Как выбрать теплообменник для отопления
Теплообменник для системы отопления. 5 советов для правильного подбора.
Теплообменник для отопления представляет собой оборудование, в котором происходит теплообмен между греющим и нагреваемым теплоносителем. Греющий теплоноситель поступает от источника тепла, которым являются тепловые сети или котел. Нагреваемый теплоноситель циркулирует между теплообменником и приборами отопления (радиаторы, теплый пол и т.д.)
Принцип работы пластинчатого теплообменника для отопления довольно прост. Рассмотрим пример, где источником тепла является водогрейный котел. В котле происходит нагрев греющего теплоносителя до заданной температуры, далее циркуляционный насос подает этот теплоноситель в пластинчатый теплообменник. Пластинчатый теплообменник состоит из набора пластин. Греющий теплоноситель, протекая по каналам пластины с одной стороны передает свое тепло нагреваемому теплоносителю, который протекает с другой стороны пластины. В результате, нагреваемый теплоноситель повышает свою температуру до расчетного значения и поступает в приборы отопления (например радиаторы), которые уже отдают тепло отапливаемому помещению.
Для любого помещения, в котором есть водяное отопление, теплообменник является важным звеном в системе. Поэтому данное оборудование нашло широкое применение при монтаже тепловых пунктов, воздушного отопления, радиаторного отопления, теплого пола и т.д.
Пример расчета теплообменника отопления
Итак, у вас есть отопительная нагрузка и температуры греющего и нагреваемого контуров. Этих данных уже достаточно, чтобы специалист смог рассчитать теплообменник для вашей системы отопления. Мы хотим дать некоторые советы, благодаря которым вы сможете предоставить нам более полную техническую информацию для расчета. Зная все тонкости вашего технического задания, мы сможем предложить наиболее оптимальный вариант теплообменника.
Необходимо знать, жилое или нежилое помещение необходимо отапливать?
Когда качество воды плохое, и в ней присутствуют загрязнения, которые оседают на поверхности пластин и ухудшают теплообмен. Следует учесть запас (10%-20%) по поверхности теплообмена, это повысит цену теплообменника, но вы сможете нормально эксплуатировать теплообменник, не переплачивая за греющий теплоноситель.
При расчете, также необходимо знать, какой тип системы отопления будет применяться. Например, для теплого пола нагреваемый теплоноситель имеет температуру 35-45С, для радиаторного отопления 60С-90С.
Планируете ли вы в дальнейшем увеличивать мощность теплообменника? Например, у вас планируется достройка помещения и отапливаемая площадь увеличиться.
Это некоторые примеры пластинчатых теплообменников с ценой и сроком изготовления, которые мы поставляли нашим заказчикам в 2019 году.
Как подобрать теплообменник правильно?
Введение
Правильный подбор модели теплообменного аппарата состоит из четырех пунктов:
Определение задачи
Основное назначение теплообменного аппарата – это передача энергии (тепла) одной среды другой без смешивания. Поэтому, в-первую очередь, определите, что вы хотите сделать с целевой средой – охладить или нагреть. Кроме того, необходимо учесть где будет использоваться агрегат, например, вам нужен теплообменник для бассейна. После этого переходят к определению технических условий использования оборудования.
Технические условия эксплуатации
Тип среды
Обратите внимание на типы, используемых сред. Что это: пар, вода, нефть, газ, этиленгликоль или что-то еще? Структура теплоносителя будет влиять на расчеты и дальнейший подбор устройства, так как агрессивные вещества требуют более высоких прочностных характеристик теплообменника.
Температуры сред на выходах и входах теплообменника
На схеме видно, как теплоноситель поступает в теплообменный аппарат (t1) и, отдав часть тепла теплопотребителю, который также заходит в теплообменник (t3), на выходе имеет изменившуюся температуру (t2).
Допустимые потери по напору нагреваемой и охлаждаемой стороны
Из-за конструкционных особенностей теплообменника, при прохождении через него рабочей среды происходит падение ее давления. Технологические процессы, в которых используются теплообменные аппараты, крайне требовательны к данной характеристике. Например, слишком большое падение давления жидкости не позволит поднимать ее на верхние этажи жилового здания.
Максимальная рабочая температура
Логично, что чем выше температура внутри устройства, тем более жесткие требования предъявляются к конструкционным особенностям теплообменного аппарата и материалам, которые используются в нем.
Максимальное рабочее давление
Аналогично предыдущему пункту, поскольку высокие температуры и давление внутри теплообменника требуют использование более прочных материалов.
Тепловая нагрузка
Способность теплообменного аппарата передать количество энергии (тепла) от одной среды другой. В конечном итоге влияет на габариты теплообменника, а значит ограничивает выбор конкретных моделей.
Расчет
Опираясь на данные, полученные при определении технических условий эксплуатации, производится расчет теплообменника.
Подробно о каждом виде расчета мы расскажем в следующих статьях. Поэтому подписывайтесь на нашу e-mail рассылку и новости в социальных сетях, чтобы не пропустить их.
Подбор теплообменника
На основании произведенных расчетов, которые мы указали выше – на выходе получаем набор параметров и их значений, например, скорость течения воды в трубах, их диаметр, площадь теплообмена и т.д.
Далее переходим к подбору аппарата, который подходит под расчет. Произвести подбор модели теплообменника точно и быстро позволяет специальное программное обеспечение от ведущих производителей теплообменных аппаратов: Ридан, Alfa Laval, GEA и т.д. Инженеры компании «ПроТепло» используют самые современные версии такого ПО.
Если вы хотите углубиться в специфику подбора и расчета теплообменных аппаратов, то рекомендуем подписаться на наши новости и e-mail рассылку.
Если же вам необходимо подобрать теплообменный аппарат «здесь и сейчас», то заполните форму подбора ниже.
Как выбрать теплообменник
Теплообменник — устройство, в котором происходит процесс обмена энергией (теплом) между средами различной температуры. Конкретные параметры и характеристики оборудования зависят от его типа.
Все устройства делятся на две большие группы. В одних среды смешиваются друг с другом, в других они разделены стенкой. Вторые используют чаще и называют поверхностными. Среди них выделяют регенеративные и рекуперативные установки, в зависимости от направления потока теплоносителя.
По особенностям конструкции разделяют аппараты с плоской поверхностью (пластинчатые, спиральные) и трубчатые (кожухотрубные, змеевиковые, «труба в трубе»).
При выборе оборудования нужно обращать внимание на ряд параметров. Начнем по порядку.
Базовые характеристики
Независимо от типа устройства, надо учитывать основные параметры:
Площадь теплообмена. Это площадь одной поверхности изделия, умноженная на количество поверхностей. Плюс, на нее влияют другие факторы: потеря давления в ходе работы, дополнительные ресурсы площади на случай появления отложений, коэффициент теплопередачи и скорости в каналах.
Мощность теплообменника. Объем тепла, который выделяет аппарат.
Габариты и вес. От них будет зависеть, справится ли оборудование с поставленной задачей. Также они влияют на количество требуемых материалов для изготовления устройства.
Дальше необходимо определить технические условия использования оборудования.
Технические условия эксплуатации
При подборе теплообменника важно понимать, в каких условиях оно будет работать.
Тип среды. В качестве теплоносителей обычно используют пар, воду, нефть, газ. Структура прибора будет влиять на расчеты и дальнейший подбор, так как агрессивные вещества требуют повышенных свойств прочности устройства.
При использовании нестандартных сред, могут понадобиться значения теплоемкости, вязкости и теплопроводимости носителя тепла.
Расход рабочей среды. Нужно знать, какая масса рабочей среды проходит через теплообменную установку за определенный интервал времени. Для вычисления этого плотность среды умножают на ее объем.
Температуры сред на выходах и входах теплообменника. Чем больше эта разница, тем дешевле и меньше в размерах аппарат.
Допустимые потери по напору нагреваемой и охлаждаемой стороны. При прохождении через теплообменник теплоносителя и теплопотребителя происходит падение давления рабочей среды. Важно учитывать это при выборе, потому что слишком большое падение давления жидкости не позволит, например, поднимать ее на верхние этажи здания.
Максимальная рабочая температура. Чем выше температура внутри оборудования, тем жестче требования к устройству теплообменного аппарата и материалам его изготовления.
Максимальное рабочее давление. Аналогично предыдущему пункту, чем выше внутри теплообменника давление, тем серьезнее требования к его конструкционным особенностям и используемым при проектировании материалам.
Тепловая нагрузка. Способность теплообменного аппарата передать количество энергии от одной среды другой. Оборудование с высокими нормами тепловой нагрузки обычно имеет большие габариты и работает под большим давлением.
Исходя из технических условий эксплуатации, производят расчет теплообменника.
Варианты расчета
Есть восемь способов расчета оборудования, каждый нужен для своих целей и задач.
Тепловой расчет. Применяют при проектировании теплообменников известной мощности и при монтаже готовых установок в заданных условиях. Главная задача этого расчета — определить оптимальный тип прибора и форму теплообменной поверхности. Дополнительно он позволяет определить эффективность теплопередачи, площадь теплообменной поверхности, массовый расход теплоносителя и его температуру на выходе.
Основа для расчета — уравнения теплопередачи и теплового баланса.
Уравнение теплопередачи имеет вид:
Q — размер теплового потока, Вт;
F — площадь рабочей поверхности, м²;
k — коэффициент передачи тепла;
Δt — разница между температурами носителей на выходе в аппарат и на выходе из него. Также величина называется температурным напором.
Величину F, которая является целью расчета, определяют именно через уравнение теплопередачи:
Компоновочный расчет. Позволяет определить оптимальное взаимное расположение каналов теплообменника для разных теплоносителей.
Вытекает из теплового расчета и использует его результаты.
Конкретную формулу расчета определяют тип теплообменного аппарата и его конструктивные особенности.
Поверочный расчет. Осуществляется на основе теплового расчета и предназначен для проверки возможности установки справляться с поставленной задачей в конкретных условиях. Для его выполнения нужно знать тепловую производительность и параметры тепловой среды.
Гидравлический расчет. Позволяет вычислить необходимые для работы гидравлические параметры теплоносителя, например, скорость его движения.
С одной стороны, скорость ограничивает величина гидравлического сопротивления, с другой, ее увеличение требует повышения энергозатрат на перекачивание теплоносителя.
Конструктивный расчет. Выполняют на стадии проектирования теплообменного устройства для определения самого типа изделия. С его помощью рассчитывают требуемое число пластин пластинчатого теплообменника, количество труб и их длину, диаметр и высоту прибора в кожухотрубном устройстве.
Исходными данными служат результаты теплового и гидравлического расчетов.
Механический расчет. Определяет способность конструкции теплообменного аппарата выдерживать факторы внутренней и внешней механической нагрузки: изгиб, сжатие, растяжение и подобные.
Если кратко, расчет делают так:
Расчет температурных напряжений. Используют для определения изменения геометрической формы теплообменника и отдельных его элементов при тепловом воздействии и для выявления мест напряжения, возникающих из-за температурного расширения. Это позволяет правильно подбирать материалы, из которых изготавливают элементы оборудования.
Прочностный расчет. Объединяет три перечисленные выше вида — механический, гидравлический и расчет температурных напряжений. Проверяет, как установка выдерживает все виды нагрузки, возникающие под влиянием любых возможных факторов.
Нажимая на кнопку “Подписаться”, я даю согласие на обработку своих персональных данных.
Теплообменники под разные задачи
При подборе важно знать, где будет устанавливаться прибор. Их используют в системах отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, при монтаже систем охлаждения и подогрева бассейнов.
От назначения изделия будут зависеть требования к его свойствам.
Для бассейна
Выбирая теплообменное оборудование для бассейна, рассматривают параметры:
В основном для бассейнов используют один из двух видов устройств:
Пластинчатые, потому что они проще других в обслуживании, обладают более высоким коэффициентом полезного действия и малыми размерами. В пластинчатый разборный теплообменник всегда можно добавить пластины, увеличив его мощность.
Кожухотрубные, так как они обладают большей площадью теплообмена, не создают гидравлических помех для прохождения нагреваемой жидкости, меньше засоряются в процессе эксплуатации.
Для отопления
При проектировании системы отопления потребуется знать, какой мощности нужен источник тепла, а также температуру подачи теплоносителя.
Исходные данные нужно брать для самого холодного периода, когда необходимы максимально высокие температуры и самое большое теплопотребление.
Дополнительно стоит знать:
Для систем отопления подходящим выбором станут пластинчатые паяные теплообменники или разборные, чтобы иметь возможность нарастить мощность. В качестве рабочих теплоносителей используют воду и гликольные смеси.
Для горячего водоснабжения
В случае с горячим водоснабжением источником тепла обычно является теплоноситель системы отопления, а нагреваемой средой — холодная вода.
При подборе теплообменника для системы ГВС, нужно знать:
По итогу в выборе часто склоняются к разборным пластинчатым теплообменникам потому что:
Для бани
Вариантом теплообменного прибора для бани может стать змеевик из алюминия или меди. Прибор монтируется в банную печь рядом с каменкой или сверху на топку. В таком случае вода будет греться непосредственно от жара из топки, а печь работает и для обогрева, и для горячего водоснабжения. Недостатком такого способа является закипание — когда печь еще не прогрелась, а вода в баке уже начинает кипеть.
Также есть трудности с обслуживанием и заменой частей этого вида теплообменника. На стенках встроенного устройства накипь собирается быстрее, и чем толще ее слой, тем меньше теплопроводность материала — передача тепла происходит хуже. Тогда приходит время чистить изделие, а для его замены придется разобрать печь.
Для теплого пола
Для создания комфортного климата в жилом помещении устанавливают систему теплых полов.
Предпочтение отдают пластинчатым паяным теплообменникам. Это компактное, неразборное устройство, где пластины выполнены из нержавеющей стали, а припой — из никеля или меди. Такой выбор позволяет плавно регулировать температуру теплоносителя на выходе. Раздельный контур хладоносителя обеспечивает безопасность, экономичность и энергоэффективность.
Конструкцию из нескольких изделий можно применять в небольших помещениях или квартире, в загородных домах и коттеджах. Отдельный паяный прибор, их количество рассчитывают и подбирают под задачи заказчика.
Для этой системы необходимо проводить техническое обслуживание — промывать хотя бы один раз в год — это увеличит срок эксплуатации.
Недостаток паяного теплообменника — отсутствует возможность увеличения мощности путем добавления пластин. Чтобы увеличить площадь теплых полов, нужно будет добавить дополнительные устройства.
При обустройстве загородных домов и дач в носитель лучше изначально добавить этиленгликоль на случай замерзания системы.
Для чего нужен теплообменник в системе отопления
Как видно из названия, теплообменник – это устройство для обмена теплом. Среды или поверхности с разными температурами взаимодействуют, изменяя температуру друг друга.
Теплообменники используют в вентиляции, охлаждении, кондиционировании, но велика их роль и в отоплении. Их устанавливают на различных производствах, в коммунальном хозяйстве и для персонального использования.
Важно позаботиться о наличии такого устройства, например, в частном доме с независимой системой отопления. С его помощью можно будет регулировать температуру воздуха в помещении, контролировать забор тепла от основного источника и т.д.
Теплообменники для систем отопления
В системах отопления эти устройства не так популярны в нашей стране, как в других, там, где каждый пользователь может забирать столько тепла от общего источника, сколько ему требуется. ТО играют ключевую роль в отоплении дома или дачи, а также везде, где есть необходимость регулировать температуру. Установка такого устройства в котельной позволяет автоматизировать работу всей системы и сэкономить.
В качестве носителя тепла чаще всего выступает вода, но может быть и антифриз, масло и т.д.
По сути, ТО — это разделитель между основным источником тепла (поставщиком) и системой конечного пользователя. Система отопления, в которой присутствует ТО, называется независимой. В котельных обменники устанавливаются для погодного регулирования, а также он снижает износ современных труб. Дело в том, что их сейчас делают из пластика, и максимальная температура, которую они могут выдерживать – 90 градусов.
Если теплообменника в системе нет, то от центра (котла) горячая вода передается непосредственно потребителю – в батареи. Но котельная не регулирует подачу тепла, и она не меняется в зависимости от выбора потребителей или погодных условий.
Если в ИТП жилого дома установить теплообменники, то это позволяет существенно экономить. Каждый жилец регулирует температуру по потребностям с помощью кранов на радиаторах в квартирах. Тепло можно увеличивать при сильных морозах и уменьшать при потеплении.
Иногда такие устройства устанавливают и в самой котельной. Такая двойная система, что тоже помогает сэкономить: во внутреннем контуре меньше теплоносителя, а значит, в котлах почти не образуется накипь, они могут служить гораздо дольше.
Теплообменник в домашнем отоплении
В системе отопления дома или дачи теплообменник играет ключевую роль.
Если вы устанавливаете у себя такое устройство, то потом можно развернуть целую систему регулирования: для контроля температуры в разных комнатах, работы теплых полов и т.д. К теплообменнику проводят трубу с горячим носителем от котельной, а с другой стороны – внутреннюю систему с реле, контроллерами и т.д. Вы получаете не только контроль над температурой воздуха в помещении, использование этого устройства помогает прогревать дом более равномерно, стабилизирует давление в трубах, экономит энергию и продлевает срок службы труб.
Кроме того, он сам по себе может служить источником для получения горячей воды: в один контур приходит горячий носитель, а к другому подводится водопровод. Это тоже способ сэкономить: на бойлерах и электроэнергии.
Подключить теплые полы, обогрев ступеней и т.д. тоже не получится без теплообменника. Теплые полы забирают на себя большое количество горячей воды, оставляя соседние помещения в холоде. Кроме того, оптимальной температура носителя тепла для такого пола не должна быть выше 45 градусов.
Виды теплообменников
Все устройства делятся на две большие группы. В первых среды смешиваются друг с другом, во втором случае – они разделены стенкой. Их используют чаще и называют поверхностными. В свою очередь, такие теплообменники делятся тоже на два типа.
Самые распространенные ТО первого типа – рекуперативные. К ним относятся
Подберем теплообменник для отопления со скидкой до 70 %
Пластинчатый теплообменник: устройство
В основном, в независимых системах отопления применяются пластинчатые теплообменники. По сути это набор пластин, которые перфорируют для увеличения полезной площади и собирают между двумя плитами. Одна из этих плит обычно не фиксируется, ее можно снимать и увеличивать или уменьшать количество пластин. Бывают с спаянные варианты, их уже не получится разобрать.
Между пластинами движутся горячая и холодная жидкости, попеременно. Конструкция герметична благодаря уплотнителям.
Пластины – это основа конструкции. Их изготавливают из стали, меди, графита, титана и других сплавов, толщиной от 0,4 до 1 мм., в зависимости от давления. Выбор материала обусловлен условиями использования, а также выбором среды, которой будет заполнено устройство. Чаще всего это вода, но бывают случаи, например, на специализированных производствах, где используют агрессивные жидкости.
Пластины плотно прижаты друг к другу и образуют каналы благодаря специальной штамповке. На одной стороне каждой пластины есть пазы, куда вставляются резиновые прокладки для герметичности. Устанавливают их одну за одной, в поворот 180 градусов.
В пластинах по 4 отверстия. Два из них служат для провода и отвода горячей и нагреваемой жидкости. Два другие предотвращают смешение жидкостей за счет дополнительной изоляции. Если произойдет прорыв одного из контуров, то дренажные пазы также препятствуют смешиванию.
Благодаря тому, что греющая и нагреваемая среды направлены в противоток друг другу, и извилистому течению (по каналам) эффективность обмена теплом увеличивается, а гидравлическое сопротивление относительно небольшое.
Система самоочищается за счет турбулентных потоков, но на пластинах может откладываться накипь, осадки веществ, находящихся в воде, потому их нужно периодически промывать специальными растворами. Можно понять, что пришло время для очистки по снижения работоспособности прибора, перепадах давления и т.д.
При сборке сначала закрепляются направляющие на штативе и неподвижной плите. На них нанизываются пластины, и подвижная плита стягивается с неподвижной болтами.
Существует 2 варианта компоновки пластин.
Одноходовая. Теплоноситель разделяется на потоки, которые текут параллельно друг другу по пластинам, потом сливается и выходит в порт для вывода.
Многоходовая. Здесь устройство чуть сложнее. Благодаря перегородкам в разделительных пластинах теплоноситель течет по каналам, как бы разворачиваясь в пластине.
Плюсы и минусы пластинчатых теплообменников
Пластинчатые ТО обладают хорошими характеристиками теплопередачи при компактных размерах. Еще один плюс таких устройств в том, что их можно изготовить индивидуально под конкретные задачи.
К плюсам однозначно можно отнести:
Но есть у пластинчатых теплообменников и минусы:
Некоторые изменения в конструкции повышают прочность и КПД пластинчатых теплообменников. Есть такие разновидности, как пластинчато-ребристый и оребренно-пластинчатый. В первом варианте между разделительными пластинами проложены ребристые насадки. Подходят для теплообмена с неагрессивными жидкостями и газом. Оребренно-пластинчатые актуальны при газовом отоплении.
Как правильно выбрать теплообменник
Есть огромное количество теплообменников и нужно знать, как правильно их выбрать. Лучше всего, если такой прибор изготовят под конкретные задачи профессионалы. Он будет рассчитан на определенную нагрузку, материалы будут подходить для теплоносителя и срок службы прибора будет значительно больше, чем при выборе наугад. Что нужно знать для выбора теплообменника:
Подробнее об этом можно узнать на странице
Рассчитать теплообменник
где вы можете указать нужные вам характеристики и получить предложение по ПТО от наших менеджеров.
Теплообменники необходимы для систем отопления как юридическим организациям (поставщикам услуг, управляющим компаниям и т.д.), так и частным лицам – для установки теплого пола или подогрева ступенек в доме, контроля расходов на отопление, экономии на энергии. Современные ТО просты и безопасны в использовании.
Взгляните на представленные теплообменники для отопления