Теплообменник в котельной – что это такое, принцип работы

Изобрели кожухотрубные (или кожухотрубчатые) теплообменники в начале прошлого века, дабы активно использовать при работе ТЭС, где большое количество нагретой воды перегонялось при повышенном давлении. В дальнейшем изобретение стали использовать при создании испарителей и нагревающих конструкций. С годами устройство кожухотрубного теплообменника совершенствовалось, конструкция стала менее громоздкой, ее теперь разрабатывают так, чтобы было доступно чистить отдельные элементы. Чаще стали применять подобные системы в нефтеперегонной промышленности и производстве бытовой химии, поскольку продукты этих отраслей несут в себе массу примесей. Их осадок как раз и требует периодической чистки внутренних стенок теплообменника.

Классификация и принцип работы

Как упоминалось ранее, сегодня существует несколько разновидностей тепловых обменников. Они различаются по своей конструкции и устройству. Рассмотрим их свойства и особенности подробно.

Первичные

Первичная разновидность обменника выполнена в форме крупной и изогнутой трубки, похожей на змеевик. Как правило, данную деталь изготавливают из металла, который не подвержен губительному влиянию коррозии. Кроме того, в плоскости такого элемента присутствуют специальные пластинки, имеющие различные размеры.

Обычно поверхности первичных тепловых обменников обрабатываются специальными красками, которые защищают основания от негативного внешнего воздействия и появления ржавчины.

Что касается принципа работы такого обменника, то он заключается в отправке энергии от газа к тепловому носителю. Уровень мощности обменника находится в зависимости от длины трубы и числа ребер.

Зачастую первичный теплообменник выходит из строя из-за грязи и копоти или активного внутреннего скопления солевых отложений. Если такие загрязнения оказывают влияние на деталь, то с течением времени она может начать работать со сбоями в процессе циркуляции. Кроме того, уровень теплопроводности стен агрегата от этого так же может ощутимо снизиться.

Отопительное оборудование с такой деталью, как правило, стоит дешевле и имеет несложную конструкцию. Поломкам такие модели не подвержены, особенно если их вовремя обслуживать. Однако нужно учесть, что первичный тепловой обменник является менее функциональным, так как выполняет только одну задачу

Кроме того, очень важно учитывать тот факт, что такие изделия рекомендуется дополнять специальными фильтрами. Эти составляющие будут надежно защищать обменник от негативных внешних воздействий и разного рода отложений

Вторичный

Вторичный, или теплообменник горячего водоснабжения, отличается от первичного экземпляра тем, что в его конструкции имеются специальные пластинки, которые соединяются между собой. Наиболее распространенными являются вторичные теплообменники, произведенные из стали.

В подобных моделях тепло передается от жидкости к жидкости. Они являются более надежными и долговечными. Что касается скорости теплового обмена, то она в таких моделях является более высокой. Благодаря данной особенности различные загрязнения/соли не откладываются на поверхности комплектующих деталей. Из-за этого обменники служат гораздо дольше, а также их не приходится постоянно подвергать очистке. Чем больше пластинок в таких изделиях, тем более высокими являются их параметры мощности, а также эффективность выполняемой задачи.

Такие разновидности теплообменников хороши своей многофункциональностью – они отвечают не только за отопление жилища, но и за обеспечение горячим водоснабжением (ГВС). Обычно котлы с этими элементами стоят дороже, однако их покупают больше за счет практичности и необходимого функционала.

Совмещенный (битермический)

Такой тепловой обменник отличается от остальных вариантов тем, что имеет двойной обмен тепла – от теплоносителя к воде и от газа к тепловому носителю. Вода в отопительной трубе подогревается с внешней стороны, а в это время внутреннее отделение подготавливает горячую воду.

Эти детали являют собой трубу с припаянными к ней пластинками-ребрами из меди. При этом сама труба является двойной (с двумя раздельными отсеками). Ее внутренняя часть отвечает за горячую воду, а внешняя предназначена для самого теплового носителя.

Совмещенная разновидность теплового обменника имеет одно важное преимущество – для нее характерна очень простая конструкция, не подверженная поломкам. В данном случае вторичный теплообменник не нужен, как и трехкодовый клапан

Благодаря этим характерным особенностям котлы с подобными элементами обходятся недорого, а их размеры являются компактными.

Разумеется, такие варианты обменников имеют и свои минусы. Например, они не могут похвастаться большой мощностью в режиме горячего водоснабжения. Кроме того, подобные разновидности подвержены солевым отложениям. Соли, которые содержатся в воде, в короткие сроки оседают на таких деталях, что негативно сказывается на работе котла в целом.

Также нужно учитывать, что ремонт битермических обменников – дело не из простых. По словам специалистов, в 90% случаев починка этих моделей не представляется возможной. Кроме того, далеко не каждый мастер соглашается работать с подобной деталью, а те, кто все-таки берется за такую работу, не всегда имеют достаточную квалификацию. Кроме того, совмещенные элементы подвержены появлению протечек из-за большого числа внутренних стыков и соединений.

Классификация теплообменников

Теплообменники для отопления частного дома во многом определяют функции и конструктивные особенности котла, с их же помощью холодная вода получает тепло от уже нагретой. Теплообменник также передает тепло на теплоноситель. В зависимости от способа, которым эта задача реализуется, эти агрегаты делятся на:

• Первичные.
• Вторичные.
• Битермические (совмещенные).

Первичный теплообменник для системы отопления

Первичный теплообменник — это изогнутая труба большого диаметра с медными пластинами. Поверхность устройства покрывается антикоррозийной краской. Различия между моделями первичных теплообменников несущественны, обычно касаются способов подсоединения трубы, размеров устройства и мощности. Последний показатель зависит от того, сколько пластин установлено и какой длины труба.

На работе отрицательно сказываются отложения солей, грязь, копоти. Загрязненный этими веществами теплообменник для системы отопления недостаточно обеспечивает циркуляцию теплоносителя, снижается теплопроводность стенок. Во избежание этого прибегают к регулярному профилактическому обслуживанию, промывке, очистке. Помочь могут и специальные фильтры.

Вторичный теплообменник для отопления частного дома

Теплообменники ГВС или вторичного типа оснащены стальными пластинами. Пластины отличаются высокой теплопроводностью, в сочетании с большой площадью теплообмена достигается высокая эффективность прибора, несмотря на большую скорость потока жидкости.

Быстрое движение теплоносителя предохраняет прибор от отложения солей на стенках. В отличие от других типов теплообменников, в этом случае ток холодной и нагретой воды совпадают по направлению.

Битермический теплообменник для системы отопления

Котлы Linea Isy, Immergas Star kW, Hermann Habitat 2 оснащаются битермическими теплообменниками. Это двухконтурные приборы, обеспечивающие отопление и горячее водоснабжение. Конструктивная особенность заключается в наличии так называемой «трубы в трубе», на поверхности агрегата устанавливаются пластины из меди.

Назначение

Теплообменник — устройство для передачи тепла от одной среды другой. Передача холода невозможна. Даже в холодильнике теплообменник забирает лишнее тепло, а не передает холод. Самое холодное вещество теплее абсолютного нуля. Передача осуществляется через изолирующий материал. Правила:

1. Изолирующий материал должен быть теплопроводником.
2. Не должен пропускать одну среду в другую, иначе произойдет смешивание.

Чтобы повысить эффективность первого условия, увеличивают площадь поверхности. Например, припаяв перпендикулярно к трубкам пластины. Стараются сделать стенки изолирующего материала тоньше. Ограничивает давление среды. Материал теплообменника сказывается на теплоотдаче.

Для чего нужны

Данный прибор необходим для передачи тепловой энергии из одной среды в другую не только в системе отопления. В этом и лежит основная функция теплообменника. Но зачастую аппарат используют именно в котельных, чтобы горячая вода из труб быстрее перекачивалась и передавалась в другой источник тепла. Теплообменники используются в различных сферах общественной жизни:

• коммунальное ресурсоснабжение;
• энергетическая отрасль;
• нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность;
• химическая деятельность;
• атомная сфера;
• газовое ресурсоснабжение.

Устройство помогает осуществлять теплообменные процессы. При выборе теплообменного оборудования необходимо определиться со сферой применения. От нее и будет зависеть вид прибора, который нужно будет приобрести. Ведь у каждого свои характеристики, от которых зависит мощность обогрева.

Технические критерии выбора

При выборе теплообменника необходимо, прежде всего, обращать внимание на такие параметры, как конструкция и мощность прибора, а также его стоимость. При использовании прибора с ёмкостью для воды, немаловажную роль играет выбор бака подходящего объёма

Конструкция

Для нагрева воды от отопительной системы используются приборы различных конструкций, отличающихся друг от друга скоростью и эффективностью нагрева:

1. Со змеевиком. В данной конструкции функцию нагревательного элемента выполняет змеевик, заполняемый водой.
   Сложная форма элемента значительно ускоряет нагрев. Катушка может быть установлена внизу бака, либо вертикально – для более равномерного нагрева.
2. С двумя змеевиками. Два змеевика обеспечивают ещё большую эффективность и скорость нагрева.
3. Для теплового насоса. Отличается способом подключения к отопительной системе, может быть также оснащён змеевиком.
4. Устройство с электрическим нагревателем. Дополнительный нагреватель ускоряет процесс нагрева. Данный вариант является золотой серединой между обычным теплообменником и электрическим водонагревателем.

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.

Нарушения в работе колонки и их устранение

Если вдруг потек водонагреватель, иногда причина состоит в износе прокладок. При снятии кожуха становится понятно, оправдалось ли это предположение. Отыскав свищ в теплообменнике, многие потребители интересуются: как заменить проблемную деталь. Но трудность в том, что цена запчасти достигает 30% от платы за совершенно новый нагреватель.

Куда практичнее запаять механический дефект, используя паяльник. Припой плавится примерно при 200 градусах. Точное значение определяется маркой конкретной детали. Даже если будет долго кипеть вода, она не нарушит целостность «заплатки». Подобное решение одинаково актуально для российских и иностранных колонок. Ведь риск поломки присутствует везде, различается только срок службы, но дефекты все равно появятся в любой модели.

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменники очень разнообразны и имеют свою классификацию. При установке аппарата важно знать характеристики каждого вида, прежде чем выбрать подходящий.

Пластинчатый

Представляет собой соединение болтов для крепежа, рамы, камер и пластины. Рабочая пластина и рама разделены прокладками. Чтобы произвести монтаж такого оборудования, не нужно применять клей или другие смеси. Тепло подается с помощью трех режимов: прямоточного, смешанного и противоточного. Прибор легко чистить, гидравлическое сопротивление у него небольшое.

Погружной

Этот теплообменник выглядит как змеевик цилиндрической формы. Сам прибор помещен в сосуд с жидкостью. Удобство этой разновидности теплообменного аппарата в том, что тепло передается намного быстрее, чем через другие носители. Это происходит из-за такой конструкции устройства. Можно использовать только там, где можно включать теплообменник механически.

Графитовый

Данный вид не подвержен коррозии и разрушению другими веществами. Состоит прибор из следующих элементов: блоки и цилиндры, крышки, металлический корпус и решетки. За счет того, что протекание тепла из теплообменного аппарата в другой источник осуществляется по перекрестной схеме, обмен происходит быстрее. Материал, из которого сделано оборудование, защищает от внешнего воздействия.

Элементный

Все элементы данного теплообменника соединены вместе, в этом и есть особенность этой разновидности. Тепло подается только противоточно. Сам прибор представляет собой совокупность нескольких больших труб.

Спиральный

Оборудование включает в себя совокупность металлических листов спиралевидного типа, закрученных в специальном приборе. Механизм требует тщательной герметизации, без этого эксплуатироваться прибор будет плохо. Это можно сделать, сварив некоторые части теплообменного аппарата. Устройство весит не много и эффективно работает, но данный теплообменник очень трудно обслуживать.

Витой

Теплообменник, который один из немногих переносит сильные скачки давления в теплосети. Сама конструкция похожа на концентрический змеевик и отлично защищена от перегрева и коррозии. Так этот вид может прослужить очень долго, не требует соблюдения особых условий эксплуатации и легко обслуживается.

Кожухотрубный

Этот прибор возмещает напряжение и состоит из следующих элементов: пучки труб, корпус, трубные решетки, крышки и патрубки. Такие приборы изготовляются как для эксплуатации в вертикальном виде, так и в горизонтальном. Стойкий к высокому давлению и напряжению.

Двухтрубный

Данный теплообменный прибор представляет собой трубы, различные по диаметру. Устройство передает воду и газ холодным теплоносителям, сохраняя при этом высокий уровень подачи тепла. Так же, как и кожухотрубный, справляется с напряжением и легко монтируется. Но стоимость такого прибора довольно высока.

Разделение теплообменников по следующим принципам:

по степени передачи тепла

по взаимодействию между средами

Смесительные

по направлению движения

Многоходовые

по комплектации и конструкции

О принципе действия

Пластинчатый теплообменник принцип действия имеет достаточно сложный. Пластины в конструкции располагаются под углом в 180 градусов относительно друг друга. Зачастую производители делают это попакетно, следовательно, компонуются сразу четыре изделия и создается пара коллекторных контуров – подача жидкости и «обратка». Хотя стоит знать, что крайние пластины не принимают никакого участия в процессе теплообмена.

Собственно, с принципом действия устройства все более-менее понятно. Сейчас же рассмотрим классификацию данной конструкции – в соответствии с ней теплообменники могут быть трех типов.

• Одноходовые приборы, в которых теплоноситель циркулирует перманентно, в одном и том же направлении по всей площади системы. Помимо того, здесь имеет место и противоток жидкостей.
• Многоходовые приборы, которые можно использовать исключительно в тех случаях, когда разница в температуре носителей тепла не слишком высокая. Потоки жидкости здесь будут двигаться в различных направлениях.

Двухконтурные приборы. Они отличаются тем, что состоят из двух автономных контуров, находящихся на какой-либо из сторон. И если постоянно регулировать термальную мощность, то данной оборудование будет идеальным вариантом для покупки.

Что же касается технических характеристик таких теплообменников, то они следующие:

• рабочая температура колеблется в пределах между -25 и +200 градусами;
• потребление рабочей жидкости составляет от 5 до 2 000 кубометров в час;
• площадь системы – разная, в зависимости от того, с какой целью ее будут использовать.

Основные разновидности теплообменников для отопления

На сегодняшний день известны две разновидности теплообменников, которые бывают трубчатыми и пластинчатыми. Последнюю нельзя разобрать, так как при ее изготовлении элементы спаиваются между собой. Трубчатые теплообменники представляют собой трубы внушительного диаметра, в которые ввариваются трубки меньшего диаметра.

Если же перед вами пластинчатый теплообменник, то это указывает на то, что устройство состоит из нескольких пластин, которые обладают штампованными волнистыми каналами и поверхностью для прохождения теплоносителя. Пластины фиксируются прокладками из резины и стяжками.

Особенности устройства теплообменника газового котла

Одно из важнейших мест в отопительной схеме занимает устройство теплообменника газового котла. Но далеко не все потребители знают, в чем состоит его функция.

Между тем, именно от этого компонента, а также от правильности его встраивания в отопительную цепь, во многом зависит эффективность работы всей системы.

Функциональное назначение в газовом котле

Основное назначение любого обменника тепла — это, во-первых, передача тепловой энергии от источника нагревания (чаще всего, от газовой горелки) к теплоносителю (как правило, воде в замкнутом или незамкнутом контуре) и, во-вторых, передача тепла от одного теплоносителя, разогретого до нужной температуры, к другому, холодному, теплоносителю.

По способу передачи тепловой энергии от источника тепла к технической жидкости различают 3 основных вида термообменников.

При участии первичного, состоящего из медных трубок и пластин, осуществляется передача тепла от сгорающего в горелке газа к жидкому теплоносителю. Используется в основном в контуре отопления помещений.

Вторичный обменник передает тепло от нагретого (в первичном термобменнике) носителя непосредственно к нагреваемой среде. Представляет собой пластинчатое устройство, предназначенное для подогрева воды из водопроводной системы дома.

Третий вид обменника тепла — совмещенный битермический, осуществляет двойной обмен теплоносителей. Чаще всего на практике применяются двухконтурные (с первичным и вторичным обменниками тепла) котлы, реже — одноконтурное (только с первичным термообменником) отопительное оборудование.

Принцип работы первичного и вторичного устройств в двухконтурном отопительном котле

В схеме двухконтурного котла первичный теплообменник «отвечает» за работу отопительного контура (рис.1).

Указанный обменник (5) получает тепло от горелки (1). Благодаря трехходовому перепускному клапану (3) нагретая вода, циркулирующая в системе за счет гидропомпы (2), не попадает во вторичный теплообменник, а направляется исключительно по отопительному контуру (А). Жидкость, остывшая в процессе отдачи тепла помещениям, возвращается в нагревательный котел по обратной линии (D).

Вторичный обменник тепловой энергии включается в циркуляцию нагретой воды в том случае, если нагретая жидкость или перенаправляется в систему горячего водоснабжения (ГВС) с одновременным отключением отопительного контура, или проходит одновременно по системам отопления и ГВС. В первом случае (рис.2) клапан (3), перекрыв отопительный контур (А), пускает течение воды от первичного теплообменника к вторичному устройству (4).

Внутри данного термообменника проходит трубопровод, по которому в нагреватель поступает холодная вода из общей водопроводной сети (С). Проходя через толщу жидкости, разогретой до заданной температуры, холодная вода, в свою очередь, нагревается и в таком виде попадает уже в систему горячего водоснабжения (В).

Некоторые моменты профилактики

Для качественной работы двухконтурного котла надо обеспечить следующее:

1. На входе в котел трубопровода холодного водоснабжения следует устанавливать фильтр, препятствующий загрязнению теплообменника.
2. Чтобы замедлить образование накипи в трубопроводе, надо отрегулировать нагрев воды в ГВС не выше 45-50°С.
3. Выполнять капитальную очистку теплообменников раз в 3-7 лет. Если вода слишком жесткая, чистить устройство не реже одного раза в 3 года.

Если эти требования будут соблюдены, потребитель может рассчитывать на долгую и надежную работу оборудования.

Особенности теплообменника

Разберемся, для чего нужен теплообменник. В устройстве две различные среды делятся между собой тепловой энергией. Горячая вода в одной емкости отдает свою температуру холодной жидкости, которая движется в другом резервуаре. А самым простым примером выступает система из двух стальных труб разного диаметра.

По меньшей двигается холодная вода. А небольшой участок этой трубы помещен в другую, большего диаметра. В последней находится горячая вода. И уже через короткое время температуры обеих жидкостей сравниваются.

Чтобы процесс протекал устойчиво и постоянно, воду заставляют двигаться (циркулировать). А придание потокам определенных скоростей позволяет свести к минимуму все потери тепла. Причем для нагрева сразу двух систем используется лишь один источник энергии.

Такое обустройство значительно повышает автономность жилища. А исключение из работы лишнего оборудования позволяет меньше зависеть от сетевых ресурсов. Тем самым снижая расходы в доме на энергоносители.

Теплообменник из нержавейки Источник s-ip.com.ua

На работоспособность всей системы влияет:

• Модель устройства (конструкция).
• Температурный режим.
• Состояние системы.

Последний пункт относится к величине потерь тепла. За это отвечает поверхность труб, по которым двигается жидкость. Если на стенках образовалась накипь, то теплоотдача системы значительно понижается. На последнюю влияют и другие факторы, вплоть до простых жировых отложений.

В борьбе с потерями на первое место выступает профилактика засоров и загрязнений. Теплообменник для отопления оборудуется фильтрами, которые отсеивают посторонние частицы и взвесь. Также через определенные промежутки времени устройство должно проходить полную очистку от накипи и других отложений. Для этого его разбирают и промывают при помощи специальных средств.

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на инженерных системах (отоплении, водоснабжении, канализации и прочих) и сопутствующих работах

Как изготовить самодельный теплообменник

Регистр из нескольких труб

Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант — регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.

Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.

Материалы для изготовления

Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи

Задача водяных теплообменников для отопления — обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.

Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.

Расчет мощности теплообменника

Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.

При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.

Особенности конструкции

Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.

При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:

• ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
• толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
• зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.

Особенности монтажа

Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки

Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.

1. На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
2. При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
3. После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.

Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:

До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления

Обратим внимание и на другие сферы их применения

Выбор теплообменника для котла по материалу

Теплообменник для котлов отопления представляет собой «сердце» данного оборудования. Именно от этого узла зависит работоспособность агрегата. Если такое надежное «сердце» не подведет в трудную минуту, это устройство можно считать незаменимым при обустройстве системы отопления. Однако важно учитывать еще и срок службы котла, на который влияет материал теплообменника. В качестве него может использоваться чугун или сталь.

В первом случае вес окажется внушительным, в 2 раза больше стального соперника. Эту особенность необходимо учитывать, проектируя котельную. Ведь такое оборудование на стену повесить не удастся. А вот если выбрать мощный котел с теплообменником из чугуна, то и вовсе придется усиливать фундамент. Если же приобрести маломощное котельное оборудование, то у него будет снижено количество секций, ребер и дымовых каналов, по которым передвигаются продукты сгорания. Это снизит эффективность теплообменника и станет причиной преждевременного старения чугунного узла. Выбирая стальной теплообменник, вы предпочтете оборудование, которое будет весить намного меньше.

Методы промывки

Есть простые вариации, практические не предусматривающие расходов, есть бюджетные с минимальными вложениями, и профессиональные – стоят намного дороже, но отличаются высокой эффективностью.

Как промыть вторичный теплообменник газового котла тем или иным способом? И когда логично применять их. Всё зависит от объёма отложений.

В самой простой ситуации достаточно механического очищения. Снаружи очищаются рёбра ВТ. В работе применяется любая твёрдая щётка, лопатка, скребок или тросик

Здесь очень важно не повредить пластины

Второй метод –промывка в специальном составе. На практике он сочетается с первым способом и следует сразу после него.

Деталь помещается в ёмкость с кислотной смесью. Вид используемой кислоты: соляная или лимонная. Подходящие пропорции: 100 грамм на 10 литров. Воды.

Кислоты можно заменять любыми препаратами от накипи. Через 30-40 минут ВТ достаётся из ёмкости. С него аккуратно стирается оставшаяся накипь.

Попутно очищается и змеевик. Здесь применяется особый ёршик из стали.

Третий метод – химический. Через ВТ прокачиваются более агрессивные вещества с применением специального насоса. Он присоединяется к патрубкам детали.

Подходящие средства для работы отражены в данной таблице:

Средства	Описание	Пропорция к воде: граммы: литр	Температура воды	Цена средства (руб.)
Лимонная кислота	Популярное народное средство	100 : 10-12	50-70°C	50 – 1 пакетик.
Термагент Актив	Универсальная жидкость с мощным эффектом	1 : 9	40-50°C	1500 – канистра на 10 кг.
STEELTEX Cooper	Один из самых эффективных препаратов, но годится для работы с деталями из лёгких сплавов	1:6 до 1:10	40-60°C	1300 – ёмкость на 5 кг
Detex	Концентрат с эффективными биологическими веществами. Превосходно очищает стальные, чугунные и медные детали	200-500 :10	40-50°C	4900 – канистра 10 л.
Соляная кислота	Эффективно убирает сильную накипь	100 : 10	50-70°C	50 – 1 кг

В ёмкость со смесью почти до самого дна кладётся шланг, одной стороной присоединённый к ВТ, а второй – к насосу. Так получается необходимая циркуляция. Процедура длится 30-40 минут. Затем деталь тщательно промывается обычной водой.

Четвёртый метод не предусматривает извлечение компонента. Это гидродинамическая промывка вторичного теплообменника газового котла. Но её осуществляют только профессионалы. Здесь требуется специальная технология и соблюдение критериев безопасности.

Это самый эффективный метод, мягко убирающий все отложения и вычищающий деталь до торгового вида.

• регионом,
• мощности и модификацией котла,
• наценкой компании,
• применяемой техники и химикатов.

В Москве и центральном регионе клиенты за услуги платят порядка 3 500-9 000. В Питере – 3000 – 7000 руб. В других регионах: 1700 – 4500 руб.

Разновидности поверхностных теплообменников

Простейший т/о – труба в трубе. Холодная трубка с водой проходит в трубе большего сечения, заполненной горячим агентом. При этом поверхность внутренней трубки нагревается и передает тепло воде. Так работают бойлеры. Если трубок много и собраны они в пучок, то получается кожухотрубный теплообменник. Аппараты с трубным пучком, закрепленном с торцов решетками, распространены в промышленности и применяются для бытовой водоподготовки.

Витые теплообменники представляют змеевики, навитые в корпусе. Межтрубное пространство заполняется другим потоком. Аппаратура применяется при высоком давлении одного из агентов.

Двухтрубные теплообменники применяются для передачи тепла в фазах газ-жидкость. Аппараты могут работать под давлением с высокой теплопередачей.

Спиральный т/о

Спиральные теплообменники представляют бочку, в которой лентой-спиралью расположен плоский лабиринт с внутренней полостью. По спирали движется горячий агент, омываемый холодной водой. Конструкция сложная в изготовлении. Но это единственный вид аппаратов для теплообмена агента, содержащего взвеси, пульпу. Откидывающиеся с обеих сторон крышки позволяют легко чистить зазоры.

Пластинчатый теплообменник представляет особую конструкцию греющих труб, собранных в виде плоского элемента их оребренных труб и многоходовым движением воды. Пластины напоминают гармошки. Их недостаток – забиваются накипью при плохой водоподготовке.

Зачем нужен теплообменник в системе отопления? Представьте, что в трубах вода 900. Это приведет к разрыву пластиковых труб, ожогам. В каждом тепловом узле имеется система т/о, позволяющая поддерживать температурные параметры.

Принцип работы теплообменника

Современный теплообменник может работать по трём основным процессам:

• конвекция;
• тепловое излучение;
• теплопроводность.

Классификация приборов происходит по тому, каким из способов тепло поставляется к холодному объекту, а именно:

• смесительный способ;
• теплообменный способ.

В их принципе работы, устройстве и виде заключается основная разница. Именно потому важно, прежде чем совершить покупку теплообменника, изучить все имеющиеся виды в продаже. Лучшим вариантом описания принципа действия изделия является пример с поверхностными агрегатами. Они считаются одними из самых распространённых конструкций среди пользователей. Внутри этого прибора сосредоточены чувствительные элементы, которые нагреваются, передавая тепло холодному объекту.

Если взять смесительный агрегат, то он совмещает в себе взаимодействие воздуха и жидкости, выдавая в итоговом результате высокий уровень коэффициента полезного действия. Тем самым — это устройство становится лёгким по изготовлению, с высокой скоростью получения нужного результата. Только при смешивании двух различных сред можно достичь подобных результатов.

Каждый теплообменник имеет и набор устройств, которые работают по особому принципу. Их разделяют на два вида:

• рекуперативные;
• регенеративные.

В первом виде подразумевается использование двух разных жидкостей. Они взаимодействуют между собой с помощью разделительной стенки. В процессе обмена температурами, поток в обоих вариантах остаётся прежним и не изменяется. Во втором виде теплообменников прослеживается наличие рабочего элемента, который в то же время является и источником поставляемого тепла и своеобразным зарядным устройством. При контакте с жидкостями, элемент нагревается, издавая в пространство необходимое тепло. В этом случае, поток тепла может изменить своё направление.

Как изготовить самодельный теплообменник

Регистр из нескольких труб

Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант — регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.

Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.

Материалы для изготовления

Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи

Задача водяных теплообменников для отопления — обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.

Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.

Расчет мощности теплообменника

Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.

При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.

Особенности конструкции

Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.

При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:

• ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
• толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
• зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.

Особенности монтажа

Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки

Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.

1. На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
2. При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
3. После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.

Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:

До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления

Обратим внимание и на другие сферы их применения

Устройство теплообменников

В системах горячего водоснабжения используются рекуперативные теплообменники. То есть, в них происходит передача энергии от одной среды другой через препятствующую смешиванию поверхность при постоянном контакте с ней.

99% процентов теплообменников ГВС — это водоводяные. То есть, в них тепло передается от воды к воде. Редко — как правило, для внутренних нужд паровых котельных, вода в системе ГВС нагревается пароводяным теплообменником (мы опишем его тоже).

Кстати, отходя от темы нашей статьи: На этих же котельных и ТЭЦ (теплоэлектроцентралях) пароводяные теплообменники используют для нагрева сетевой воды, которая подается в отопительные системы. Причина в том, что паровое отопление из-за высокой температуры труб и радиаторов, а так же выгорания пыли на них, не разрешено для жилых и общественных зданий.

Теплообменники делят на две группы.

Проточные

Это тоже практически все, за малым исключением, теплообменники, эксплуатирующиеся в сетях горячего водоснабжения. В них поток теплоносителя, двигаясь, нагревает тоже движущийся поток воды для горячего водоснабжения.

Емкостные

В ГВС, как правило, в таких теплообменниках движущийся поток сетевой воды нагревает воду в емкости, из которой она отбирается по мере необходимости. Их можно встретить редко. Серийно такие аппараты не производятся.

Преимуществом емкостных бойлеров является то, что можно обеспечить большой объем горячей воды на некоторое время даже при маломощном отопительном котле. Проточные теплообменники с такой задачей не справятся. В емкостных вода подогревается постоянно, а когда нужно принять ванну или душ — отбирается нужное количество из бака.

Недостатками таких аппаратов являются:

1. большие габариты;
2. более низкое, по сравнению с проточными теплообменниками КПД — часть тепла уходит через стенки емкости (причем, они имеют большую площадь), даже если она теплоизолированная.

Если возникает необходимость в том, чтобы более мощные ГВС работали в режиме, подобном режиму емкостного нагревателя, то чаще всего используют комбинацию: обычный проточный теплообменник горячего водоснабжения и аккумуляторная утепленная емкость, в которой накапливается горячая вода.

Конструкция теплообменников

Точную классификацию конструкциям дать сложно, у различных авторов и источников она может отличаться.

Но все же чаще всего их делят на следующие группы:

1. секционные;
2. змеевиковые;
3. кожухотрубчатые;
4. ребристые;
5. пластинчатые;
6. пластинчато-ребристые;
7. сотовые.

В системах горячего водоснабжения используют в подавляющем большинстве случаев только две разновидности кожухотрубчатые и пластинчатые. Разберем их подробнее.

Кожухотрубчатые

Кожухотрубчатые теплообменники марки ВВП-1

В них пучок труб, по которым циркулирует нагреваемая вода, находится в кожухе, по которому проходит сетевая вода.

Такой выбор связан со следующим:

1. Расход воды ГВС меньше расхода сетевой воды. Поэтому последнюю выгоднее пустить по межтрубному пространству.
2. Накипь обычно образуется от неподготовленной воды, которую мы нагреваем. Очищать проще внутренние поверхности пучка, чем внешние (почему — узнаем ниже).

Чертеж кожухотрубчатого теплообменника

Сам корпус чаще всего стальной или чугунный, а вот пучок труб изготавливают из материалов, хорошо проводящих тепло, ведь через их стенки и происходит теплообмен. Поэтому выбирают медь или латунь, в редких случаях алюминий. Но можно встретить теплообменники и со стальными трубами.

Конструкция водоводяного теплообменика

Для еще лучшей теплопередачи прибегают и к другим мерам:

• Стараются сделать стенки труб по возможности наиболее тонкими. Но рассчитывают толщину так, чтобы они выдерживали рабочее давление.
• Увеличивают площадь контакта сетевой воды и нагреваемой. Для этого трубам придают сложный профиль, снабжают ребрами. Сложный профиль и ребра дают и еще одно преимущество — вблизи их стенок поток воды завихряется, становится турбулентным (ламинарным называют плавный поток). Это увеличивает время контакта ее объемов — а, следовательно, улучшает теплопередачу.

Виды труб, используемых в кожухотрубчатых теплообменниках, представлен на рисунке ниже:

Виды труб, применяемых в кожухотрубчатых теплообменника

• Увеличивают количество труб в пучке, и располагают их как можно ближе друг к другу.
• Для того, чтобы увеличить длину труб пучка в кожухе, их располагают не прямолинейно, а завивают в спираль.

На заметку: Впрочем, все эти ухищрения, кроме повышения эффективности приносят еще и проблему — теплообменник становится труднее чистить. Поэтому половина эксплуатируемых аппаратов имеет гладкие прямые трубы.

На торцах кожухи закрываются шайбами с отверстиями для труб, они называются: трубные доски или решетки. Причем, для компенсации температурных деформаций трубы пучка не вваривают, а вальцуют (также поступают и с трубами в котлах). Варианты вальцовки и расположения труб на доске показаны на рисунке ниже.

Варианты вальцовки и размещения труб пучка на трубных досках (решетках)

Как правило, кожухотрубчатые теплообменники систем горячего водоснабжения собирают из нескольких секций, так проще модернизировать и ремонтировать систему. При необходимости уменьшить или увеличить мощность просто меняем их количество.

Теплообменник собранный из нескольких секций

Межтрубное пространство секций, по которому циркулирует сетевая вода, соединяется простыми прямыми патрубками. Пространство за трубными решетками — U-образными патрубками, еще называемыми калачами. Секции чаще всего собираются вертикально, одна над одной.

Как мы уже говорили, накипь больше всего образуется на внутренних поверхностях труб пучка. Для ее очистки благодаря такой конструкции, даже нет необходимости полностью разбирать теплообменник и отключать его от отопительной системы. Просто отключаем и сливаем воду из системы ГВС, снимаем калачи и прочищаем трубки.

Пароводяной кожухотрубчатый теплообменник

Пароводяной теплообменник

Как мы уже говорили, такой теплообменник встречается реже, и используется чаще всего для нужд водоснабжения самой паровой котельной или расположенных рядом домов, которые не имеют собственных бойлеров. Рассмотрим и его. Чертеж наиболее распространенной разновидности приведен ниже.

Пароводяной бойлер

Его конструкция очень похожа на ранее рассмотренные нами теплообменники горячего водоснабжения. Отличия в следующем.

1. Межтрубное пространство гораздо больше, так как нагрев воды для водоснабжения происходит в результате конденсации пара — а для этого нужен объем.
2. Объем за левой (по чертежу) трубной решеткой разделен надвое. В одну половину подводят воду для нагрева, из второй отбирают горячую. То есть, по половине труб она движется слева направо, а по другой половине — справа налево.
3. Объем за правой решеткой не разделен, в нем потоки воды разворачиваются.
4. Есть патрубок для подвода пара сверху.
5. Образовавшаяся в результате конденсации вода, по мере наполнения бойлера отбирается из нижнего патрубка. Чаще всего она возвращается обратно в котел для повторного использования.
6. Если обычные бойлеры предохранительными клапанами (которые срабатывают при критическом давлении, сбрасывая его) оснащаются редко, то для пароводяного аппарата — это обязательна деталь.
7. Тоже обязательно на такой бойлер монтируют и манометр или другой датчик давления.

Пластинчатые теплообменники

Пластинчатый теплообменник

Эта разновидность теплообменников появилась в тридцатые годы прошлого века, они моложе кожухотрубчатых аппаратов. Но, немного задержавшись на старте, на сегодня они стремительно вытесняют своих старших собратьев.

Если еще тридцать-сорок лет назад подавляющее количество бойлеров в ГВС были кожухотрубчатыми, то сегодня почти все новые системы делают с пластинчатыми аппаратами.

Узел подогрева воды с пластинчатыми теплообменниками

Чертеж такого теплообменника и схема потоков воды при различных типах сборки на рисунке ниже. Это наиболее распространенная конструкция с гофрами в «елку».

Пластинчатый теплообменник и схема потоков воды в нем

Представляют собой набор пластин, в которых штамповкой создают профиль ходов (это прекрасно видно на фото ниже) для воды. Причем стараются сделать так, чтобы ее путь был по возможности наиболее длинным. По краям пластин имеются четыре отверстия, два из которых связаны с ходами, а два нет.

Пластина для теплообменника

Пластины собираются в пакет с помощью резиновых или паронитовых прокладок таким образом, что полости между ними связаны через одно отверстие.

Получается своеобразный «бутерброд»:

1. пластина;
2. каналы, по которым циркулирует сетевая вода;
3. пластина;
4. каналы, по которым циркулирует нагреваемая вода;
5. пластина;
6. и. т. д.

Один из вариантов движения потоков воды внутри теплообменника

Пластины, как и трубки в кожухотрубчатых теплообменниках, тоже стараются делать максимально тонкими, и выбирают по возможности хорошо проводящий тепло металл: медь, латунь или дюралюминий. Впрочем, большинство пластинчатых теплообменников все же стальные.

Пакеты пластин и прокладок ограничивают сжимными пластинами из толстой стали, и сжимаются шпильками и гайками.

Внимание. При сборке всегда нужно следить за правильностью зажатия, чтобы не повредить чрезмерным усилием прокладку и не перекосить блок пластин.

Есть еще пластинчато-ребристые бойлеры — в них кроме штампованных ходов присутствуют ребра для улучшения теплообмена и увеличения сечения каналов. Но цена на них на порядок больше, поэтому в системах горячего водоснабжения они встречаются крайне редко.

К достоинствам таких аппаратов можно отнести:

• Компактность: пластинчатый теплообменник горячего водоснабжения при равной мощности с кожухотрубчатым занимает в 2-3 раза меньше места.
• Легко можно нарастить или уменьшить мощность, добавив или убрав пластины с прокладками. У кожухотрубчатых бойлеров есть возможность регулировать мощность только целыми секциями, которые соединены между собой калачами и патрубками.
• Дешевый ремонт, замена пластины и прокладки стоит копейки.

Но недостатки по сравнению с кожухотрубчатыми тоже есть:

• Пластинчатые теплообменники не могут работать при высоких давлениях.
• Они чувствительны к гидроударам.
• У пластинчатых теплообменников большее гидравлическое сопротивление. В системах без принудительной циркуляции сетевой воды они могут не очень корректно работать.

Потекший от высокого давления пластинчатый теплообменник

Подключение теплообменников

Дальше рассмотрим, как подключаются теплообменники в систему отопления и ГВС. Наиболее распространены три варианта. Причем не важно, какие бойлеры используются — пластинчатые или кожухотрубчатые.

Подключение без рециркуляции горячей воды

Простейшая схема подключения теплообменника показана на рисунке ниже, она обычно используется в системе ГВС небольшого частного дома с автономным отопительным котлом.

Схема подключения теплообменника без рециркуляции горячей воды

Делается она следующим образом:

1. Теплообменник подключается параллельно отопительным приборам. Причем (мы уже говорили об этом) сетевая вода подается в межтрубное пространство кожухотрубчатого бойлера. У пластинчатых аппаратов контуры полностью идентичные, так что там не играет роли, который из них подключать к сети отопления.
2. В один из патрубков второго контура теплообменника подают холодную воду из водопровода, из другого отбирают горячую.
3. Вода в теплообменнике движется за счет давления водопровода.

На этом рисунке показана и схема подключения регулятора температуры горячей воды.

Она тоже максимально проста:

• На теплообменнике устанавливается датчик температуры. На схеме он обозначен В3 и цифрой «5». Также он может монтироваться и на выходе горячей воды.
• Сигнал от него поступает на микроконтроллер. В данной схеме он также регулирует и отопление, но нам это не важно.
• Анализируя данные, полученные от датчика, микроконтроллер дает команды электроприводу задвижки (она обозначена Y Привод обозначен 9.
• Задвижка смонтирована на обратке сетевой воды (обраткой называется трубопровод, в котором вода возвращается в котел — линия из котла называется подачей). Уменьшая расход воды, снижают температуру, увеличивая — поднимают.

Однако такая схема подключения не очень удобна. Если трубопроводы достаточно длинные, то придется долго ждать, пока сойдет холодная вода и пойдет горячая. Поэтому обычно трубопроводы горячей воды закольцовывают и ставят рециркуляционные насосы. Тогда горячая вода постоянно движется по кругу. Подобная схема рассмотрена ниже.

Насос для рециркуляции ГВС

Подключение с рециркуляцией горячей воды

Схема включения теплообменника с рециркуляцией горячей воды

Если вы еще не встречались со схемами тепловых сетей, то на данной схеме обозначены:

1. Т1 — подача сетевой воды из котла.
2. Т2 — обратка сетевой воды.
3. Т3 — подача горячей воды.
4. Т4 — обратка горячей воды.
5. В1 — подача холодной воды из водопровода.

Эти буквенно-цифровые обозначения общеприняты, и встречаются на всех схемах тепловых систем.

Далее цифрами на сносках обозначены:

1. теплообменник на горячее водоснабжение;
2. регулятор температуры (2.1 это клапан, 2.2 датчик который управляет клапаном);
3. насос для рециркуляции;
4. водомер;
5. устройство защита насоса от сухого хода.

Двумя направленными друг к другу вершинами треугольниками обозначены вентиля и задвижки. Если один из треугольников закрашен, то это обратный клапан, который пропускает воду только в одном направлении.

В данной схеме их два. Один — после водомера и подключения водопровода монтируют для того, чтобы рециркуляционный насос не передавил горячую воду из обратки в водопровод. Второй обратный клапан стоит после насоса, и дополнительно защищает его от сухого хода.

В этой схеме возвратившаяся горячая вода смешивается с холодной, что не очень выгодно.

Двухступенчатая схема подключения

Если системы горячего водоснабжения с теплообменником рассчитаны на большой разбор воды, то с целью уменьшения габаритов оборудования используют двухступенчатый подогрев. Так почти всегда монтируют ГВС для многоквартирного дома с централизованной системой отопления.

На заметку: Часто бойлеры работают даже не на одно здание, а на их группу — тогда их размещают в центральных тепловых пунктах (ЦТП).

Схема включения теплообменников для него приведена ниже.

Схема подключения теплообменников для двухступенчатого подогрева воды

Обозначения на этой схеме такие же, как и на предыдущей. Верхняя часть ее тоже аналогична ранее рассмотренной — разница только в том, что в обратку горячей воды (Т4) подключен не водопровод, а подача из еще одного теплообменника (1 ступень), к которому подключен водопровод (В1). Таким образом, в циркулирующую по системе ГВС воду подмешивается не холодная вода, а заранее подогретая.

Клапан для защиты от передавливания водопровода горячей водой монтируется перед первой ступенью. Регулятор температуры ставится на вторую ступень.

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.

• Теплообменник на трубу дымохода
• Помпейская печь
• Печи кузнецова своими руками
• Котлы со скелетным теплообменником: какие бывают и как сделать своими руками
• Печь для казана своими руками: инструкция по изготовлению кирпичной и металлической печи
• Еще больше возможностей для отдыха! строительство русской печи на улице своими руками: схема и инструкция
• Как сварить печь для бани из трубы или баллона
• Делаем самую простую печку своими руками (10 фото)
• Пример порядовки отопительной печи
• Как правильно установить печь каменку в бане и сауне

Устройство и принцип работы пластинчатого теплообменника

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

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

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

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

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

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

Для чего нужен теплообменник в системе отопления

Прежде чем начать изготавливать теплообменник, следует понять характер выполняемой им функции в отопительной системе. Принцип работы этого приспособления реализован в устройствах электрокотлов, газовых и твердотопливных. Теплообменник представляет собой конструкцию из изогнутых труб, которые размещаются внутри отопительного оборудования и нагреваются при помощи источника энергии.

По трубам теплообменника проходит теплоноситель, например, вода, которая нагревается и отправляется в радиаторы, на ее место поступает остывшая вода из батарей и снова нагревается. Таким образом, происходит отопление дома. В качестве теплоносителя могут использоваться газы, тогда в качестве нагревательного элемента будет работать рекуператор. Однако в жилых домах такой аппарат используется крайне редко.

Установив в печь теплообменник, можно получить полноценную систему отопления.

Конструкция пластинчатого теплообменника

Теплообменник для отопления частного дома может быть пластинчатым. В этом случае в его состав входят:

• подвижная плита;
• неподвижная плита;
• крепежные изделия;
• набор пластин;
• верхняя и нижняя направляющие.

Крепежи необходимы для стягивания плит, которые формируют раму. Что касается направляющих, то они имеют круглое сечение. Теплообменник для отопления может иметь рамы самых разных размеров. Всё будет зависеть от мощности конструкции. Чем больше пластин, тем больше у устройства производительность, а также вес и размеры.

Число пластин для модели теплообменника имеет определенный показатель. В их конструкции имеются прокладки, которые герметизируют протоки, по которым протекает вода. Для того чтобы добиться необходимой плотности двух резиновых прокладок, пластины стягиваются между собой и фиксируются к неподвижной плите.

Подбор материала

Следует сразу отметить, что в домашних условиях создать теплообменник как на заводе практически невозможно. Вместе с тем, самодельная конструкция по функционалу не будет уступать созданной на предприятии.

Можно придать любую форму конструкции, но наиболее популярными вариантами является система, выполненная из нескольких металлических труб в виде решетки или пластин. В связи с тем, что температура горения достаточно высокая, тем более когда в качестве топлива используется уголь, следует особое внимание уделить выбору материала, а также уровню качества швов сварки. Кроме того, важную роль имеет тип металла, поскольку у каждого своя теплопроводность. Если взять медную трубу, то она в 7 раз будет превышать коэффициент теплопроводности, чем аналогичная труба, изготовленная из стали. При идентичном диаметре и объеме передаваемого тепла достаточно 3,5 метра медной трубы, при этих же параметрах стальной понадобится 27 метров.

Нагревательные элементы из меди самые дорогие, но эффективные. Если нет возможности потратиться на приобретение таких материалов, можно приобрести стальные трубы, но при этом их диаметр должен быть не менее 3,5 сантиметров.

Для справки! В том случае, если в качестве топлива будет использоваться уголь, то наиболее рациональным вариантом будет установка теплообменника из чугуна. Это самый прочный и теплоустойчивый металл. Кроме того, в качестве нагревательного элемента можно использовать старые чугунные батареи.

Достоинства и недостатки отопления от печи

Печи с водяным контуром легко сделать самостоятельно, но можно приобрести в магазине уже готовые приборы отопления. Модели характеризуются следующими достоинствами:

1. Печи с водяным контуром не нужно подключать к электросетям. Они не используют газ в качестве топлива. Приборы работают на угле, торфе и дровах, которые относятся к возобновляемым видам топлива.
2. Печное водяное отопление полностью автономно, при этом его можно совмещать с другими системами.
3. Регулировка осуществляется ручной заслонкой.
4. Стенки печи массивные, они передают тепло, нагревая воздух и окружающие предметы. Помещение отапливается равномерно за счет использования теплоносителя. Он проходит по трубам, нагревая их и радиаторы.
5. Отопление частного дома не потребует больших расходов. Уголь, торф и древесина доступны всем.
6. Печи не только отапливают помещение, их используют для приготовления пищи и нагрева воды.
7. Приборы, передняя часть которых закрыта стеклом, позволяют созерцать открытое пламя. Камины создают в домах комфортную атмосферу.
8. Конструкция печи массивная, в холодное время года она накапливает большое количество тепловой энергии. Остывание печи происходит постепенно, поэтому она еще долго время нагревает помещение после того, как прогорит топливо. Летом процессы протекают противоположным образом. Если печь в деревянном доме построена на отдельном фундаменте, в теплый сезон она выводит излишек тепла в землю, работая в качестве кондиционера.
9. Природное топливо, на котором работает печь, умеренно загрязняет окружающую среду.
10. В качестве теплоносителя используется вода. Она имеет объемную теплоемкость, что позволяет передавать тепло на большие расстояния. Вода имеет доступную стоимость. Она не горит, не токсична.

Но печи с водяным контуром имеют и недостатки. За ними необходимо постоянно наблюдать, вовремя закладывать дрова и регулировать тягу. Следует чистить дымоход и выносить золу.

Мощная кирпичная печь имеет большие размеры, поэтому ее ставят на прочное основание. Она занимает полезную площадь комнаты, из-за этого большие конструкции устанавливают в просторных помещениях. Такая печь имеет низкий КПД.

При установке печи нужно сооружать дымоход. Тяга должна быть сильной, тогда топливо интенсивно горит, а дым быстро выводится наружу. Трубу изолируют от деревянных элементов кровли и перекрытий. Установив в доме печь, необходимо поддерживать запас топлива, вовремя утилизировать золу и шлак. Это добавляет работы хозяевам частного дома.

Главным недостатком водяного отопления можно назвать то, что вода быстро замерзает. Превращаясь в лед, она расширяется, повреждая приборы. Соединяясь с воздухом, она способствует появлению коррозии на металлических элементах системы отопления. Если вода жесткая, внутри радиаторов и труб образуется накипь.

Расчет мощности

Очень сложно сделать идеальную систему отопления, не зная мощности теплообменника. При расчете данного показателя следуют учесть следующие параметры:

• диаметр труб;
• длину нагревательного прибора;
• теплопроводность используемого металла;
• максимальную температуру горения топлива;
• скорость циркуляции жидкости.

Если установить данные исходные величины проблематично, можно воспользоваться усредненным расчетом, исходя из того, что для получения мощности в 1 кВт, понадобится метр трубы с радиусом не менее 2,5 сантиметров.

Как изготовить самодельный теплообменник

Регистр из нескольких труб

Форма теплообменника для отопления, сделанного своими руками, может быть разной. Наиболее распространенный вариант — регистр из нескольких стальных или медных труб, но также используются и образцы пластинчатого типа.

Температура в зоне горения очень высока, особенно, когда горит уголь. Поэтому повышенные требования предъявляются к металлу, из которого будут изготовлены элементы теплообменника, рациональности его конструкции и качеству сварных швов.

Материалы для изготовления

Пример использования чугунных радиаторов в качестве теплообменника в кирпичной печи

Задача водяных теплообменников для отопления — обеспечивать оптимальную передачу тепла, и в этом процессе важна степень теплопроводности металла. Например, стальная труба проводит тепло в 7 раз слабее, чем медная. Поэтому при одинаковом диаметре трубы для передачи одного и того же количества тепла понадобится 25 метров стальной трубы взамен 3,5 метров медной.

Медные теплообменники самые экономичные в работе, но и дорогие. Более доступными для самостоятельного изготовления считаются теплообменники из стальной трубы диаметром не менее 32 мм.

Если предполагается топить печь углём, лучше установить теплообменник из чугуна. Этот металл более крепкий, и стенки устройства долго не будут прогорать.

Расчет мощности теплообменника

Вычислить заранее мощность теплообменника для системы отопления довольно трудно. Для этого нужно учитывать слишком много факторов: диаметр труб, длину змеевика, теплопроводность металла, температуру сгорания топлива, скорость циркуляции теплоносителя и др. Реальная способность теплообменника справляться со своими функциями выяснится только после начала эксплуатации отопительной системы.

При расчетах можно ориентироваться, что 1 метр трубы диаметром 50мм, служащей теплообменником, даст 1 кВт тепловой мощности.

Можно взять для примера какую-либо известную модель котла и в соответствии с его параметрами изготовить свой самодельный теплообменник.

Особенности конструкции

Теплообменник для водяного отопления дома, сваренный из гладкостенных труб, называют регистром. Он выглядит как своеобразная «решетка», и это наиболее популярная форма самодельного теплообменника. Кроме такой конструкции, делают и более простые устройства в виде прямоугольного или цилиндрического бака. Главное, чтобы площадь поверхности для теплового обмена была максимально большой.

При изготовлении теплообменника своими руками нужно соблюдать несколько условий:

• ширина внутренних пустот в теплообменнике должна быть не меньше 5 мм, иначе вода в нем может закипеть;
• толщина стенок труб должна быть не меньше 3 мм, чтобы металл не прогорал;
• зазор величиной 10–15 мм между теплообменником и стенками топки должен компенсировать расширение металла при нагреве.

Особенности монтажа

Теплообменник устанавливают внутрь печи в процессе ее кладки

Проще всего монтировать теплообменник одновременно с сооружением печи. Если устанавливать его в старую печь, придется разобрать часть ее кирпичной кладки.

1. На подготовленный фундамент печи прямо в полость топки устанавливают трубчатый теплообменник.
2. При дальнейшем укладывании рядов кирпичей оставляют места для входной и выходной труб устройства.
3. После завершения кладки печи подключают теплообменник к системе отопления, заполняют систему водой и производят пробную топку печи.

Видео материал предлагает ознакомиться с полезными советами по самостоятельному изготовлению теплообменника:

До сих пор мы говорили только о теплообменниках в системе водяного отопления. Обратим внимание и на другие сферы их применения.

Конструкция и монтаж

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде регистра – решетки из гладко сваренных труб. Это наиболее распространенная конструкция. Однако ее можно упростить, сделав в виде бака, в форме цилиндра или прямоугольника. Основное условие – достаточная площадь для осуществления процесса обмена жидкости.

При изготовлении нагревательного элемента требуется соблюдение следующих правил:

1. Во избежание закипания воды внутренний объем труб должен быть не менее 50 мм.
2. Металл не должен прогорать, поэтому его рекомендуемая толщина составляет минимум 3 мм.
3. При нагреве металл имеет способность расширяться, этот момент следует учесть, предусмотрев расстояние между стенами топки и нагревательным элементом.

Процесс установки нагревательного элемента состоит из нескольких простых действий:

• на дно топочной емкости печи уложить теплообменник;
• в печи предусмотреть отверстия для труб.

Далее следует соединить нагревательный элемент с отопительной системой и запустить воду.

Преимущества теплообменника

Нагревательный элемент в системе отопления, установленный в печи, имеет свои преимущества. Среди основных плюсов можно выделить следующие:

1. Простота изготовления и монтажа.
2. В доме появляется комбинированное отопление, что дает возможность отапливать большие площади, а не только локально одно помещение.
3. Возможность использовать разные виды топлива. Например, котлы ориентированы только на конкретный вид, а печь можно топить любыми твердыми энергоносителями.
4. Печь придает интерьеру особый шарм и уют, а благодаря новой функции она будет приносить еще больше пользы.

Несмотря на очевидные преимущества, следует отметить, что в сравнении с котлами, сделанными в заводских условиях, КПД будет ниже, кроме того, отсутствует автоматический контроль температуры нагрева теплоносителя. Вместе с тем, стоимость заводских котлов не каждому по карману, а изготовление отопительной системы своими руками с использованием самодельного элемента нагревания под силу каждому.

Источник https://oreninstrument.ru/kotel/teploobmennik-dlya-doma.html

Источник https://stroiplanet.ru/materialy/teploobmennik-elektricheskij-dlya-otopleniya.html

Источник

Источник