Домашнее водяное отопление

История появления и внедрения

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Порядок действий:

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

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:

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.

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.

Порядок действий:

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

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.