Теплообменники для котлов газовых

Разновидности вторичных теплообменников

При выборе двухконтурного газового котла важно обратить внимание на конструкционные особенности контуров. Они делятся на два типа:

Пластинчатые и кожухотрубные типы используются при раздельной конструкции теплообменников

Пластинчатые и кожухотрубные типы используются при раздельной конструкции теплообменников.

Помимо раздельного, существует битермический теплообменник, который подразумевает совмещенное устройство водяного и отопительного контуров.

Пластинчатые контуры

Пластинчатый теплообменник состоит из нескольких металлических пластин с выдавленными ходами. Их собирают в зеркальном отражении, чтобы получились изолированные каналы для движения жидкости. Пластины производят методом штамповки листового металла толщиной 1 мм. Каналы обычно представляют собой равносторонние треугольники с углами разных размеров. Чем угол острее, тем вода движется быстрее. Чем он тупее, тем циркуляция медленнее.

По схеме движения сред пластины бывают многоходовыми и одноходовыми. В первом варианте теплоноситель может менять направление несколько раз, что позволяет произвести достаточно высокий КПД. Во втором случае направление движения жидкостей не изменяется.

Читайте здесь, как промыть теплообменник газового котла в домашних условиях?

Замена теплообменника в газовом котле своими руками

По способу соединения пластинчатые теплообменники бывают разборными и паянными. Разборные пластинчатые контуры объединяют с помощью эластичных прокладок из резины. Чтобы обеспечить герметичность каналов, необходимо стянуть их металлическими стяжками. В конструкцию входят две массивные плиты — неподвижная и подвижная. На первой закреплены стержни, на которые нанизывают пластины. Чем их больше, тем больше образуется тепла. Подвижную пластину устанавливают последней. На стяжки надевают гайки и зажимают до герметичности. Преимуществом разборных пластинчатых контуров является то, что их можно разобрать, почистить или убрать лишние элементы. Недостаток заключается в большом весе и размере.

Паянные теплообменники свариваются из пластин в аргонной среде – это позволяет избежать коррозии на участках сварки. Данные контуры не разбираются, поэтому их сложнее почистить, чем разборные. Их преимуществом являются более компактные размеры и сравнительно легкий вес.

Кожухотрубные

Кожухотрубные контуры проще по конструкции, но менее эффективны, поэтому их делают размерами побольше. Из-за значительной материалоемкости бытовые газовые котлы оснащаются такими теплообменниками все реже. Зато конструкция кожухотрубных контуров более надежна и выдерживает серьезные нагрузки при эксплуатации. Поэтому в основном ими оснащаются агрегаты промышленного назначения.

Данные теплообменники представляют собой трубу, в которую укладывают множество мелких трубок. По ним движется нагретая вода, которая затем подается в краны.

Обратите внимание! КПД кожухотрубных теплообменников ниже, чем пластинчатых аналогов

Битермические теплообменники

Битермические контуры представляют собой две трубы, вставленные одна в другую: по внутреннему теплообменнику движется ГВС, а по внешнему – теплоноситель системы отопления. Газовые котлы с такой конструкцией контуров более производительны, горячая вода в них нагревается быстрее, чем в обычных аналогах. Однако есть у битермических теплообменников и недостатки: они засоряются солевыми отложениями быстрее, что приводит к скорому выходу их из строя. Поэтому, если выбор пал именно на агрегат, оборудованный совмещенным контуром, то нужно поставить на вход холодной воды фильтр, который будет задерживать все соли и грязь. Иначе теплообменник быстро забьется осадком и выйдет из строя. Вычистить его, как отдельный контур, не удастся. Придется покупать новый битермический теплообменник, который стоит довольно дорого.

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

Принцип работы

При выборе котла учитывают, как устройство функционирует. В простой одноконтурной модели, если бойлер не предусмотрен, насос поставляет теплоноситель в отопительную систему до тех пор, пока не достигнута нужная температура. После техника переходит в режим ожидания. То есть до снижения температуры до заданного уровня, а потом снова включается.

Принцип работы двухконтурного газового котла характеризуется тем, что в режиме отопления горелка включается автоматически, сразу после того, как температура снижается до необходимого уровня. В процессе сжигания газа тепло передается теплоносителю, который затем поступает в отопительный контур. То есть в этом отношении модели уступают одноконтурным. При повышении температуры до заданного уровня котел отключается.

Для горячего водоснабжения в приборах предусмотрен встроенный бойлер. Размеры резервуара ограничены по сравнению с внешними емкостями, подключаемыми к одноконтурным моделям. Выбирая такой вариант для частного дома, учитывают, сколько в нем проживает людей, а также количество точек забора. Покупка двухконтурного котла не всегда выгодна. Пока оборудование нагревает воду, прибор не отапливает помещение.

Функционирование агрегата

Описание принципа работы двухконтурного газового котла отопления поможет понять особенности функционирования агрегата, который обеспечивает не только автономное отопление, но и горячее водоснабжение.

В ходе эксплуатации в работу агрегата вмешиваться не нужно — достаточно корректировать уровень нагрева теплоносителя при помощи регулятора, если не установлена автоматическая программируемая система с термодатчиками.

Рассмотрим, как работает двухконтурный газовый агрегат. При понижении температуры теплоносителя ниже указанного значения (или температуры воздуха в помещении, если используются выносные датчики), автоматика запускает насос, под действием которого происходит разрежение теплоносителя в обратном трубопроводе. Нагретая жидкость попадает в контур отопления, когда достигается необходимое давление, срабатывает реле и происходит запуск горелки.

Процесс запуска и работы котла контролируется микропроцессором. Когда теплоноситель в контуре нагревается до заданной температуры, горелка переходит на работу в режиме модуляции или ожидания. Цикл повторяется, когда температура вновь упадет ниже заданных значений.

Циркуляционный насос обеспечивает транспортировку теплоносителя в контуре, функция трехходового клапана — отключать отопительный контур от подачи теплоносителя, когда с его помощью готовится горячая воды в теплообменнике. С этой целью теплоноситель перемещается внутри котла по малому контуру, отдавая тепло воде для ГВС.

Летом, когда отопление не требуется, двухконтурный агрегат может выполнять только функцию нагрева воды для горячего водоснабжения.

Сбои в работе агрегата обычно связаны с засорением теплообменника отложениями. Осадок, накипь скапливаются на внутренних стенках трубок. Чтобы избежать проблем, не рекомендуется подключать отопительный контур для заливки и подпитки напрямую к водопроводу, как и контур ГВС. Как минимум, следует установить сетчатые фильтры.

Итоги. Двухконтурные агрегаты автоматизированы, что обеспечивает удобство эксплуатации и надежность. К преимуществам газовых котлов также относится компактные габариты — настенные модели занимают минимум места и пригодны для установки в жилом помещении. Модельный ряд дает возможность подобрать многофункциональный котел подходящей ценовой категории.

Современная панель управления двухконтурного конденсационного газового котла

Преимуществом двухконтурных моделей является доступная стоимость — дешевле купить один такой агрегат, чем комплект из одноконтурного котла и бойлера прямого или косвенного нагрева.

К недостаткам можно отнести относительно небольшую производительность горячей воды, особенно если речь о моделях без встроенного бойлера — если одновременно открыто два и более крана, агрегат не справится с нагревом до заданной температуры. В то время как отдельно установленный бойлер всегда хранит достаточный запас горячей воды.

Еще один недостаток — энергозависимость. В конструкцию двухконтурного теплогенератора входит циркуляционный насос, автоматика, привод для трехходового клапана, которые требуют электроснабжения. Если в доме регулярно отключается свет из-за перебоев в подаче электроэнергии, необходимо предусмотреть резервный источник электричества.

В остальном двухконтурные котельные агрегаты вполне подходят для домовладельцев, желающих создать эффективно работающую автономную систему отопления и ГВС без лишних финансовых затрат.

Видео по теме:

Принцип работы

Двухконтурный газовый котел работать может в двух режимах — отопления и подогрева воды. В самом котле есть два контура, по которым движется теплоноситель. Один из них — с первичным теплообменником — работает на отопление, второй — с пластинчатым теплообменником — на подготовку воды ГВС. Переключение происходит при помощи трехходового клапана.

Точный режим работы двухконтурного котла закладывается производителем, но обычно механизм работы на отопление такой:

• При понижении температуры в помещении ниже определенного уровня, автоматика передает сигнал на включение циркуляционного насоса. Теплоноситель начинает движение, создавая разряжение в обратном трубопроводе. Одновременно включается горелка.
• Протекая через теплообменник теплоноситель нагревается, разнося тепло по системе.
• Оббегая радиаторы, он остывает и возвращается на вход котла с более низкой температурой.
• Снова нагревается, проходя через теплообменник.
• При достижении заданной температуры (есть контроль по температуре теплоносителя, есть — по температуре помещения), горелка отключается, теплоноситель еще некоторое время циркулирует, подгоняемый циркуляционным насосом (режим постциркуляции). Когда температура теплообменника падает до определенного уровня, циркуляционный насос останавливается. Котел не работает до тех пор, пока температура находится в пределах нормы. Как только она становится на 1°C ниже установленного предела, котел снова включается.

  Разные режимы работы двухконтурных газовых котлов

С некоторыми вариациями этот алгоритм работы повторяется в разных котлах. При подогреве воды для бытовых нужд все происходит примерно также, только сигналом к включению горелки является появление расхода воды в контуре. То есть вы открываете кран горячей воды, зажигается горелка. Только при таком режиме работы трехходовой клапан переключается и замыкает теплоноситель внутри котла. От горячего теплоносителя нагревается вторичный теплообменник, а от него — подогревается проточная вода. Нагрев прекращается при перегреве воды (когда достигнуто пороговое значение) или после того, как кран закрыли. Горелка гаснет, циркуляционный насос отрабатывет до тех пор, пока не остынет теплообменник, потом отключается.

Описание теплообменника с плавающей головкой “ТП”

Теплообменник с плавающей головкой является одним из востребованных видов кожухотрубчатых теплообменников и широко используется на НПЗ, а также других различных промышленных предприятиях.

Главной особенностью данного аппарата является наличие температурного компенсатора в виде так называемой “плавающей головки”.

Ниже приведены 2 варианта исполнения “плавающей головки”:

1. Верхний рисунок – конструкция с возможностью извлечения трубного пучка без демонтажа самой головки, характеризуется пониженной тепловой эффективностью из-за наличия байпасных потоков(обозначение T по TEMA).
2. Нижний рисунок – конструкция, при которой требуется демонтаж головки для извлечиния трубного пучка (обозначение S по TEMA). Наиболее распространена на отечественных НПЗ.

В обоих случаях, наличие плавающей головки, позволяет использовать теплообменник при большой разнице температур между технологическими средами в трубной и межтрубной полости аппарата.

Таким образом, данный вид аппарата более универсален по сравнению с теплообменниками жесткотрубной конструкции и может применяться в широком диапазоне сочетания различных сред с большой разницей температур. Однако, из-за наличия плав. головки стоимость теплообменника также возрастает. Поэтому использование этого оборудования должно быть технически обосновано. При указании шифра аппарата используют аббревиатуру “ТП” – теплообменные аппараты с плавающей головкой согласно ТУ 3612-023-00220302-01 ВНИИНефтемаша.

Кстати, прочтите эту статью тоже: Аналоги нержавеющих сталей

Принцип работы двухконтурного газового котла

Теперь мы приступим к разбору принципа работа газового двухконтурного котла. Назначение отдельных узлов и модулей мы выяснили, теперь эти знания помогут нам понять, как работает все это оборудование. Рассматривать принцип работы будем в двух режимах:

• В режиме обогрева;
• В режиме генерации горячей воды.

В режиме обогрева котел обеспечивает ваш дом теплом.

Сразу отметим тот факт, что работа в двух режимах сразу невозможна – для этого в двухконтурных котлах предусмотрен трехходовой клапан, направляющий часть теплоносителя в контур ГВС. Давайте рассмотрим принцип работы при обогреве, а потом узнаем, как работает техника в режиме горячего водоснабжения.

В режиме обогрева двухконтурный котел работает так же, как и самый обычный проточный нагреватель. При первом включении горелка работает довольно долго, поднимая температуру в контуре отопления до заданной отметки. Как только будет достигнут необходимый температурный режим, подача газа отключится. Если в доме установлен датчик температуры воздуха, то автоматика будет учитывать его показания.

На работу газовой горелки в двухконтурных котлах может влиять и погодозависимая автоматика, контролирующая температуру уличного воздуха.

Тепло от работающей горелки нагревает теплоноситель, который гоняется по отопительной системе в принудительном режиме. Трехходовой клапан находится в таком положении, чтобы обеспечить нормальное прохождение воды через основной теплообменник. Продукты сгорания удаляются двумя способами – самостоятельно или с помощью специального вентилятора, располагающегося в верхней части двухконтурного котла. Система ГВС при этом находится в отключенном состоянии.

Работа в режиме подачи горячей воды

Что касается контура горячего водоснабжения, то он запускается в тот момент, когда мы поворачиваем ручку водопроводного крана. Появившийся ток воды приводит к срабатыванию трехходового клапана, который отключает отопительную систему. Одновременно с этим происходит розжиг газовой горелки (если на тот момент она была отключена). Спустя несколько секунд из крана начинает течь горячая вода.

При переходе в режим подачи горячей воды, контур отопления полностью отключается.

Давайте разберем принцип работы контура ГВС. Как мы уже говорили, его включение приводит к отключению работы отопления – здесь может работать только что-то одно, или ГВС или отопительная система. Управляет всем этим трехходовой клапан

Он направляет часть горячего теплоносителя во вторичный теплообменник – обратите внимание, что никакого пламени на вторичке нет. Под действием теплоносителя теплообменник начинает греть протекающую через него воду

Схема несколько сложноватая, так как здесь задействуется малый круг циркуляции теплоносителя. Подобный принцип работы нельзя назвать самым оптимальным, зато двухконтурные газовые котлы с раздельными теплообменниками могут похвастаться нормальной ремонтопригодностью. Каковы особенности котлов с комбинированными теплообменниками?

• Более простая конструкция;
• Высока вероятность образования накипи;
• Более высокий КПД у ГВС.

Как мы видим, недостатки плотно переплетаются с достоинствами, но раздельные теплообменники ценятся больше. Конструкция несколько усложняется, зато здесь отсутствует накипь

Обратите внимание, что в момент работы ГВС протекание теплоносителя по отопительному контуру останавливается. То есть, его длительная работа способна нарушить тепловой баланс в помещениях

Как только мы закрываем кран, происходит срабатывание трехходового клапана, и двухконтурный котел переходит в режим ожидания (или сразу же включается подогрев чуть остывшего теплоносителя). В таком режиме оборудование будет находиться до тех пор, пока мы снова не откроем кран. Производительность некоторых моделей достигает до 15-17 л/мин, что зависит от мощности используемых котлов.

Характеристики двухконтурного газового котла

При выборе двухконтурного котла, стоит обратить внимание не только на материалы, но и заявленные характеристики:

​

1. Мощность. Чем больше площадь отапливаемого дома и больше его теплопотери, тем мощнее потребуется котёл. Для дома в 100 квадратных метров в умеренных широтах понадобится котёл мощностью 12 Квт.
2. Коэффициент полезного действия. Усовершенствованные теплообменники и горелки двухконтурных котлов, наличие «умной» автоматики и программ управления позволяет приблизить КПД к фантастическим 98%.
3. Вид камеры сгорания. Выделяют котлы с открытой и закрытой камерами сгорания.

При закрытой камере сгорания подача воздуха и выброс продуктов горения осуществляется специальным коаксиальным дымоотводом. Открытая камера сгорания использует воздух в помещении, а выхлоп идёт в стационарный дымоход с естественной тягой. Для котлов с открытой камерой сгорания необходим дымоход, отдельное котельное помещение. С закрытой камерой сгорания можно устанавливать вблизи любой наружной стены, но стоят они дороже.

1. Наличие дополнительной конденсационной системы. Температура выходящих газов обычного котла около 150 градусов, а конденсационного — всего 40. Разница температур идёт на отопление дома.

Неисправности и ремонтные работы

Работа агрегата с двумя теплообменниками зависит от металла: сталь или чугун, способна продолжаться соответственно от 8 до 15 лет, при выполнении пользователем всех регламентных работ, установленных производителем котельного оборудования.

Если с первой проблемой собственник агрегата может справиться сам и выполнить ремонт теплообменника газового котла своими руками, то разрыв аппарата, практически не ремонтируется, а подлежит полной замене, на однотипную конструкцию. Специалисты могут выполнить пайку теплообменника для газовых котлов, но, как правило, после такого ремонта он не долговечен.

Замена дефектного теплообменника

Замена теплообменного аппарата западной сборки, находящегося на гарантийном обслуживании выполняется сервисным центром, а отечественные модели можно заменить самостоятельно.

Для этого предварительно подбирают нужную модификацию, если нет в торговой сети, обращаются на завод-изготовитель. Для того чтобы заменить неисправный элемент котла, потребуется выполнить снятие дефектного устройства.

Алгоритм демонтажа теплообменного аппарата котла для замены или промывки от накипи:

1. Отключают котлоагрегат от газовой магистрали и электрической сети.
2. Снимают лицевую панель.
3. Закрываю арматуру на патрубке подачи и обратки теплоносителя.
4. Открывают дренажный вентиль и спускают воду из сети и котла.
5. Снимают крепление на газовой трубе и отсоединяют газовый патрубок.
6. Снимают крышку системы автоматики от первичных приборов.
7. Демонтируют датчики с топочной камеры, снимают крепления на крышке и снимаю ее.
8. Отключают и демонтируют вентилятор, для того чтобы снять теплообменник.
9. Снимают фиксаторы на трубах, подведенных к первичному теплообменному аппарату.
10. Снимают топку котлоагрегата и переносят ее в помещение.
11. Убирают верхнюю крышку отсека.
12. Снимают первичный аппарат.
13. Устанавливают новый теплообменник на газовый котел и собирают котел в обратном порядке.

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.