Принцип работы пластинчатого теплообменника

Технические характеристики

Прокладки и пластины, как основные элементы теплообменных устройств, изготавливаются из различных по своим свойствам и характеристикам материалов. При выборе в пользу той или иной модели решающую роль играет назначение теплообменника и область его использования.

Если остановиться сугубо на системах ГВС и теплоснабжения, то в этой области больше распространены пластины, изготовленные из нержавеющей стали, а пластичные прокладки — из особой резины EPDM либо NBR. Установка пластин из нержавейки позволяет работать с теплоносителем, прогретым до 110°С, в другом же случае устройство пластинчатого теплообменника позволяет нагревать жидкость до 170°С.

Фрагмент пластины теплообменника

При использовании теплообменников в промышленном производстве и задействовании их в технологических процессах с воздействием щелочей, кислот, масел и иных агрессивных веществ, применяются пластины из никеля, титана и других сплавов. В таких случаях устанавливаются фторкаучуковые или асбестовые прокладки.

Подбор теплообменника производится согласно расчетам, выполняемым при помощи специализированных программ. При расчетах учитываются:

• первоначальная температура теплоносителя;
• относительный расход прогреваемой жидкости;
• требуемая температура нагревания;
• расход теплоносителя.

В роли нагревающей среды, протекающей через пластинчатый испаритель, может использоваться подогретая до температуры 95 или 115°С вода, а также пар температурой до 180°С. Вид теплоносителя подбирается в зависимости от вида применяемого котла и оборудования. Размеры и количество пластин подбираются с таким расчетом, чтобы в результате получить воду с температурой, соответствующей установленным стандартам — не более 70°С.

Стоит отметить, что основной технической характеристикой, являющейся также и главным преимуществом, считаются небольшие размеры устройства и способность обеспечить достаточно большой расход.

Вариативность возможных расходов и площадей обмена у пластинчатых приборов достаточно высока. Самые компактные из них, например, от бренда Alfa Laval, обладают площадью поверхности до 1 м2, обеспечивая протекание объема жидкости до 0,2 м3/час. Самые же крупные теплообменники имеют площадь порядка 2000 м2 и расход, превышающий 3600 м3/час.

Стальной теплообменник

Преимущества приборов из стали:

• Повышенная теплопроводность – как и чугун, сталь оперативно нагревается и отлично передает тепло холодному носителю.
• Низкий вес – стальные теплообменники не утяжеляют общую систему отопления, поэтому их можно использовать для обеспечения горячего водоснабжения в домах большой площади.
• Ударопрочность – стальные конструкции очень крепкие, поэтому им не страшны механические повреждения.
• Устойчивость к термическим изменениям – сталь без последствий выдерживает резкие перепады температур внутри системы.

Недостатки стальных теплообменников:

• Восприимчивость к коррозии – для стали характерна низкая устойчивость к кислотным средам, что значительно сокращает срок эксплуатации теплообменника.
• Невозможность увеличить мощность устройства путем добавления новых секций.
• Быстрое остывание – сталь быстро отдает температуру, что увеличивает расходы на топливо.

Совет. Для изготовления качественного и долговечного теплообменника рекомендуется использовать трубы из жаропрочной стали диаметром не меньше 32 мм и толщиной стенки 5 мм и более.

Подбор резервуара для теплообменника ГВС. Что важно учесть?

Рекомендуется выбирать резервуары с защитными теплоизолирующими покрытиями вокруг них — чем оно эффективнее, тем меньше тепла уходит в окружающую среду и тем меньше возникает энергетических потерь. Покупка резервуара с двойным корпусом определенно решит эту проблему.

Стоит добавить, что конструкция кожуха и самого теплообменника идентична как в вертикальной, так и в горизонтальной ориентации, поэтому выбор между вертикальным и горизонтальным теплообменником ограничен только решением вопроса о лучшей пространственной настройке всего контейнера в том месте, где он должен быть установлен.

Важно также обратить внимание на производителя теплообменника, потому что этот параметр косвенно влияет на качество оборудование и всех его компонентов. Теплообменники ГВС стоят недешево и их замена всегда вызывает массу хлопот, кроме того неисправность устройства приведет к большим счетам на электроэнергию. Вот почему стоит купить в свой дом обменник от известных производителей

Теплообменник для зимней палатки своими руками

Сделать теплообменник для палатки своими руками не составит особого труда. Затраты на металл будут минимальными, самоделка окажется более выгодной, чем ее заводские аналоги. При изготовлении самоделки не требуется какая-то фантастическая точность в соблюдении габаритов – это не двухконтурный котел, а простейший самодельный теплообменник в палатку для отдыха и рыбалки в холодных зимних условиях.

Делать теплообменник для зимней палатки лучше всего из нержавеющей стали и алюминиевых трубок. Если нет ни того, ни другого, найдите любую тонкостенную металлическую трубу диаметром около 20 мм и листовое железо толщиной 1 мм. Также вам потребуется сварочный аппарат и дрель со сверлом по металлу подходящего диаметра. Сборка не займет у вас много времени, с монтажом можно справиться буквально за день.

Все размеры носят скорее рекомендательный характер, вы вполне можете что-то изменить специально для ваших нужд.

Подготовка теплообменных труб

Первая наша задача – соорудить непосредственно сам теплообменник по образу и подобию его жаротрубнного собрата. Для этого необходимо взять два прямоугольных отреза листового металла и наметить в нем отверстия под теплообменные трубки. Рекомендуем сделать три ряда в шахматном порядке – пять трубочек в верхнем и нижнем рядах, четыре трубки в среднем ряду. Самая сложная задача заключается в том, чтобы приварить трубки с двух сторон к двум листам металла.

Сборка корпуса

Далее собираем корпус из еще четырех отрезков. В верхней части делаем отверстие под дымоход. Его необходимо продумать так, чтобы дымоход легко снимался. Привариваем верхнюю крышку к нашему теплообменнику, по бокам привариваем боковые крышки. Пробовать обогревать зимнюю палатку еще рано – нужно сделать ножки.

Лучше всего, если ножки будут складными, но можно обойтись и без этого. Сделайте их из тонких металлических стержней (проволоки), отмеряя их длину не забудьте учесть высоту используемой плитки/горелки. Соответственно, нижняя часть нашего теплообменника для зимней палатки несплошная – здесь располагается вырез, в котором виднеются внутренние трубки. Именно через этот вырез пламя и жар будут проникать внутрь нашего агрегата.

Работа с электрической частью

Для работы теплообменника для зимней палатки потребуется хороший вентилятор. Мы рекомендуем взять производительный кулер диаметром 120 мм от стационарного компьютера. Такие кулеры обладают хорошей пропускной способностью и минимальным уровнем шума. Привариваем к задней части нашего теплообменника подходящий крепеж, прикручиваем вентилятор, припаиваем длинные проводники для подключения к аккумулятору (подойдет ШВВП 2х0,75).

Теперь все готово для запуска теплообменника. Размещаем его в зимней палатке, подсоединяем дымоход и выводим его наружу, снизу размещаем печку/горелку. Подключаем газовый баллон, поджигаем газ, включаем кулер и ждем разогрева. Пока не обгорит металл, возможен неприятный запах. Через 10-15 минут наш агрегат выйдет на рабочий режим – отрегулируйте температуру воздуха путем регулировки печки/горелки.

Пример жидкостного теплообменника

Жидкостный теплообменник сделал участник нашего портала с ником СТАСНН для своего энергоэффективного дома. За год его каркасный дом потребляет менее 33 кВт*часов на кв. м. в год.

Система отопления сделана на основе электрических низкотемпературных конвекторов общей мощностью 3.5 кВт на весь дом. В доме установлена система приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором и жидкостным грунтовым теплообменником подогрева уличного воздуха перед рекуператором.

На горячее водоснабжение установлены вакуумные солнечные коллекторы.

СТАСНН

Я не представляю, сколько люди платят за отопление электричеством в доме с обычным утеплением и с более высокими тарифами. Ужас.

Согласно наблюдениям домовладельца, грунтовый теплообменник в разы увеличивает эффективность рекуперации воздуха и плюс поставляет в дом дополнительное тепло. В этом теплообменнике в качестве теплоносителя используется пропиленгликоль.

Использование теплообменников пластинчатого типа для обеспечения ГВС

Такой способ хорош тем, что происходит полезное использование тепла обратной воды, а также тем, что схема компактна.

В новом теплообменнике это достигается путем увеличения количества пластин одинаковой площади.

На схеме представлен пластинчатый теплообменник для отопления самой простой конструкции с патрубками, расположенными по разные стороны агрегата. На подогрев поступает уже не совсем холодная, а теплая.

В системах с естественной циркуляцией такой тип установки малоэффективен. В ИТП Зависимое подключение отопления с автоматическим регулированием расхода тепла.

Важно и то, что никто не способен дать гарантии того, что эти расчет будут на процентов верными. Такой же фильтр желательно установить на вводе холодной воды — дольше будет работать оборудование

В итоге себестоимость горячей воды за литр будет намного ниже. Пластины пластинчатого теплообменника располагаются одна за другой с поворотом на градусов.

Строение у них более сложное, стоимость выше, но они способны отбирать максимум тепла высокий КПД. Схема сборки пластинчатого теплообменника не сложная, верхняя и нижняя направляющие закрепляются на штативе и неподвижной плите. Схемы подключения ПТО Схемы подключения пластинчатых теплообменников Здесь вы сможете узнать, какие бывают схемы подключения пластинчатых теплообменников к сетям коммуникаций. Ввиду небольших габаритов и веса монтаж теплообменника производится достаточно просто, хотя мощные агрегаты и требуют устройства фундамента.

Поговорим подробнее о наиболее доступных, надежных и эффективных. Мощность зависит от общей площади теплообмена, перепада температур в обоих контурах между входов и выходом и даже от числа пластин. При такой схеме подготовка воды происходит за два шага. Обвязка второй ступени идентичная параллельному подключению за исключением того, что вместо холодной воды подключается уже подогретая вода с первой ступени.

Строение у них более сложное, стоимость выше, но они способны отбирать максимум тепла высокий КПД. В соответствии с правилами помимо рабочего насоса параллельно ставится резервный такой же мощности. Опыт и умения специалистов позволяют как выполнить простейшие расчеты, так и сложный монтаж с пуско-накладкой. Тогда пластины производятся из титана, никеля и различных сплавов, а прокладки — из фторкаучука, асбеста и других материалов. Следует отметить, что кожухотрубные системы почти исчезли с рынков из-за низких показателей КПД и больших размеров. Теплообменник пластинчатый принцип работы

Подключение пластинчатых теплообменников

Классическая схема подключения пластинчатых теплообменников имеет патрубки входа и выхода теплоносителей на передней плите. В большинстве случаев входы и выходы расположены таким образом, чтобы обеспечить противоток теплообменных сред. Работа пластинчатого теплообменника с противотоком рабочих сред показана на видео:

Существуют конструкции пластинчатых теплообменников, в которых патрубки входа и выхода теплоносителей расположены как на передней, так и на задней плите:

Присоединение к входам и выходам рабочих сред осуществляется с помощью фланцевых соединений, соединений под сварку (стальная труба) или резьбового соединения. Возможно также отсутствие какого-либо патрубка на входе или выходе теплоносителя. В таком случае вокруг отверстия на плите выполняются отверстия с внутренней резьбой под шпильки, с помощью которых можно подсоединить трубопровод с теплоносителем с применением термостойкого резинового или каучукового уплотнения.

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.

Выбор теплообменного оборудования для ГВС

Если инженерный расчет теплообменников отопления и горячего водоснабжения был сделан правильно, и в здании установлена грамотно подобранная модель оборудования с учетом условий эксплуатации, можно рассчитывать на надежную работу оборудования в течение 15 лет. Не стоит пренебрегать услугами профессиональных мастеров, это сформирует дополнительные гарантии производительности и безопасности системы.

На российском рынке представлены установки от именитых брендов и пластинчатые теплообменники российского производства, вторые не менее надежны, но доступны по стоимости. Так, пользуется спросом теплообменник для системы горячего водоснабжения Ридан (группа компаний Данфосс), его предпочитают купить даже состоятельные потребители. Поэтому выбор устройства лучше делать не по торговой марке, а согласно параметрам конкретного строения и техническим характеристикам аппарата. Лучше, если это сделает профессионал.

Видео про паяный теплообменник

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

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

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

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

Теплообменник в системе отопления дома

Что такое теплообменник ГВС? И как он работает?

Теплообменник для горячего водоснабжения (ГВС) — это устройство, предназначенное для передачи тепла от теплоносителя к другой среде. Как правило, теплообменник ГВС является элементом, который передает тепло между котловой водой и водой в установке для питьевой воды.

В зависимости от конструкции теплообменника весь процесс может выглядеть несколько иначе, в то время как общий принцип работы один и тот же — котельная вода и ГВС разделены только тонкой стенкой из хорошо проводящего металла, а весь теплообменник заключен в теплоизолированный кожух для выработки тепла из технической воды.

В чем преимущества установки теплообменника в свой дом? Имея собственный автономный или даже централизованный источник отопления, дешевле использовать тепло для нагрева воды прямо от котла, не тратя дорогостоящее электричество для этих целей. Подача горячей воды в контур теплообменника осуществляется от котла или теплосети, а холодная вода поступает от системы холодного водоснабжения. Установка теплового оборудования в котельной позволяет значительно сэкономить на затратах для обогрева помещений загородного дома.

Обеспечение безопасности теплообменной системы

Для обеспечения безопасности компания предлагаются дополнительные защитные приспособления. Чтобы исключить риск вытекания агрессивных материалов из аппарата, применяется поддон, который будет использован для установки.

Использование защитных кожухов и теплоизоляции пластинчатых пакетов позволит защитить рабочих от нежелательных контактов с пластинами работающего аппарата и предотвратить несчастные случаи. Дополнительный эффект от использования теплоизоляции – снижение тепловых потерь в работе.

При продаже теплообменников прилагается инструкция с требованиями, которых следует строго придерживаться.

Готовим механизм самостоятельно

Для самостоятельного изготовления следует, прежде всего, определиться с моделью устройства. Изготовить теплообменник для системы отопления своими руками проще всего бойлерного типа, поскольку такой вариант наиболее доступен и эффективен. Упрощая, такое устройство представляет собой бочку с нагретым теплоносителем, внутри которой находится змеевик или трубная доска с множеством трубок для нагрева ГВС.

Вариантов может быть очень много, каждый мастер привносит в конструкцию какие-то свои идеи.

Водяная рубашка

Самодельный теплообменник водоводяной «водяная рубашка» – это тот самый вариант, о котором уже упоминалось. Труба (емкость), расположенная внутри другой трубы (емкости) с теплоносителем. Изготовление такой модели несложно, но потребует обеспечения герметичности большей емкости, что в домашних условиях непросто сделать. Температурные расширения, неминуемые при эксплуатации, оказывают отрицательное влияние на прочность сварного шва.

Эффективность системы прямо пропорциональна длине внутреннего трубопровода, для чего обычно используют змеевики или подобные устройства, увеличивающие длину и площадь соприкосновения поверхности трубы.Распространенным вариантом является медная трубка, свернутая кольцами или зигзагами, омываемая горячим теплоносителем из большей емкости.

Трубная доска

Такой прибор представляет собой пучок трубок, присоединенных к двум плоским пластинам с отверстиями (отсюда и название).

Пластины отсекают емкости, одна из которых имеет входной и выходной патрубки для поступления холодной воды и вывода нагретой. Вторая емкость служит для обеспечения циркуляции воды, увеличивает длину трубок и, соответственно, площади соприкосновения.

Вся конструкция помещается в корпус с горячим теплоносителем, который нагревает воду в трубках. Такая система требует участия умелого сварщика, так как количество трубок велико, требует качественного присоединения. Нарушение герметичности любого шва приведет к перемешиванию воды с теплоносителем, что недопустимо.

Лучший теплообменник для ГВС

Среди модельного ряда устройств, применяемых в частном доме, пластинчатый теплообменник для ГВС занимает лидирующие позиции. Ранее использовались кожухотрубные модели, но низкий КПД и крупные габариты свели их применение практически к нулю.

Пластинчатый теплообменник выглядит как стопка гофрированных пластин, размещенных на жесткой станине. Все элементы одинаковые, но располагаются зеркально, между ними установлены стальные и резиновые прокладки. Чередование парных пластин оставляет полости. Они заполняются нагреваемой либо нагревающей жидкостью (происходит смешение сред). По направляющим каналам среды движутся друг к другу по каждой второй полости и таким же образом выходят из агрегата, отдав или получив нужную температуру. Чем большее количество пластин предусмотрено конструкцией, тем выше будет производительность агрегата.

Как использовать теплообменники для получения ГВС от отопления

Есть несколько возможностей нагревать воду для бытовых нужд при помощи теплообменника и отопления:

• Нагрев проточной воды. Недостаток — ограниченные возможности по расходу горячей воды, отсутствие запаса, сложность реализации поддержания стабильной температуры (надо организовывать узел подмеса или ставить контроллер). Достоинства — требуется мало места, малое количество компонентов.
• Нагрев воды в какой-то емкости. Теплообменник для горячей воды от отопления опускается в какую-то емкость, заполненную водой. По сути, это уже бойлер косвенного нагрева. Но в нем установлен теплообменник и подключается он к ГВС. Но речь сейчас не о них, так что не в этой статье.

  Самый элементарный теплообменник — труба, по которой бежит теплоноситель

Схемы подключения

Кроме типа теплообменника, надо выбрать еще и способ его подключения. Есть несколько типовых схем. В любом случае, два выхода подключаются к отоплению, один — к холодному водоснабжению, один — к разводке горячей/подогретой воды.

Параллельная (стандартная)

В самом простом случае теплообменник для горячей воды от отопления подключают параллельно существующей системы. Такая схема проще всего в реализации, но для достаточного нагрева необходимо, чтобы теплоноситель двигался активно. То есть, обязательно в подаче теплоносителя наличие циркуляционного насоса. В системах с естественной циркуляцией такой тип установки малоэффективен.

Теплообменник для горячей воды от отопления: схема параллельного подключения

При монтаже, подача теплоносителя всегда подключается к верхнему патрубку, а обратка — к нижнему. При подключении воды ситуация противоположная — холодная вода подключается в нижний патрубок, гребенка горячей — к верхнему.

Схема обвязки теплообменника для ГВС от отопления

Простейшая схема обвязки содержит отсечные краны на всех четырех патрубках — для возможности отключения, чистки, технического обслуживания. Также на входе от отопления устанавливается грязевик — фильтр с мелкой сеткой. Так как зазоры в теплообменнике совсем небольшие, попадание окалины либо других загрязнений может вызвать закупорку каналов. Такой же фильтр желательно установить на вводе холодной воды — дольше будет работать оборудование.

Данную схему можно усовершенствовать, сделав рециркуляцию горячей воды в гребенке ГВС (закольцовывают после последней точки разбора). При таком построении, тепло неиспользуемой горячей воды не пропадает, а используется: вода из гребенки ГВС подмешивается к холодной воде из водопровода. На подогрев поступает уже не совсем холодная, а теплая. Теплообменник для горячей воды от отопления только доводит ее до требуемой температуры.

Обвязка с контуром рециркуляции ГВС

При разборе нагретой воды, на подогрев идет преимущественно вода из трубы холодного водоснабжения. Когда разбора нет, по кругу насос «гоняет» теплую, нагрузка на котел отопления совсем небольшая.

Управление температурой происходит при помощи датчика и регулирующего клапана, установленного на обратке (можно и на подачу поставить). Показания с датчика (температура воды в выходной ветке на ГВС) поступают на прибор управления. По результатам сравнения с выставленными данными, регулируется интенсивность потока теплоносителя, тем самым регулируется интенсивность нагрева.

Двухступенчатая

Всем хороши описанные выше схемы, кроме того, что для нагрева должен проходить большой поток теплоносителя. Иначе вода не успеет прогреться. Второй недостаток — приходится «заворачивать» поток теплоносителя из системы отопления. При большом расходе и недостаточной мощности отопительного котла, в холода могут быть заметны понижения температуры. Для более рационального использования тепла придумали двухступенчатую систему подключения теплообменников.

Один из вариантов двухступенчатого подключения теплообменников

В данном случае первичный нагрев идет от обратного трубопровода отопления. Тем самым более рационально используются энергоносители. Доводится температура до нормы при помощи повторного нагрева, но уже от теплоносителя, который идет на подачу. Подключить теплообменник для горячей воды от отопления можно параллельно — как на верхней схеме. Второй вариант представлен на нижней — в разрыв подающей трубы от системы отопления.

Вариант двухступенчатого нагрева

При использовании второй схемы, первичный нагрев происходит от обратки. Нагретая в этом теплообменнике вода подается на второй, установленный на подаче. Тут она доводится до нужной температуры и уходит потребителю.

Есть еще схема двуступенчатого нагрева с использованием тепла от рециркуляции горячей воды. В этом случае рационально используется тепло ранее нагретой воды.

Первичный нагрев — от рециркуляции горячей воды, окончательный — от системы отопления

При использовании любой из этих схем, нагрузка на котел значительно снижается. Утилизируется то тепло, которое раньше не использовалось. Тем самым эти схемы помогают экономить на энергоносителях.

Для нормальной работы теплообменника, подключенного по любой из схем, при монтаже необходимо соблюдать технологические требования. Обязательно соблюдение уклона труб ГВС в сторону точек разбора. Если трасса проходит над дверью, в высшей точке ставят воздухоотводчик. Кроме того, при длинной трассе, необходимы дополнительные автоматические или ручные устройства для сброса воздуха (воздухоотводчики). В противном случае могут быть проблемы с подачей воды.