Теплообменник гвс принцип работы. Пластинчатый теплообменник для отопления

Кожухотрубная конструкция теплообменника, где среды движутся навстречу друг другу по трубкам, помещенным одна в другую, постепенно уходит в прошлое. Эти громоздкие устройства больших габаритов хотя и функционировали довольно эффективно, но не могли похвастать большим расходом нагреваемой среды. Им на смену пришли новые агрегаты – скоростные пластинчатые теплообменники. Их устройству, принципу действия и применению как раз и посвящена данная статья.

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:

Технические характеристики

Пластины и прокладки могут изготавливаться из различных материалов, их выбор зависит от назначения агрегата, ведь сфера применения подобных теплообменников весьма широка. Мы же рассматриваем системы отопления и ГВС, где они выступают в качестве теплосилового оборудования. Для этой сферы пластины делаются из нержавеющей стали, а прокладки – из резины NBR или EPDM. В первом случае теплообменник из нержавеющей стали может работать с водой, нагретой до максимальной температуры 110 ºС, во втором – до 170 ºС.

Для справки. Данные теплообменники используются и для разных технологических процессов, когда сквозь них протекают кислоты, щелочи, масла и другие среды. Тогда пластины производятся из титана, никеля и различных сплавов, а прокладки – из фторкаучука, асбеста и других материалов.

Расчет и подбор теплообменника осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения по таким параметрам:

требуемая температура нагрева жидкости;
исходная температура теплоносителя;
необходимый расход нагреваемой среды;
расход теплоносителя.

Примечание. В качестве греющей среды, протекающей сквозь пластинчатый теплообменник для ГВС, может выступать вода температурой 95 или 115 ºС, либо пар, нагретый до 180 ºС. Это зависит от типа котельного оборудования. Количество и размер пластин подбирается таким образом, чтобы на выходе получить воду с максимальной температурой не более 70 ºС.

Надо сказать, что преимущества пластинчатых теплообменников заключаются не только в скромных размерах и способности обеспечить большой расход. Дело в том, что диапазон подбираемых площадей обмена и расходов у рассматриваемых агрегатов чрезвычайно широк. Самые малые из них имеют площадь поверхности менее 1 м2 и рассчитаны на протекание 0.2 м3 жидкости за 1 час, а наибольшие – 2000 м2 при расходе свыше 3600 м3/ч. Ниже в таблице представлены технические характеристики, которые показывает эксплуатация пластинчатых теплообменников известного бренда ALFA LAVAL:

По исполнению теплообменные агрегаты бывают следующих видов:

разборные: наиболее распространенный вариант, позволяющий быстро и качественно осуществлять ремонт и обслуживание скоростного теплообменника;
паяные или сварные: такие аппараты не имеют резиновых прокладок, там пластины жестко соединены между собой и помещены в цельный корпус.

Примечание. Именно паяные теплообменники многие мастера-умельцы используют для частного дома, приспосабливая их под нагрев или охлаждение воды.

Обвязка теплообменника

Как правило, установка подобного теплосилового оборудования предусматривается в индивидуальных котельных многоквартирных жилых домов или промышленных предприятий, а также в тепловых пунктах централизованных систем теплоснабжения. Цель – получить воду для нужд ГВС температурой до 70 ºС либо теплоноситель до 95 ºС при использовании паровых и высокотемпературных водогрейных котлов.

Ввиду небольших габаритов и веса монтаж теплообменника производится достаточно просто, хотя мощные агрегаты и требуют устройства фундамента. В любом случае выполняется заливка фундаментных болтов, с помощью которых аппарат надежно фиксируется на своем месте. Теплоноситель всегда подводится к верхнему патрубку, а обратный трубопровод присоединяется к штуцеру, расположенному под ним. Подача нагреваемой воды подключается, наоборот, к нижнему патрубку, а ее выход – к верхнему. Простейшая схема обвязки пластинчатого теплообменника показана ниже:

В контуре подачи теплоносителя обязательно присутствует свой циркуляционный насос, установленный на подающем трубопроводе. В соответствии с правилами помимо рабочего насоса параллельно ставится резервный такой же мощности. Если же в системе ГВС имеется магистраль обратной циркуляции, то схема подключения приобретает такой вид:

Здесь используется тепло воды, идущей по замкнутому контуру ГВС, к ней подмешивается холодная из водопровода и только потом смесь поступает в теплообменник. Регулирование температуры на выходе осуществляет электронный блок, управляющий клапаном на линии подачи теплоносителя. Ну и последняя схема – двухступенчатая, позволяющая использовать тепловую энергию обратной линии системы отопления:

Схема позволяет существенно экономить, снимая лишнюю нагрузку с котлов и используя имеющееся тепло по максимуму. Следует обратить внимание, что во всех схемах на входе в скоростной теплообменник устанавливаются фильтры. От этого зависит надежная и долговечная работа агрегата.

Заключение

Как показывает практика, современный пластинчатый теплообменник все же немного уступает старому кожухотрубному по одному критерию. Выдавая большой расход, скоростные агрегаты немного недогревают выходящую жидкость, этот недостаток обнаружен специалистами во время эксплуатации. Поэтому при подборе количества и площади пластин принято делать небольшой запас.

Сегодня в большинстве случаев для горячего водоснабжения используется пластинчатый теплообменник ГВС . Он пришел на смену технологически устаревшему кожухотрубному.

Пластинчатый теплообменник более экономичный, а потому и более востребованный. Его основное место применения – коммунальное теплоснабжение. К другим преимуществам данного агрегата следует отнести:

компактность (занимают площадь в несколько раз меньше, нежели другие виды);
высокий коэффициент теплопередачи;
низкую теплопотерю;
низкие затраты на проведение монтажно-наладочных и ремонтных работ;
возможность для очистки и модернизации (дополнительная мощность наращивается путем добавления пластин);
простоту монтажа (теплообменник пластинчатый благодаря своей конструкции устанавливается либо на пол, либо на несущую конструкцию, расположенную в блочном теплопункте).

Схемы подключения

В коммунальном хозяйстве, как правило, используют три схемы, согласно которым подключается теплообменник ГВС: одноступенчатая параллельная; смешанная двухступенчатая; последовательная двухступенчатая.

Параллельная схема – самая простая. Нагрев воды происходит непосредственно в агрегате. Сам теплообменник ГВС устанавливается параллельно отопительной системе. Регулирование происходит с помощью регулирующего клапана и заключается в поддержании определенной температуры уже нагретой воды. Данная схема считается весьма надежной.

Двухступенчатые схемы были разработаны, чтобы снизить расход теплоносителя и затрат на его транспортировку. Они дают возможность использовать тепловую энергию обратной воды отопительной системы, что позволяет предварительно подогревать исходную холодную воду. Такой теплообменник пластинчатый работает по принципу экономайзера, то есть вода подогревается на двух агрегатах. На обратном трубопроводе отопительной системы последовательно устанавливается теплообменник первой ступени. Именно он выполняет функцию экономайзера и подогревает воду до 30-40 градусов. После этого теплая вода поступает во вторую ступень, второй теплообменник ГВС догревает ее до нужной температуры. Второй теплообменник пластинчатый включается либо последовательно, либо параллельно отопительной системе. Применение двухступенчатых схем при одинаковой нагрузке агрегата позволяет экономить около 40% теплоносителя (процент берется относительно расхода теплоносителя в параллельных схемах).

Двухступенчатые схемы более дорогие, так как в их работе задействовано два агрегата. Монтируется теплообменник ГВС сложнее, поэтому стоимость монтажа в 2, а порой и в 4 раза выше.

Компания «АСТЕРА» предлагает Вам приобрести теплообменник ГВС фирмы Sondex (Дания). Это надежное оборудование, которым пользуются во многих странах мира. Наши высококвалифицированные менеджеры подберут для Вас необходимую модель. Опытные инженеры компании наладят запуск оборудования. Если Вы решили подключать двухступенчатый теплообменник пластинчатый, специалисты «АСТЕРЫ» грамотно увяжут между собой ступени системы ГВС с системой отопления, а также с регулирующим клапаном. Обращайтесь, мы ждем Ваших звонков.

Высококвалифицированные специалисты компании «Астера» оперативно и профессионально проконсультируют Вас и осуществят.

Холодное и горячее водоснабжение – две инженерные системы, связанные с комфортными условиями проживания в частном доме. И если с водопроводом холодной воды все более или менее понятно, потому что это трубная разводка от насоса, который забор воды производит из колодца или скважины. То горячее водоснабжение – сеть более сложная, и условия ее эксплуатации в основном зависят от нагревательного элемента, в качестве которого чаще всего выступает отопительный котел. А так как котловых агрегатов очень много, имеется в виду их конструктивные особенности, то соответственно и вода в них будет нагреваться по-разному. Один из вариантов, который сегодня используется чаще остальных, это установленные в котле или вне него теплообменники для горячего водоснабжения частного дома.

Схема ГВС с установленным теплообменником

Свое название теплообменники получили по прямому своему назначению. То есть, в этих агрегатах происходит обмен температурами. А так как разговор идет о горячем водоснабжении, то понятно, что тепло от горячей воды передается холодной, чтобы на выходе она стала также горячей. А так как у ГВС нет свое источника тепла, то есть, напрямую вода в системе не нагревается от энергоносителя, то соответственно должен быть свой собственный нагреватель или система, которая нагревала бы воду. И такой системой выступает отопление.

Получается так, что горячая вода в отопительной системе проходит через теплообменник и часть своего тепла через стенки прибора отдает холодной воде, расположенной в какой-то емкости. И такие емкости называются бойлерами. А вся нагревательная технология называется косвенной, потому что нет прямого взаимодействия энергоносителя с конструкцией подогрева системы горячего водоснабжения.

Типы теплообменников

Самый простой теплообменник – это змеевик из металлической трубы. Понятно, что металл – идеальный материал с высокой теплопроводностью, а значит, передача тепла будет быстрой и максимально эффективной. И чем больше диаметр змеевика, чем больше в нем витков, тем интенсивнее он будет отдавать тепло, потому что таким образом увеличивается площадь теплообмена. Конечно, на интенсивность теплоотдачи будет влиять и разница между холодной водой в бойлере, и горячей в системе отопления. И чем разница будет меньше, тем лучше. Правда, необходимо отметить, что вода в скважине обычно составляет в среднем +10С, приплюсуйте сюда зимнюю температуру, то получается так, что при необходимости довести воду в ГВС до температуры +40-45С, нужно нагреть воду в отопительной системе до +80-90С.

Пластинчатые теплообменники

Еще одна разновидность – это пластинчатые теплообменники для горячего водоснабжения. В основе их конструкции лежат гофрированные пластины, которые устанавливаются между плитами и сжимаются между собой специальными болтовыми соединениями.

По эффективности пластинчатые теплообменники превосходят трубные. Все дело в тех самых пластинах, за счет которых прибор и получил свое название. У них большая площадь теплоотдачи, их самих большое количество, нагреваются они от труб, которые пронизывают все пластины в четырех местах, отсюда, в принципе, и сильный их нагрев. На фото ниже показан такой агрегат.

Технология прямого нагрева

О косвенном нагреве воды сказано, но есть и еще одна технология нагрева, которая называется прямой. То есть, теплообменник в системе горячего водоснабжения устанавливается непосредственно в топку отопительного котла. То есть, производится нагрев прибора непосредственно энергоносителем. Как показывает практика, в такой системе ГВС обычно устанавливаются агрегаты комбинированного типа. в основе их конструкции лежит трубный змеевик, по которому движется холодная вода. А для усиления теплоприема дополнительно устанавливаются пластины, тем самым увеличивая интенсивность забора теплоэнергии. На фото ниже такой агрегат показан. Кстати, эти приборы называются первичными.

Первичный теплообменник

Изготавливают их чаще всего или из нержавеющей стали, или из медного сплава. Необходимо отметить, что данный тип теплообменных приборов подвергается большим нагрузкам. Это касается не только температуры. Все дело в том, что внутри труб происходят процессы под действием высокой температуры, которые приводят к быстрому отложению на стенках минералов и различных солей. А это уменьшение диаметра трубы, а следствие – снижение интенсивности теплоотдачи в сторону проходимой по трубам воде. Поэтому очень важно, эксплуатируя водопроводную систему частного дома, уделять внимание качеству забираемой из скважины или колодца воды. А самое простое в этом случае – это установить фильтра разного назначения, то есть, организовать грамотно систему водоочистки.

Заключение по теме

Выбрать ту или иную модель теплообменного устройства по конструктивным особенностям – это, значит, выбрать саму систему горячего водоснабжения. А точнее сказать, подход к реализации принципа нагрева воды для ГВС. Поэтому еще на стадии проектирования и планирования систем отопления и горячего водоснабжения надо учитывать, каким способом будет производиться нагрев воды.