодильниках, нагревателях, конденсаторах.

Погруженные

Представляют собой змеевики плоской либо цилиндрической форм, погруженные в ёмкость с жидкостью.

Эти теплообменники считаются неэффективными вследствие того, что с внешней стороны змеевика наблюдается низкий уровень теплоотдачи, а процесс омывания жидкостью проходит в крайне малом количестве.

Справка! Использование погруженного теплообменника будет продуктивным, если жидкость в ёмкости будет закипать или содержать механические дополнения.

Погруженные аппараты применяются в качестве холодильников и конденсаторов, а также для прогрева воды и растворов технологического типа

Приборы этой разновидности представляют собой 2 трубы, расположенные внутри друг друга и имеющие отличные диаметры. Так жидкость, нагрев или охлаждение которой требуется произвести, напрямую контактирует с теплоносителем.

Трубы для теплового обмена зафиксированы вдоль друг друга. За счёт разницы между их диаметрами у теплоносителя не возникает препятствий при его циркуляции.

Применяются такие теплообменники преимущественно в пищевой промышленности, в частности, в виноделии и при производстве молочной продукции.

А также использование таких приборов широко распространено в нефтяной, газовой, химической промышленностях.

Оросительные

Теплообменники этого типа представляют собой прямые трубы, расположенные друг над другом и орошаемые водой с наружной стороны. Они фиксируются с помощью сварки или применения «калачей» на фланцах. Орошающая жидкость идёт через верхний жёлоб, края которого имеют форму в виде зубчиков. Часть жидкости, подаваемой для орошения трубопроводов, испаряется.

Широко распространено использование таких агрегатов в качестве конденсаторов в холодильниках.

Графитовые: что это такое

Теплообменники блочного строения. Все прямоугольные или цилиндрические составляющие прочно зафиксированы специальными резиновыми или тефлоновыми прокладками и крышками.

Внутри этой конструкции происходит движение жидкости по перекрёстной схеме.

Изначально для устранения пористости графита его обрабатывают специальными смолами из формальдегида. Одна или обе среды при этом являются коррозионно-активными.

Важно! Если обе жидкости агрессивные, то обязательно по бокам на прижимные плиты наносятся специальные пластины из графита.

За счёт устойчивого воздействия таких приборов их применение пользуется большой популярностью в химической промышленности.

Пластинчатые воздушные с вентилятором

По своей конструкции делятся на разборные и паяные. Первые имеют большое распространение в силу того, что их можно разбирать и собирать, а при необходимости прочистки и увеличивать их эффективность путём наращивания дополнительных пластин.

Прибор состоит из пластин, между которыми расположены прокладки из резины, 2 концевые камеры, болты для стягивания и рама.

Стальные пластины имеют толщину 0,7 мм, их проточная сторона гофрирована или ребристая.

С целью герметизации процесса теплообмена к пластинами фиксируются прокладки из резины.

Теплоноситель в таких теплообменниках может перемещаться в прямом, обратном направлениях или смешанно.

Применяются такие устройства в отоплении, вентиляции, кондиционировании и холодильных установках. Кроме того, он используется в текстильной, нефтяной, целлюлозно-бумажной и других промышленностях.

Пластинчато-ребристые: принцип работы

Суть конструкции такого теплообменника в том, что есть единая система из раздельных пластин, между которыми расположены ребристые насадки.

Их разновидности представлены в широком диапазоне.

Для грамотной подборки формы каналов для прохождения жидкости, требуется использование различных насадок.

Важно! Применение таких устройств для теплового обмена возможно при температуре неагрессивных жидких и газообразных сред от +200 °C до —270 °C.

Используются эти теплообменники в различных транспортных установках.

Сварные пластинчатые теплообменники

Отсутствие уплотнений является главной особенностью конструкции сварных теплообменных аппаратов. Гофрированные пластины сварены в один блок, в котором рабочая среда протекает по внутренним каналам, а нагреваемая – по внешним.

Применяются СПТО при работе с агрессивными средами при повышенных температурах и высоком давлении рабочих сред.

Конструктивные особенности сварных теплообменников обеспечивают следующие преимущества:

• компактность;
• высокий коэффициент теплопередачи;
• незначительные теплопотери;
• простоту технического обслуживания.

Отсутствие уплотнений в сварных ПТО обеспечивает полную герметичность рабочих каналов, что позволяет работать в экстремальных условиях.

Пластинчатый разборный т/о

Эффективность процесса зависит от схемы подключения. Полнее теплоотдача у противоточного аппарата, когда потоки движутся навстречу друг другу.

Чем тоньше перегородка, тем лучше идет процесс. Но для аппаратов, работающих под давлением, толщина стенок зависит от способности выдерживать нагрузки на стенки. Если нельзя утоньшить стенки трубок необходимо увеличить поверхность нагрева, сделать аппарат длиннее.

Каждый т/о изготовлен в соответствии с теплотехническим расчетом, имеет паспорт и рассчитан для работы с определенным теплоносителем.

Оребрённо-пластинчатые

Их отличие от вышеуказанных видов в том, что в основании конструкции используются оребренные панели с тонкими стенами, сформированные путём высокочастотной сварки.

Все они зафиксированы поочерёдно с возможностью поворота на 90 °C.

Применение таких теплообменников часто встречается как в промышленности (в тепловых технологических процессах), так и в быту (система вентиляции с возвращением тепла).

Спиральные

Бывают горизонтальные и вертикальные. Их конструкция состоит из 2 тонких листов из металла, зафиксированных к керну и загнутых в форме спиралей. Для придания листам дополнительной жёсткости к ним по обеим сторонам с помощью сварки присоединены бобышки дистанции.

У спиральных каналов есть ограничения в виде торцевых крышек. Уплотнения таких проходов производят путём заваривания с одной стороны и уплотнения прокладкой — с другой. По мере её износа происходит заваривание и с другой стороны.

Таким образом, исключается вероятность спешивания теплоносителей.

Используется этот прибор в пищевой, металлургической, целлюлозно-бумажной, горнодобывающей, нефтяной, газовой и других областях промышленности.

Первичный, вторичный и битермический аппараты

Первичный теплообменник выглядит, как большая труба с изгибами в виде змеевика. Для производства используются материалы, неподверженные коррозии — нержавейка, медь. Пластины агрегата имеют разный размер. Чтобы повысить защиту от коррозии, рабочие поверхности окрашивают. Теплообменник передает энергию газа теплоносителю. Показатель мощности зависит от числа ребер и длины трубы. Ухудшить работу могут грязь и копоть снаружи и солевые отложения изнутри. Внешние и внутренние факторы провоцируют нарушение циркуляции теплоносителя и снижают теплопроводность стенок агрегата. Чтобы продлить срок службы котла, требуется регулярная очистка и промывка. Желательно купить фильтры.

Вторичный теплообменник котла на газе оснащен соединенными между собой пластинами из нержавейки. Эффективность работы устройства обеспечена хорошей теплопроводностью и размерам участка теплообмена. Энергия в таком теплообменники передается от жидкости к теплоносителю. Мощность устройства зависит от числа пластин и площади теплообмена.

Битермический двухконтурный теплообменник работает по принципу двойного обмена тепла: газ нагревает теплоноситель, а он передает температуру воде. Снаружи в трубе греется вода для отопления, а внутри подогревается вода для бытовых нужд. Совмещенный теплообменник для двухконтурного газового котла обладает упрощенной конструкцией. Нет нужды устанавливать трехходовой клапан и вторичный теплообменник, что удешевляет всю конструкцию, не ухудшая надежности. К недостаткам относят малую мощность в режиме горячего водоснабжения.

Разделение теплообменников по следующим принципам:

по степени передачи тепла

• Рекуперативные
• Регенеративные

по взаимодействию между средами

• Смесительные
• Поверхностные

по направлению движения

• Многоходовые
• Одноходовые

Типы и материалы

Разновидность теплообменника подбирается исходя из его целевого назначения и применяемого теплоносителя.

Самыми надёжными и долговечными считаются приборы из чугуна. Они не боятся коррозии и обладают высокой теплоёмкостью.

Минусы: крупногабаритность и медленная перестройка под заданное колебание температур. Они занимают достаточно много места.

У стальных агрегатов ощутимее ниже цена, но и уровень эффективности тоже занижен.

Самые распространённые — теплообменники из меди. У них высокий коэффициент теплопроводности, технологичности.

Для увеличения продолжения срока эксплуатации такие приборы с наружной стороны покрываются специальным защитным слоем.

Стальные теплообменники самые дешёвые, подвержены коррозии и имеют большой вес.

Чугун

Выбирая для подогрева воды дома, в бане от отопления чугунные теплообменники, важно детально изучить их основные особенности.

1. Они обладают большим весом, что следует принимать во внимание при разработке проекта системы отопления и водоснабжения котельной.
2. Чугунные устройства можно транспортировать по секциям, что существенно упрощает процесс доставки оборудования, его сборку и обслуживание.
3. При внушительном весе, чугунные теплообменники достаточно хрупкие. Потому при транспортировке важно избегать механических повреждений.
4. Чугунные теплообменники для отопления и водоснабжения боятся термического шока. Это говорит о том, что стенки агрегата могут деформироваться, если внутрь горячего теплообменника резко подать большое количество холодной среды.
5. Для чугуна характерна влажная, сухая коррозия.
6. Основное преимущество заключается в медленном остывании, хотя нагрев также осуществляется медленно. Это способствует заметной экономии на работе системы отопления и дальнейшего водоснабжения.

Чугунный теплообменник

Плюсы тепловых агрегатов из чугуна:

• Высокая теплопроводность – чугунные элементы быстро нагреваются и эффективно передают тепло от одного носителя к другому.
• Медленное остывание – теплообменники из чугуна долгое время остывают, что дает возможность сэкономить на работе отопительной системы.
• Долговечность – чугун устойчив к воздействию слабых кислот и к образованию накипи, поэтому он менее подвержен коррозии, нежели многие другие металлы, что и обеспечивает длительный срок службы теплообменника.
• Возможность увеличения функциональности – уже после установки агрегата к нему можно нарастить новые чугунные секции, тем самым увеличив мощность теплового оборудования.

Минусы чугунных теплообменников:

• Громоздкость – чугунные агрегаты отличаются внушительным весом, что усложняет их эксплуатацию и обслуживание. При этом, чем больше масса теплообменника, тем выше его мощность.

Совет. Обязательно учитывайте вес чугунного теплового прибора при выборе места для его установки – важно, чтобы монтажное основание было очень прочным.

• Хрупкость – несмотря на большой вес, агрегаты из чугуна боятся механических ударов: они быстро обзаводятся трещинами, сколами и прочими деформациями.
• Низкая устойчивость к температурным перепадам – хоть чугун и выдерживает максимально высокие температуры, от резких термических изменений на поверхности теплообменника могут появляться трещины, что чревато значительным снижением его работоспособности.

Сталь

Далее поговорим про стальные теплообменники, которые могут служить для подачи горячей воды через систему отопления.

1. Сталь не делает конструкцию очень тяжелой, потому система не пострадает. Это оптимальное решение для ситуаций, когда требуется теплообменник для подачи горячей воды, обслуживающий большую площадь.
2. Финишная сборка устройств стального типа осуществляется в заводских условиях. Они представляют собой моноблоки достаточно внушительных габаритов, что усложняет их доставку на место через узкие проемы.
3. Самостоятельно вернуть теплообменник из стали к жизни в случае повреждения практически невозможно, потому можно либо заменить агрегат полностью, либо демонтировать и отправить на ремонт в цех.
4. Для стальных теплообменников не страшен термический шок, механические нагрузки. Материал достаточно эластичен. Но все же длительное нахождение под воздействием чрезмерного тепла или холода может привести к появлению небольших трещин в местах сварных швов.
5. С точки зрения коррозии, для стального теплообменника опасность представляет только электрохимический ее тип. При постоянном воздействии агрессивной среды, может существенно сокращаться срок службы агрегата.
6. Из-за основных недостатков стали для теплообменника, часто внутренние стенки покрываются чугуном, делая тем самым конструкции максимально надежными, эффективными.
7. При прохождении тепла через теплообменник стального типа, система быстро нагревается, но быстро и остывает. Отсюда большие затраты на топливо.

Как правильно выбрать теплообменник

Зачем нужен теплообменник в системе отопления в быту, понятно. Какой аппарат подходит в конкретном контуре – зависит от условий монтажа. Можно поставить кожухотрубный т/о – он неприхотлив, может простоять без чистки 10 лет, только счета за использование теплоносителя будут все больше – нарушается теплопроводность. Можно поставить пластинчатый, но чистить его придется через 3 года.

Как подобрать теплообменник ЦТП

При выборе важно обращать внимание на основные технические характеристики оборудования:

Толщина и материал пластин

Чем ниже масса прибора, тем выше коэффициент теплоотдачи. При этом важно ориентироваться на рекомендуемую толщину пластин. В основном она варьируется от 0,4 мм до 0,7 мм, подходящий материал — нержавеющая сталь.

Давление

Чем меньше этот показатель, тем ниже стоимость агрегата. Чтобы не наблюдалось сбоев в системе отопления, требуется обязательно знать это значение и указать его продавцу при приобретении.

Коэффициент передачи тепла

Это один из главных критериев выбора. Он показывает, какую единицу тепла способно передать устройство за определённое время от нагретой среды к холодной через площадь 1 кв. м. и разницу температур 1 К.

Для увеличения теплопередачи требуется меньшее количество пластин. Стоимость у такого теплообменника будет ниже. У оборудования с высокой ценой

Справка! При усилении потока возрастает и потребность в большом количестве чисток за счёт образования отложений.

Рекомендуемый и оптимальный коэффициент тепловой передачи — 7000 Вт/кв. м*К.

Масса

Вес теплообменника напрямую зависит от того, из какого материала он изготовлен. Прежде чем приобретать прибор, требуется определить, сколько места под него есть. При малых площадях лучше воздержаться от крупногабаритного оборудования.

Запас поверхности для теплообмена

У качественного агрегата этот показатель составляет 10—15%, в противном случае его работа не будет эффективной, так как малейший недогрев до установленной температуры или загрязнение приведут к прекращению рабочего процесса.

Помимо вышеуказанных параметров, также стоит учитывать количество тепловых потерь, основные свойства теплоносителя, характеристики труб для обмена теплом.

Объём бака

Немаловажный фактор, который необходимо учитывать при выборе – это размер бака:

1. Для небольших помещений подойдёт бак на сто литров. Это компактный и экономичный вариант, наиболее простой в транспортировке. Стоит помнить, что малый объём воды сохраняет тепло значительно меньшее время, поэтому нагревать его придётся чаще.
2. Для большинства частных домов подойдёт бак объёмом 200 литров. Этого хватит на несколько сантехнических приборов, при этом температура будет держаться достаточно длительное время.
3. Для больших домов подойдёт бак объёмом 500 литров. Такие баки используются также в производстве. Для большинства же помещений такой большой объём будет излишним и неэкономичным решением, так как для такого бака потребуется гораздо большее потребление энергии.

Как рассчитать модель под конкретное здание?

При подборе конкретной модели прибора, необходимо учитывать следующие параметры:

• количество жильцов в помещении;
• объём воды, необходимый одному жильцу в сутки, стандартом считается норма потребления, равная 120 литрам на человека в день;
• степень нагрева носителя тепла — в централизованных отопительных системах стандартом является нагрев, равный 60-ти градусам;
• будет ли прибор работать круглые сутки, или планируется его периодически отключать;
• температура воды в трубах в зимнее время года;
• количество приборов, потребляющих горячую воду;
• допустимый процент потери воды.

Производительность устройства необходимо рассчитывать для зимнего сезона, когда подразумевается наиболее активное использование горячей воды. За точным расчётом и подбором оборудования можно обратиться к компаниям-поставщикам.

Сравнительная таблица кожухотрубного и пластинчатого оборудования

Характеристика	Кожухотрубные теплообменники	Разборные пластинчатые теплообменники
Коэффициент теплопередачи (условно)	1	3 — 5
Разность (возможная) температур теплоносителя и нагреваемой среды на выходе	Не менее 5-10 °С	1 — 2 °С
Изменение площади поверхности теплообмена	Невозможно	Допустимо в широких пределах, кратно количеству пластин
Внутренний объем (условно)	100	1
Соединение при сборке	Сварка, вальцовка	Разъемные
Доступность для внутреннего осмотра и чистки	Неразборный, труднодоступен, простая замена частей невозможна; возможна только промывка	Разборный. Легко доступный осмотр, обслуживание и замена любой части, а так же механической промывки пластин.
Время разборки	90 — 120 мин.	15 мин.
Материал трубок (пластин)	Латунь или медь	Нержавеющая сталь
Уплотнения	Неразборный. Простая замена невозможна	Уплотнения бесклеевые легко меняются на новые. Жестко зафиксированы в каналах пластины. Отсутствие протечек после механической чистки и сборки
Обнаружение течи	Невозможно обнаружить без разборки	Немедленно после возникновения, без разборки
Подверженность коррозии при температуре более 60 °С	Да	Нет
Чувствительность к вибрации	Чувствителен	Нечувствителен
Вес в сборе (условно)	10 — 15	1
Теплоизоляция	Необходима	Не требуется
Ресурс работы до кап. ремонта	5 — 10 лет	15 — 20 лет
Габариты (условно)	5-6	1
Специальный фундамент	Требуется	Не требуется
Стоимость (условно)	в зависимости от назначения и схемы присоединения 0,75 – 1,0	1,0

Широкие возможности кожухотрубного теплообменника

1. Давление в трубках может достигать разных значений, от вакуума до наивысших;
2. Можно достичь необходимого условия по термическим напряжениям, при этом цена устройства существенно не поменяется;
3. Размеры системы тоже могут быть различными: от бытового теплообменника в ванную комнату до промышленного площадью 5000 кв. м.;
4. Нет необходимости предварительно очищать рабочую среду;
5. Для создания сердцевины используют разные материалы, в зависимости от затрат на производство. Однако все они соответствуют требованиям температуры, давления и устойчивости к коррозии;
6. 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.

Конструктивные особенности пластинчатого теплообменника

Отличительной чертой устройства переноса теплоты является наличие пакета, состоящего из пластин. Они представляют собой гофрированные элементы, изготовленные из металла. Если точнее, то пластины производятся в большинстве случаев из нержавеющей стали, так как она прекрасно выдерживает воздействия теплоносителя, обладающего низким качеством.

Эти элементы соединяются между собой. При этом их крепление осуществляется с поворотом на 180 градусов относительно друг друга. Помимо пакета пластин, в состав теплообменника этого типа еще входит:

• неподвижная плита, на которой расположены патрубки для присоединения трубопроводов;

• элементы крепления, благодаря которым происходит стягивание 2-х плит и создается рама;

• две направляющие (верхняя и нижняя), имеющие вид круглого прута.

Такая продуманная компоновка устройства позволяет создавать аппараты, отличающиеся компактными габаритами.

Рама пластинчатого теплообменника служит для закрепления пластин, которые изготавливаются не только из нержавейки, но и из меди или графита. Благодаря тому, что поверхность устройства является своеобразной, она создает довольно сильную турбулентность средам, использующимся для переноса тепла и движущимся по трубам. За счет этого возрастает теплопередача у аппарата.

После установки гофрированных пластин на свои места образуется две герметичные системы, полностью изолированные друг от друга. Именно по ним движется холодная и горячая среда. Благодаря такой конструкции происходит теплообмен.

Из гофрированных пластин собирается пакет. При этом они располагаются крест-накрест. Такое их размещение позволяет создать жесткую конструкцию. Все гофрированные пластины оснащаются прокладками для уплотнения соединений. Это очень важные элементы, обеспечивающие хорошую герметичность устройства особенно в рабочем состоянии. Прокладки позволяют теплоносителям бесперебойно протекать в противоположных направлениях по трубам. Они имеют особую конфигурацию. Благодаря такой конструктивной особенности уплотнительных элементов не допускается смешивание холодной и горячей среды.

Высокий требуемый коэффициент передачи тепла будет обеспечен, если правильно подобрать размер теплообменника в соответствии с заданным объемом проходящей среды. Тем более в таком устройстве наблюдается повышенная турбулентность носителя тепла.

Теплообменник, состоящий из гофрированных пластин — это устройство поверхностного типа. По нему движется нагреваемая и нагревающая среда. Между ними происходит передача тепла через стенку из металла. Именно она получила название — поверхность теплообмена. Основными элементами такого теплообменника являются гофрированные пластины. Эти элементы достаточно тонкие и изготавливаются методом штампования.

Применяются пластинчатые теплообменники, как нагревательные или охладительные устройства. Их используют в разных технологических процессах, а также в нефтяной, газовой промышленности и во многих других отраслях. На фото ниже представлен пластинчатый теплообменник в индивидуальном тепловом пункте многоквартирного дома.

Обзор популярных производителей

Изделия компании Alfa Laval отличаются такими характеристиками:

• Достаточно высокий КПД;
• Простота установки и ремонта. Для изделий не нужно устанавливать специальный фундамент;
• Минимальный показатель отложения загрязнений, благодаря турбулизации потока воды по специально изготовленной рифленой поверхности;
• Возможность повышения эксплуатационных мощностей. Этот показатель имеет значение при изменении необходимой тепловой нагрузки на устройство;
• Собрать и разобрать устройство одному человеку можно примерно за 2 часа. Чистка таких поверхностей может выполняться при помощи простой металлической щетки. Процесс ремонта сводится к замене пластин;
• Запатентованная форма конструктивных элементов обеспечивает качество и надежность в эксплуатации.

Также необходимо отметить такие торговые марки:

• «Теплотекс»;
• «Алфа Лаваль Поток»;
• SVEP «Интернешен Ридан АБ»;
• «Ридан»;
• «Машимпекс»;
• «Данфосс».

Как протекают процессы в пластинчатом теплообменнике

Пластины разборного пластинчатого теплообменника устанавливаются одна за другой с поворотом на 180 °.

Эта компоновка создает теплообменный пакет с четырьмя коллекторами для подвода и отвода жидкостей.

Первая и последняя пластины не участвуют в процессе теплообмена, задняя пластина выполняется обычно без портов.

На схеме представлен пластинчатый теплообменник для отопления самой простой конструкции с патрубками, расположенными по разные стороны агрегата.

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.

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.

Основные технические характеристики

Если вы решили обустраивать ГВС, пластинчатый теплообменник вам будет совершенно необходим. Прокладки и пластины могут быть выполнены из самых разных материалов, их выбор будет зависеть от назначения устройства, так как сфера использования таких теплообменников очень широка. В данной статье рассматриваются системы горячего водоснабжения и отопления, где они выступают в роли теплосилового оборудования. Если пластины используются для этой сферы, то они изготавливаются из нержавеющей стали, тогда как в основу прокладок ложится резина NBR или EPDM. Первый случай касается теплообменника из нержавеющей стали, который способен функционировать с теплоносителем, нагретым до 110 градусов. Если речь идет о втором случае, то вода может оказаться нагретой до 170 градусов.

Для справки

Эти теплообменники применяются для разных технологических процессов, в этом случае сквозь них протекают щелочи, кислоты, масла и иные среды. При этом пластины изготавливаются из никеля, титана и всевозможных сплавов, что касается прокладок, то в основе лежит асбест, фторкаучук и другие материалы.

Исходные данные и расчет теплообменника

1 — Температура на входе и выходе обоих контуров.
Пример: максимальная входная температура — 55°С, а LMTD — 10°С. Теплообменник будет дешевле и меньше в том случае, когда эта разница будет больше.

2 — Максимально допустимая рабочая температура, давление среды.
Цена будет ниже в случае плохих параметров.

3 — Массовый расход (m) рабочей среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч).
Или пропускная способность теплообменника. Часто указывают лишь один параметр — объем расхода воды. Общий массовый расход можно вычислить если объем пропускной способности умножить на плотность. Например, плотность холодной воды в центральной системе примерно равна 0.99913.

4 — Тепловая мощность (Р, кВт).
Или тепловая нагрузка (количество тепла, отданное теплообменником) вычисляет по формуле:

• где m – расход среды
• cp – удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20 градусов, равна 4,182 кДж/(кг *°C))
• δt – температурная разность на входе и выходе одного контура (t1 — t2)

5 — Дополнительные характеристики.

• чтобы выбрать состав пластин, необходимо узнать в какой рабочей среде будет использоваться теплообменник и ее вязкость;
• средний температурный напор LMTD (рассчитывается по формуле ΔT1 — ΔT2/( In ΔT1/ ΔT2), где ΔT1 = T1(температура на входе горячего контура) — T4(выход горячего контура) и ΔT2 = T2 (вход холодного контура) — T3 (выход холодного контура);
• уровень загрязненности среды (R) — редко используют, так как этот параметр нужен только в некоторых случаях.

Особенности конструкции

Основное предназначение любого вида пластичного теплообменника состоит в преобразовании нагретой жидкости в охлажденную среду. Конструкция пластинчатого теплообменника имеет разборные части, а состоит устройство из следующих элементов:

• набора пластин;
• подвижной и неподвижной плиты;
• верхней и нижней направляющей округлой формы;
• элементов крепления, которые объединяют плиты в общую раму.

Размеры рам разных изделий могут значительно различаться. Они будут зависеть от теплоотдачи и мощности нагревателя — с большим количеством пластин повышается продуктивность оборудования и, естественно, увеличивается вес и габариты.

На теплообменнике можно управлять мощностью – увеличивать или уменьшать

Преимущества пластинчатых приборов:

• незначительные производственные и инвестиционные затраты;
• высокоэффективная теплопередача;
• малые габариты;
• эффект самоочистки с помощью высокого турбулентного потока;
• возможность увеличить КПД благодаря добавлению пластин;
• высокая степень надежности;
• легкость промывки;
• небольшая масса;
• легкость монтажа;
• минимальное загрязнение поверхностей;
• невозможность смешения жидкостей за счет особой конфигурации уплотнения;
• высокая устойчивость к коррозии;
• минимальная поверхность теплообмена благодаря высокому КПД;
• незначительные потери давления благодаря оптимальному выбору пластин с разными видами профилей;
• эффективная регулировка температуры за счет небольшого объема теплоносителя.

В этом видео вы узнаете, как образуется горячая вода благодаря теплообменнику:

Требования к прокладкам

К аппаратам с пластинами предъявлены довольно жесткие требования касательно герметичности оборудования, именно по этой причине на сегодняшний день прокладки начали изготавливать из полимеров. К примеру, этиленпропилен может с легкостью эксплуатироваться в условиях повышенных температур — и пара, и жидкости. Однако довольно быстро начинает разрушаться в среде, которая содержит большое количество жиров и кислот.

Теплообменники различаются количеством пластин

Крепление уплотнителей к пластинам производится чаще всего с помощью клипсовых замков, в редких случаях — с помощью клеящего состава.

Область использования

При этом каждый из приборов имеет уникальную конструкцию и особенность работы:

• спаянный;
• разборной;
• полусварной;
• сварной.

Устройства с разборной системой зачастую применяются в тепловых сетях, которые подведены к жилым домам и зданиям разного предназначения, в климатических системах и холодильных камерах, бассейнах, теплопунктах и контурах ГВС. Паяные приборы нашли свое предназначение в морозильных установках, вентиляционных сетях, устройствах кондиционирования, промышленном оборудовании разного предназначения, компрессорах.

Полусварные и сварные теплообменники применяются в:

• вентиляционных и климатических системах;
• фармацевтической и химической области;
• циркуляционных насосах;
• пищевой сфере;
• системах рекуперации;
• аппаратах для охлаждения приборов разного предназначения;
• в отопительных контурах и ГВС.

Наиболее популярным видом теплообменника, который применяется в быту, является паяный, обеспечивающий обогрев либо охлаждение теплоносителя.

Уплотнители теплообменников

От качества этих элементов зависит долговечность и надежность теплообменника.

Уплотнители предотвращают смешивание сред и направляют их по определенной траектории.

На настоящий момент в теплообменниках используется всего две разновидности подобных элементов: клипсовые и клеевые. Для изготовления уплотнителей обычно применяются материалы на основе каучука. Это могут быть, к примеру, EPDM, ПВР, витон и т. д.

Клеевые уплотнители крепятся в специальных канавках на эпоксидку. Клипсовые варианты устанавливаются посредством специальных фиксирующих элементов.

Компактность пластинчатых теплообменников.

Первое
и одно из основополагающих преимуществ
пластинчатого аппарата заключается в
его компактности. Кожухотрубный
теплообменник занимает приблизительно
в 6-8 раз больше места, чем аналогичный
ему по мощности пластинчатый. Компактность
пластинчатых аппаратов определяет
следующее:

значительную экономию пространства
для установки пластинчатого теплообменника,
что бывает очень важным при отсутствии
места для установки аппарата;

очень малые тепловые потери в окружающую
среду с поверхности пластинчатого
теплообменника без дополнительной
теплоизоляции;

сравнительно низкую стоимость пластинчатых
аппаратов при очень высоком качестве
используемых материалов;

значительное снижение затрат на установку
(основание) и обвязку пластинчатых
аппаратов.

Прокладки

К устройствам с пластинами предъявляются очень жесткие требования относительно герметичности, в связи с чем в последнее время прокладки стали выпускать из полимеров. Этиленпропилен, например, способен без проблем работать в условиях высоких температур — и воды, и пара. Но очень быстро разрушается в среде с содержанием масел и жиров.

Прикрепление прокладок к пластинам выполняется преимущественно клипсовым соединением, реже — посредством клея.

Взаимные связи

К наиболее важным характеристикам можно отнести интенсивность процесса теплообмена, тепловую мощность теплообменника – количество теплоты, которое он способен передать (забрать) за единицу времени. Она традиционно измеряется в гигакалориях (Гкал) или киловаттах (кВт) в час и, в первую очередь, связана с разницей температур теплоносителей – теплоотдающей и тепловоспринимающей сред – на входе теплообменного аппарата. Чем больше разница, тем больше энергии один теплоноситель теоретически сможет передать другому.

На практике, кроме температуры, определяющее значение имеют и другие физические величины.

1. Площадь поверхности теплообмена. В случае с кожухотрубным теплообменником она равна совокупной площади внешней поверхности всех труб трубного пучка. Увеличение площади ведёт к увеличению интенсивности теплоотдачи.

Сделать это можно тремя способами:

• скомпоновав пучок из максимально возможного количества труб (ведёт к увеличению диаметра кожуха теплообменника);
• увеличив длину труб и, соответственно общую длину всего агрегата;
• увеличив площадь поверхности каждой трубы, сделав её «гофрированной», волнообразной.

2. Теплопроводность и теплоёмкость. Поскольку тепловая энергия передаётся от одной среды к другой опосредовано, через промежуточный агент – материал стенок труб – для лучшей теплоотдачи они должны быть изготовлены из сплава, быстро и с минимальными потерями пропускающими тепло (высокая теплопроводность) и не накапливающего, не задерживающего её (низкая теплоёмкость).

Одним из вариантов увеличить теплопроводность и одновременно снизить теплоёмкость является уменьшение толщины стенок труб. Однако, при утончении стенок снижается способность труб выдерживать давление теплопроводящей среды, а от давления в системе зависит ещё один параметр – скорость прохождения теплоносителя.

3. Время и вектор контакта. Они напрямую зависят от скорости и направления прохождения теплоносителей сквозь обменник. Здесь есть нюанс:

• с одной стороны, скорость должна быть достаточно медленной, чтобы греющая среда успела отдать тепло нагреваемой;
• с другой стороны, чем выше скорость, тем больше тепловой энергии в общей сложности пройдёт через обменник и, соответственно, увеличится общая тепловая нагрузка.

• однонаправленное движение теплоносителей («прямоток») менее эффективно, нежели встречное движение («противоток»);
• перпендикулярное движение («перекрёстный ток») для кожухотрубных теплообменных аппаратов является наиболее эффективным.

Для оптимизации времени и вектора контакта теплоносителей в устройстве кожухотрубного теплообменника применяются различные технические ухищрения:

• поперечные перегородки в кожухе, чтобы внешний теплоноситель омывал трубы не прямолинейным прямоточным или противоточным, а зигзагообразным перекрёстным движением, обеспечивая нужный вектор контакта;
• продольные перегородки в распределительных камерах (для двух-, четырёхходовых и т.д. теплообменников), чтобы внутренний теплоноситель проходил вдоль теплообменника дважды (четырежды и т.д.), увеличивая тем самым время контакта.

Способы обвязки

Теплообменные приборы чаще всего устанавливаются в отдельных помещениях, обслуживающих частные постройки, многоэтажные здания, теплопункты центральных магистралей, промышленные предприятия.

Небольшой вес и габариты оборудования дают возможность производить установку довольно быстро, хотя определенные изделия, которые обладают большой мощностью, нуждаются в сооружении фундамента.

Монтаж и обслуживание теплообменника лучше доверить специалистам

Во время монтирования аппарата нужно соблюдать основное правило: заливка болтов в фундаменте, с помощью которых теплообменник прочно крепится, производится в любом случае. Схема обвязки должна обязательно предусматривать подводку теплоносителя к находящемуся наверху патрубку, а к установленному внизу штуцеру производится подсоединение обратного контура. Подача разогретой жидкости подключается наоборот.

В подающем контуре требуется наличие циркуляционного насоса. Помимо основного, непременно устанавливается и одинаковый с ним по мощности запасной насос.

Если в ГВС находится магистраль обратного передвижения воды, то механизм работы и схема несколько меняется. Горячая вода, которая подается по контуру, перемешивается с холодной из водопровода, и только после этого смесь подается в теплообменник. Регулировка температуры на выходе производится с помощью электронного блока, который управляет клапаном входящего теплового носителя.

Чем больше пластин в теплообменнике, тем выше мощность

В двухступенчатой системе можно использовать тепловую энергию обратной магистрали. Это дает возможность рациональней применять имеющееся тепло и снизить чрезмерную нагрузку на котельное оборудование.

В любой из вышеописанных схем обвязки на входе в теплообменник обязан находиться фильтр. С его помощью можно не допустить засорения системы и продлить срок ее эксплуатации.

При всех иных достоинствах пластинчатые теплообменники не опережают старые кожухотрубчатые модели только по одному важному показателю: во время обеспечения значительного расхода пластинчатые устройства недостаточно нагревают теплоноситель. Этот недостаток устраняется расчетом незначительного запаса при выборе количества пластин.

Технические характеристики

Как правило, технические характеристики пластинчатого теплообменника определяются количеством пластин и способом их соединения. Ниже приведены технические характеристики разборных, паяных, полусварных и сварных пластинчатых теплообменников:

Источник https://www.svoimi-rukamy.com/dlja-chego-nuzhen-teploobmennik-v-sisteme-otoplenija.html

Источник

Источник

Источник