Теплообменник для отопления и горячей воды
Теплообменник для отопления дачного дома или коттеджа, в которых присутствует котел и автономная система водяного обогрева, стремительно набирает популярность и становится неотъемлимым атрибутом комфорта. Задача теплообменника – передать тепло, выделяющееся при сгорании топлива, теплоносителю, который обогревает стены дома и воздух внутри него.
Способы автономного обогрева дома.
Схема обогрева дома реализуется двумя путями. В первом случае теплообмен происходит непосредственно в зоне сгорания топлива. Через топку проходит водяной контур (или несколько контуров), в нем теплоноситель разогревается до температуры, близкой к точке кипения или превращается в пар. Он устремляется по контуру и сам непосредственно обогревает дом и прилегающие хозяйственные постройки. В зоне топки может быть устроено несколько теплообменников. В зависимости от близости к очагу максимальной температуры они поставляют теплоносители для разных нужд:
- горячего водоснабжения;
- наполнения бассейна;
- автоматического полива и т.
д.
д.Другой способ предполагает наличие дополнительного звена – теплообменника вода вода для отопления и горячего водоснабжения. В этом случае замкнутый контур, проходящий через котел, не выходит за пределы котельной, а передает тепловую энергию контуру «второго порядка». В этом случае в трубах отопления циркулирует уже не раскаленный пар, а просто горячая вода и непредвиденный прорыв контура будет неприятным, но не приведет к фатальным последствиям.
С точки зрения технического устройства существует много видов таких вторичных теплообменников, однако чаще всего в коттеджах устанавливают экономичные и недорогие пластинчатые теплообменники для отопления. Они не только считаются самыми эффективными и простыми в обслуживании, но и имеют самую давнюю историю. По свидетельствам античных авторов, примитивные пластинчатые теплообменники из полых щитов и доспехов использовали еще воины Древнего Рима, когда в зимних походах им нужна была теплая вода для мытья.
Как устроен пластинчатый теплообменник?
Пластина в теплообменнике имеет форму узкого параллелепипеда. Ее поверхность покрыта бороздками, что дополнительно увеличивает площадь теплообмена. Существуют также оребренные пластины, цель та же – максимально увеличить площадь соприкосновение холодной среды с теплонесущей металлической перемычкой.
Из чего делают теплообменники?
Материал большинства теплообменников – медь, латунь, титан и различные сплавы с высоким показателем теплопроводности. Нержавеющая сталь проводит тепло в несколько раз хуже меди, однако ее плюсом является коррозионная стойкость. Впрочем, чисто стальные устройства встречаются довольно редко.
Самые высокую теплопроводность в мире имеет кристаллический углерод – графит, алмаз, графен.
Эти природные и синтетические материалы в 5 – 10 раз лучше проводят тепло, чем серебро и медь. И если алмазные теплообменники для коттеджа представить сложно, то трубы и пластины из искусственных углеродистых материалов – вполне реальное будущее.
Дополнительную эффективность пластинчатых теплообменников для отопления обеспечивает то, что пластины плотно сжаты между собой специальными боковыми плитами. Щель между пластинами составляет лишь несколько миллиметров. В итоге практически вся масса холодной волы проходит в непосредственной близости от пластин и быстро нагревается. Комплекс пластин называется регистром или в просторечии батареей. В одной батарее обычно 7 – 10 элементов, но их может быть гораздо больше. Регистр полностью перекрывает собой контур с холодной жидкостью, образуя частую решетку из параллельных элементов.
Как бороться с накипью?
Внутренние каналы, по которым циркулирует горячая вода, имеют извилистую форму, полученную методом холодной штамповки.
Это сделано для того, чтобы в процессе циркуляции в массе рабочего теплоносителя все время возникала турбулентность (разнонаправленные завихрения). Благодаря им в пластинчатых системах на стенках оседает гораздо меньше накипи, нежели, например, в простых полых трубках.
Количество накипи зависит во многом от качества водоподготовки. Если в системе отопления используется вода из скважины (а так бывает в абсолютном большинстве случаев), то при выборе теплообменника надо обязательно учитывать ее pH свойства. Даже если среда щелочная (“мягкая”, мылкая на ощупь), накипь будет образовываться в любом случае и систему нужно будет периодически чистить.
Пластинчатые теплообменники могут быть разборными, паяными и литыми. Первый вариант наиболее удобен с точки зрения обслуживания и чистки каналов от накипи. Для чистки применяются механические средства, абразивные материалы и минеральные кислоты (соляная или серная). При использовании едких жидкостей необходимо убедиться, что они не повредят металлический корпус и внутренние каналы.
Как подобрать теплообменник?
Перед тем, как купить и смонтировать теплообменник для отопления типа вода – вода, нужно произвести профессиональные теплотехнические расчеты и выяснить, достаточно ли будет получаемой энергии для эффективного обогрева здания. Вполне возможно, параллельно установке системы отопления нужно будет повысить энергосберегающие свойства дома – поменять окна, дополнительно утеплить стены, потолки и кровлю. Необходимо также обеспечить минимизацию теплопотерь в самой зоне теплообмена, надежно изолировав контуры с теплоносителями.
Пластинчатые теплообменники для отопления
Пластинчатый теплообменник для отопления — это устройство, которое предназначено для того, чтобы сделать процесс теплообмена менее энергозатратным. Сферы применения пластинчатых теплообменников отопления очень широка, они используются при обогреве промышленных зданий, складов, торговых зал, бассейнов и многих других помещений.
Теплообменник — один из основных элементов современной отопительной системы. Именно через него происходит передача тепла от теплоносителя (горячая вода с ТЭЦ или котельной, в среднем 80-110 °C) воде, циркулирующей в контуре отопления.
Переход на независимую схему отопительной системы
Основной целью перехода на независимую систему отопления является экономия энергии. От теплоносителя забирается только тот уровень тепла, который необходим для потребителя.
Независимая схема подключенияТеплообменник в независимой системе разделяет ее на 2 контура: внуренний и внешний. Тем самым теплообменный аппарат к тому же выступает как защита от гидравлического удара.
Помимо этого, независимая схема отопления помогает избавиться от некачественной воды во внутреннем контуре, туда заливается подготовленная вода.
Переход на закрытую (независимую) систему отопления осуществляется в соответствии с изменениями и дополнениями, внесенными в Федеральный Закон № 190-ФЗ от 27 июля 2010 года «О теплоснабжении» (внесены Федеральным законом № 417-ФЗ от 7 декабря 2011 года).
Теплообменник: пластинчатый или кожухотрубный
Кожухотрубный теплообменник для отопления представляет собой две трубы различных диаметров, меньшая из которых располагается внутри большей. Межтрубное пространство заполняется горячей водой, а через внутреннюю трубу протекает вода холодная. Нагретая в котельной вода передает тепло холодной воде, которая, нагреваясь, поступает по трубопроводу в отапливаемое помещение.
Основной частью современных теплообменников для систем отопления становятся теплопередающие пластины, значительно увеличивающие площадь передачи тепла, при этом повышется коэффициент передачи тепла.
Таким образом разборные пластинчатые теплообменники в системах отопления подходят лучше всего, как со стороны эффективности теплопередачи, так и со стороны удобств эксплуатации.
Пластинчатые теплообменники также работают со средами пар-вода в паровых центральных котельных. Температурный график теплоносителя в таком случае 150 на входе, 70-80 градусов — обратка. По внутреннему контуру вода подается в соответствии со стандартным температурным графиком.
Теплообменники для отопления можно разделить на одноходовые и многоходовые. При нетипичных условиях необходимо менять ход жидкости внутри теплообменника, таким образом распределить теплопередачу. Многоходовой теплообменник состоит из нескольких теплообменных элементов, соединенных между собой последовательно. Каждый элемент работает в определенном режиме, а все вместе образуют единый рабочий контур. В зависимости от количества элементов и их расположения различают: одноходовой, двухходовой и трехходовой.
Производство двух теплообменников системы отопления ТИ28-55 мощностью 1302 квт.
Один из теплообменников резервный.
Ниже представлен расчёт данного теплообменника отопления.
Теплообменник рассчитывается исходя из тепловой нагрузки (мощности), выделенной на отопительную систему дома и температурных графиков (температура подачи теплоносителя и требуемая температура на выходе). Для отопления тепловую нагрузку можно прикинуть по площади помещения и высоте потолков.
Теплопотери помещения, где находятся люди, можно рассчитать по формуле, зависящей от теплопотери здания, температура воздуха в помещении. Например, площадь помещения 30 м², а высота потолков 3 метра.
- Теплопотери: 30 x 3 = 90 Вт.
- Температура воздуха на входе в систему отопления: 20 C, на выходе из системы отопления — 16 C.
- Удельная теплоемкость воздуха: c = 4,19 Дж/кг C.
- По формуле находим теплоту, выделяемую системой отопления, 90 x 4,19 = 402 Дж.
Важно! Удешивить теплообменник можно в случае установки более мощного насоса. Экономия на теплообменнике может привести к еще большим затратам на насос, поэтому при подборе важно взвесить выгоду от удешевления ПТО и потенциальные затраты на более дорогой насос.
Скачать опросный лист для подбора пластинчатого теплообменника отопления
Пластинчатый теплообменник 1.3 мВт, назначение — отопление.
| — | Единица измерения | Греющий контур | Нагреваемый контур |
|---|---|---|---|
| Среда | Вода | Вода | |
| Рабочие Параметры | |||
| Температура на Входе | °C | 100.00 | 70.00 |
| Температура на Выходе | °C | 80.00 | 90.00 |
| Массовый Расход | — | 56.03 т/ч | 56.12 т/ч |
| Потери Напора | — | 29.23 кПа | 29.50 кПа |
| Свойства Теплоносителя | |||
| Динамическая Вязкость | сР | 0.313 | 0.354 |
| Теплоёмкость | кДж / кг °К | 4.185 | 4.178 |
| Теплопроводность | Вт / м °К | 0.656 | 0. 653 |
| Плотность | кг / м3 | 964.84 | 970.83 |
| Энтальпия Пара | кДж / кг | — Нет — | — Нет — |
| Характеристики | |||
| Тепловая Мощность | кВт | 1302.54 | |
| Поверхность Теплообмена | м2 | 14.64 | |
| Запас по Поверхности | % | 18.15 | |
| Устойчивость к Загрязнению | м2 °К / Вт | 0.0000173 | |
| Средне-Логарифмическая Разность Температур | °К | 10.00 | |
| Коэф-т Теплопередачи Необходимый | Вт / м2 °К | 8898 | |
| Коэф-т Теплопередачи Фактический | Вт / м2 °К | 10513 | |
| Конструкция | Контур | Греющий | Нагреваемый |
| Объем Рабочей Среды | дм3 | 19.39 | 19.39 |
| Максимальная Рабочая Температура | °C | 180 | 180 |
| Материал Уплотнений | — | EPDM(p) Clip-On | EPDM(p) Clip-On |
| Материал Рамы | — | Углерод. Сталь | |
| Материал Пластины | — | AISI 304 | |
| Толщина Пластины | м | 0.0005 | |
| Количество Пластин | шт | 55 | |
| Количество Ходов | шт | 1 | |
| Количество Каналов | шт | 27 | 27 |
| Раскладка Каналов | — | 12 HH + 15 HL | 12 HH + 15 HL |
| Давление: Макс.Рабочее / Испытания / Пара | Бар | 6 / 8 / — | |
| Вес Теплообменника НЕТТО | кг | 412 | |
| Конструкция Присоединений | Контур | Греющий | Нагреваемый |
| Вход | — | F1 | F3 |
| Выход | — | F4 | F2 |
| Технологическая Заглушка | — | — Нет — | — Нет — |
| Условный Диаметр | DN | 100 | 100 |
| Исполнение | — | Фланец обратный ГОСТ | Фланец обратный ГОСТ |
Теплообменники: сбалансируйте качество тепла и воздуха в вашем доме
Когда вы пытаетесь жить более устойчиво, вы часто сталкиваетесь с компромиссами.
Стиральная машина, которая использует меньше всего воды, потребляет больше электроэнергии; ваша старая машина работает на ископаемом топливе, а в электромобилях используются токсичные батареи; большие холодильники работают более эффективно, но способствуют выбрасыванию пищевых продуктов. Трудно найти баланс между двумя вариантами. К счастью, теплообменники поддерживают баланс между энергоэффективностью и качеством воздуха в помещении (IAQ).
Может показаться нелогичным использовать машину для подачи свежего воздуха в ваш дом, когда вы можете открыть окно. Но когда температура низкая (или очень высокая), для поддержания комфортной температуры важно держать дом закрытым. Старые дома позволяли воздуху просачиваться через стены, чердаки, дымоходы и окна, но воздух, который заменял его, должен был нагреваться. Даже в современных домах отопление и охлаждение составляют почти пятую часть углеродного следа Америки. Но изоляция и другие стратегии, которые делают ваш дом энергоэффективным, также задерживают воздух и влагу внутри дома.
Некоторые виды изоляции непосредственно способствуют загрязнению воздуха в помещении, но в большинстве случаев изоляция просто предотвращает утечку загрязняющих веществ. Наиболее эффективным способом улучшения качества воздуха в помещении является уменьшение или устранение отдельных источников загрязнения. Но для внутренних загрязнителей, которые вы не можете контролировать, необходимо привнести в дом свежий воздух. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) устанавливает стандарт для жилой вентиляции на минимум 0,35 воздухообмена в час и не менее 15 кубических футов в минуту (куб. футов в минуту) на человека. Даже в доме со сквозняками при определенных условиях вентиляция может оказаться ниже стандарта.
Что такое теплообменники? В отличие от печного теплообменника, теплообменники типа «воздух-воздух» представляют собой простые устройства, которые сохраняют тепло в вашем доме, удаляя из него застоявшийся воздух, позволяя вам сохранять энергоэффективность и качество воздуха в помещении.
Подключенный к вашей существующей системе HVAC, воздухо-воздушный теплообменник приводит в тепловой контакт два воздушных потока с разной температурой, так что тепло передается от выходящего внутреннего воздуха к входящему наружному воздуху в рамках существующей механической системы вентиляции вашего дома. Теплообменники могут утилизировать до 85% тепла выходящего воздуха и отфильтровывать твердые частицы из поступающего воздуха.
Большинство теплообменников воздух-воздух, установленных в северном климате, представляют собой вентиляторы с рекуперацией тепла (HRV). Эти агрегаты рекуперируют тепло из воздуха в помещении, когда он выбрасывается из здания. Вентиляторы с рекуперацией энергии (ERV) представляют собой теплообменники, которые также переносят влагу. Исторически сложилось так, что лучше всего они работали в более жарком климате с более высокой влажностью. Последние достижения в области технологий сделали их полезными для более широкого диапазона климатических условий.
Теплообменники просто улучшают вентиляцию. Воздушные тепловые насосы действительно нагревают и охлаждают ваш дом. Они могут заменить системы отопления и охлаждения вашего дома; они могут обогревать определенные зоны в доме или работать в тандеме с существующей системой отопления. Домовладельцы обычно добавляют их к существующим системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, используя печь для сжигания топлива в качестве резерва в более экстремальных погодных условиях.
Используя два теплообменника (один снаружи агрегата и один внутри), воздушный тепловой насос передает тепло, а не сжигает топливо. Тепловые насосы могут доставлять до трех раз больше БТЕ, чем они потребляют, в то время как самый эффективный газовый котел не может производить столько тепловой энергии, сколько потребляет. Ранние версии технологии имели некоторые проблемы. Но последние достижения повысили их надежность и расширили климатический диапазон их полезности.
Хотя трудно представить получение тепла из наружного зимнего воздуха, новые тепловые насосы могут обогревать дома более эффективно, чем масло, даже на северо-востоке США
Вы, наверное, уже знаете, нуждается ли ваш дом в изоляции. Ваш счет за отопление будет высоким, и в вашем доме будет сквозняк. Энергоаудит дома поможет вам расставить приоритеты в модернизации. После того, как вы достаточно загерметизируете свой дом, теплообменник поможет поддерживать качество воздуха в помещении.
Не всегда сразу видно, что в вашем доме плохая вентиляция. Большинство загрязнителей воздуха внутри помещений не имеют запаха. Но в тесных домах конденсат на окнах и другие проблемы с влажностью, такие как плесень, обычно являются наиболее заметными признаками плохой вентиляции. Если ваш дом был построен после 2000 года, он, вероятно, настолько герметичен, что вам нужен теплообменник для надлежащей вентиляции.
Если у вас нет новой эффективной системы отопления дома, рассмотрите возможность замены печи тепловым насосом вместо установки теплообменника для вентиляции.
И если вы живете в жарком климате, тепловой насос всегда будет хорошей идеей, потому что любой метод, который поддерживает прохладу, экологически лучше, чем использование кондиционера.
Автор: Джемма Александр
Джемма Александр имеет степень магистра. в городском садоводстве и заднем дворе, заполненном местными растениями. Поработав в генетической лаборатории и на свалке, теперь она пишет об окружающей среде, искусстве и семье. См. больше ее письма здесь.
Связанный пост
Знакомство с теплообменником в вашей системе HVAC
Во многих домах система HVAC жизненно важна для обеспечения комфорта. Он согревает нас зимой и охлаждает летом, но вы, возможно, не знаете, что оборудование HVAC на самом деле не производит холодный воздух. Вместо этого он использует передачу тепла или тепловой энергии для перемещения горячего воздуха из одного места в другое.
Тепло течет из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой. Это второй закон термодинамики, и ваша система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должна обратить этот естественный поток вспять. Теплообменник в вашей системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха является жизненно важным компонентом в процессе удаления горячего воздуха из вашего дома и подачи внутрь зданий в холодную погоду. Итак, здесь мы немного больше узнаем о теплообменниках и о том, почему они так важны для вашей системы HVAC.
Основы теплообменников
Проще говоря, теплообменник в вашей системе HVAC — это устройство для передачи тепловой энергии от среды к другой. Теплообменник можно использовать не только для обогрева или охлаждения дома или здания, но и для повышения эффективности работы двигателей и машин. Принцип работы теплообменника будет зависеть от конкретного оборудования. Существует ряд вариантов теплообменных устройств в климатическом оборудовании, от тепловых насосов до печей и кондиционеров.
Использование теплообменников в кондиционерах
Кондиционер является одним из наиболее распространенных элементов оборудования HVAC, в котором используется теплообменник. Он удаляет тепло из дома или здания и передает его наружу. Для завершения этого процесса кондиционер использует хладагент. Это химическое вещество хранится в закрытой системе внутри вашей системы кондиционирования воздуха, чтобы обеспечить эффективный процесс теплопередачи.
Хладагент поглощает, переносит и выделяет тепло при переходе из газообразного состояния в жидкое и обратно в течение всего процесса охлаждения. Хладагент проходит через различные компоненты, перенося при этом тепло.
Весь процесс охлаждения начинается с хладагента в змеевиках испарителя в виде жидкости низкого давления. Вентилятор используется для обдува змеевиков теплым воздухом, поступающим из помещения или помещения.
Когда тепло поглощается из воздуха, хладагент превращается в пар, охлаждая помещение.
Газообразный хладагент низкого давления теперь направляется к компрессору внутри наружного блока, где он преобразуется в горячий газ высокого давления. Теперь хладагент перемещается к наружному конденсатору, и когда воздух проходит над конденсатором, тепло от хладагента отводится. Это заставляет хладагент превращаться в холодную жидкость под высоким давлением.
Теперь хладагент дополнительно охлаждается в расширительном клапане, прежде чем он будет перемещен в испаритель, чтобы снова начать процесс.
Хотя всю систему кондиционирования воздуха можно рассматривать как теплообменник, частью, отвечающей за передачу тепла изнутри наружу, является конденсатор, а хладагент является средой, используемой для этого процесса.
Использование теплообменника в газовой печи
Другой распространенной частью оборудования HVAC, в котором используется теплообменник, является газовая печь.
Газовые печи были популярны для отопления домов на протяжении десятилетий. Газовые печи обеспечивают постоянное, надежное и эффективное отопление даже в самые холодные зимы, используя теплообменники для перемещения теплого воздуха по нужной площади. Обычно в газовых печах используется теплообменник для повышения температуры воздуха перед его подачей по всему зданию с помощью регистров и воздуховодов. В газовых печах теплообменник представляет собой герметичный сосуд. Он имеет отверстие внизу и вверху, называемое дымоходом.
Процесс теплообмена в газовой печи начинается, когда горелки вырабатывают дымовые газы для доставки их к первому отверстию вашего теплообменника. Когда это происходит, воздуходувка перемещает воздух из помещения снаружи теплообменника. Теплообменник нагревает воздух, используя дымовые газы. Затем этот нагретый воздух распределяется по воздуховодам для повышения температуры в разных помещениях здания. Выхлопные газы, образующиеся при этом процессе сгорания, выбрасываются за пределы здания через дымоход.
Теплообменник в газовых печах играет две роли. Это необходимо для обмена тепла с воздухом от процесса горения, а также для отделения токсичных газов от процесса горения от нагретого воздуха.
Обслуживание теплообменников HVAC
Теплообменники выполняют тяжелую работу по обогреву или охлаждению здания, чтобы обеспечить нам комфорт как летом, так и зимой. Эти компоненты предназначены для использования меньшего количества энергии в процессе нагрева и охлаждения для более энергоэффективной системы.
Поскольку теплообменники являются жизненно важным компонентом вашей системы HVAC, важно обеспечить их эффективную работу. Без теплообменника в вашей печи или кондиционере система не будет работать. Например, если в вашем кондиционере есть утечка хладагента и змеевики конденсатора покрываются льдом, вся система перестанет подавать охлажденный воздух в ваш дом. К счастью, регулярное обслуживание и техническое обслуживание могут помочь предотвратить проблемы с вашими теплообменниками.