Теплообменник – это оборудование, которое применяют в системах охлаждения и отопления, для обогрева водных масс (например, в бассейнах). Оно востребовано в различных отраслях промышленности: в химическом и пищевом производстве , в машиностроении, фармацевтике. Теплообменники используют в быту: в квартирах и домах для повышения эффективности системы отопления, горячего водоснабжения. На что обратить внимание при выборе , какие характеристики важно учитывать?
Конструкция теплообменника
Основная часть оборудования – это рабочий блок, состоящий из двух элементов, между которыми происходит теплообмен. Обычно в обменниках используют две среды (жидкости или газы), разделенные пластинами или трубами, изготовленными из материалов с высокой теплопроводностью. Температура сред различается, при их контакте с трубами или пластинами горячая среда отдает тепловую энергию (охлаждается), холодная – получает (нагревается).
Оборудование относят к проточному. Модели различаются по объему и количеству секций, камер, материалу, из которого изготовлено устройство.
Разновидности теплообменников
Конструктивно выделяют такие виды оборудования: поверхностное рекуперационное, смесительное, кожухотрубное, пластинчатое, спиральное.
- Рекуперационный теплообменник – это модель, в которой в обмене энергией участвуют две среды. Они разделены перегородкой: чем больше площадь ее поверхности, тем быстрее происходит нагревание и остывание сред.
- В смесительных устройствах теплый и холодный потоки контактируют между собой, смешиваясь напрямую. Принцип действия таких моделей похож на работу сантехнического смесителя.
- Кожухотрубный теплообменник – это самый популярный вид. Он состоит из трубы с холодной водой и кожуха – трубы большего диаметра, заполненной горячей водой или паром. Горячий агент контактирует с поверхностью внутренней трубки, передавая ей энергию – так происходит нагрев холодной воды. По этому принципу устроены бытовые и промышленные бойлеры. Недостаток этой конструкции – в теплопотерях: часть тепловой энергии уходит на нагрев контура с холодным агентом.
- Спиральные устройства – это цилиндрические резервуары, внутри которых по спирали расположен плоский лабиринт. Его внутренняя полость заполнена паром или горячей водой. В самом резервуаре находится холодная жидкость (обычно это вода), которая омывает спираль, охлаждая ее. Стоимость спиральных моделей высокая, поскольку их сложно изготавливать. Однако спиральные теплообменники востребованы в промышленности: это единственный тип агрегатов, которые могут охладить или нагреть жидкость, содержащую взвесь, твердые или грязевые частицы.
- Пластинчатые модели – это конструкция, которая напоминает гармошку. Греющие трубы – это плоские элементы с ребрами, поэтому вода движется по сложной траектории. У таких теплообменников высокий КПД, но они требуют регулярного ухода, чистки, замены сетчато-магнитных фильтров. Чтобы предотвратить образование накипи между пластинами, в теплообменник заливают хорошо очищенную, подготовленную воду. Их можно подключить к автоматизированной системе управления, газовой колонке или котлу .
Материалы для изготовления теплообменников
Для производства оборудования используют материалы, которые хорошо проводят тепло . Они должны быть устойчивыми к коррозии , к гидроударам, высокому или низкому давлению. Это, например, латунь, медь, нержавеющая сталь.
- Латунь – один из популярных материалов, который характеризуется высокой устойчивостью к коррозии, значительной прочностью. Теплообменник из специфического латунного сплава можно использовать для нагрева или охлаждения морской воды, однако цена такого оборудования высокая. В быту латунные модели применяют в обогревательной системе, заполненной очищенной от солей и примеси пресной водой.
- Медный теплообменник можно установить в отопительной системе, в системе горячего водоснабжения. Этот металл характеризуется высокой теплопроводностью, что значительно повышает КПД оборудования. Медь – пластичный материал, поэтому из нее можно изготовить пластины с большим количеством ребер, что ускорит нагревание холодного агента. Медные теплообменники легкие, компактные, для качественной теплопередачи достаточно небольшого объема оборудования. Материал может быть подвержен коррозии, однако при правильной эксплуатации эта проблема не возникает. Основной недостаток – высокая цена.
По каким параметрам выбирают теплообменник
Самый важный критерий – это технические характеристики модели. К ним относят расход рабочей среды (холодной и горячей), тепловую нагрузку, температурный график, максимальную и минимальную температуру, давление, агрессивность сред.
Выбирают оборудование по типу и материалу рам, пластин, уплотнений. От этого зависит скорость теплообмена, его эффективность, срок службы теплообменника.
У нас можно заказать оборудование из нержавеющей стали, меди. Наша компания – производитель агрегатов, поэтому вы сможете заказать его без переплат, с гарантией. Мы проконсультируем по характеристикам, поможем выбрать подходящую модель или изготовим оборудование для решения конкретной задачи.
Металл металлу рознь: преимущества медных теплообменников
Одним из важнейших узлов любого отопительного котла является первичный теплообменник, в котором тепловая энергия от горячих продуктов сгорания топлива передаётся теплоносителю. Именно от характеристик этого компонента во многом зависят эксплуатационные характеристики оборудования: его КПД и экономичность, срок службы и стоимость. В условиях ожесточённой конкуренции между производителями все узлы бытовых котлов имеют тенденцию к упрощению конструкции и удешевлению. Вместе с тем существует стабильный спрос на газовые премиальные котлы с медным теплообменником. Почему потребители выбирают их, несмотря на высокую цену, и в чём преимущества меди как конструкционного материала?
Металл металлу рознь
Материал, из которого сделан теплообменник, является тем посредником, который передаёт тепловую энергию от продуктов сгорания теплоносителю. В процессе эксплуатации котла он в течение многих месяцев отопительного периода должен без снижения прочностных характеристик выдерживать высокие температуры (до 400–600 oС). Также материал теплообменника контактирует с двумя средами — раскалёнными дымовыми газами и теплоносителем (как правило, водой). Поэтому к материалу предъявляются весьма жёсткие требования, которым отвечает узкий перечень металлов и сплавов.
В настоящее время для изготовления бытовых газовых котлов применяются три материала: сталь, чугун и медь. У каждого из них есть свои сильные и слабые стороны.
Самый распространённый и бюджетный вариант — это стальные теплообменники. Сталь обладает редким сочетанием высокой пластичности и прочности даже при воздействии высоких температур и механических нагрузок. Эта характеристика материала теплообменника особо важна, когда он подвергается тепловому воздействию. В зоне высоких температур в металле образуются тепловые напряжения, и только пластичность не даёт появиться трещинам.
Но у стальных теплообменников есть и серьёзные недостатки: они подвержены коррозии, причём как со стороны дымогарных труб, так и со стороны теплоносителя. Чтобы увеличить срок службы, производители увеличивают толщину стенки теплообменника, что снижает КПД и повышает расход топлива.
Чугун гораздо медленнее стали подвергается коррозии при соприкосновении с химически активными средами. Но из-за сниженной пластичности при использовании этого металла предъявляются жёсткие требования к режимам эксплуатации газового оборудования. Резкие перепады температур могут вызвать появление трещин.
Так, например, для разных моделей с чугунным теплообменником разность температур теплоносителя в подающей и обратной линиях отопительного контура не может превышать 20–45 oС. Чтобы этого достичь, используют сложные системы подмеса горячего теплоносителя. Также это накладывает жёсткие ограничения на стабильность работы циркуляционного насоса.
Ещё один традиционный материал для теплообменников котельного оборудования — это медь. Она имеет уникальное сочетание физико-химических свойств, что делает её почти идеальным материалом для этих целей. Прежде всего медь выделяется исключительно высокой теплопроводностью — 385 Вт/м*К (выше только у серебра). Для сравнения: теплопроводность чугуна составляет 50–60 Вт/м*К, а стали — от 47 Вт/м*К и ниже (в зависимости от температуры и марки стали).
Весьма ценна высокая устойчивость меди к коррозии. В процессе эксплуатации медного теплообменника на поверхности металла появляется тонкая, но плотная плёнка оксида, которая защищает нижележащие слои от коррозии.
Ещё одно важное свойство меди — очень низкий коэффициент шероховатости, который в 133 раза ниже, чем у стали. Это имеет два следствия: низкое гидродинамическое сопротивление медных труб и существенно меньшую скорость зарастания сажей и загрязнениями.
Среди недостатков этого металла выделяется один — высокая цена. Чистая медь до 15–20 раз дороже стальных сплавов, используемых для теплообменников, что автоматически относит котлы с применением большого количества меди к высокому ценовому сегменту.
Теплообменники с оребрением и их проблемы
Выбор материала для первичного теплообменника во многом определяет его конструкцию. В частности, низкую теплопроводность стали и чугуна разработчики отопительного оборудования компенсируют увеличением поверхности теплообмена. Именно эта идея легла в основу самых распространённых в бытовых котлах трубчатых теплообменников с оребрением.
На изогнутой (S-образной) трубе вертикальными рядами установлено множество пластин. Такой теплообменник располагается в верхней части камеры сгорания. Через узкие просветы между пластинами снизу вверх проходят дымовые газы, отдавая энергию теплоносителю.
Помимо стали, для изготовления таких теплообменников изредка используют медь. В двухконтурных котлах некоторых производителей, до сих пор применяется битермические теплообменники: во внешней медной трубе с оребрением циркулирует теплоноситель, а внутренняя труба служит для нагрева воды для ГВС.
Для повышения мощности и КПД в теплообменниках такого типа просвет между пластинами оребрения может составлять всего 1,5–2,5 мм. Это существенно увеличивает скорость засорения просвета сажей и копотью (продуктами сгорания природного газа), что препятствует полному сгоранию газа и приводит к увеличению расхода топлива.
Малое внутреннее сечение труб также повышает чувствительность этого узла к накоплению известковых отложений в просвете. Отложение солей жёсткости и грязи внутри теплообменника значительно снижает теплообмен из-за уменьшения теплопроводности стенок и нарушения циркуляции теплоносителя.
Подсчитано, что всего 1 мм известкового осадка на стенках теплообменника уменьшает производительность котла в среднем на 5 %. Но что гораздо опаснее, минеральные отложения нарушают процесс охлаждения тонких стенок теплообменника, которые из-за этого могут прогореть.
В результате котлы с данным типом нуждаются в более частом и трудоёмком сервисном обслуживании: очистке камеры сгорания и промывке от накипи.
Медный теплообменник: традиции и технологии
Использование меди с её экстраординарной теплопроводностью позволяет отказаться от схемы теплообменника в виде оребрённой трубы в пользу более простой и надёжной конструкции. Её принцип позаимствован у традиционного самовара, у которого дымогарная труба проходит через ёмкость для воды.
«С 1948 года, когда изобретатель Морис Фриске выпустил первый французский газовый котёл HYDROMOTRIX, медный трубчатый теплообменник стал визитной карточкой продукции нашей компании, — рассказывает Роман Гладких, технический директор FRISQUET, лидера французского рынка отопительного оборудования. — Его схема принципиально отличается от столь распространённых трубчатых теплообменников с оребрением. Основой теплообменника является медное котловое тело большой ёмкости, внутри которого проходят трубки для отведения дымовых газов. В них стоят турбуляторы (рассекатели) из нержавеющей стали, которые снижают скорость дымовых газов для повышения теплоотдачи».
В результате получается массивный теплообменник цилиндрической формы, на производство которого расходуется 25 кг чистой меди. Для сравнения: стальные аналоги с оребрением сопоставимой мощности весят до 5 кг. Такой теплообменник работает без температурных шоков в более мягких и щадящих режимах, чем тонкая трубка с оребрением.
Описанная конструкция теплообменника имеет целый ряд важных последствий. Благодаря стойкости к коррозии и пластичности меди срок службы этого узла превышает 20 лет. Диаметр каждой дымогарной трубки составляет 30 мм, что делает их гораздо менее подверженными накоплению копоти. За один отопительный сезон сужение просвета у теплообменников с оребрением может достигать 40 % (против 3% у трубчатых). Основываясь на данных, накопленных в европейских странах за несколько десятилетий эксплуатации медных трубчатых теплообменников, можно сделать вывод, что они имеют в среднем вдвое больший срок службы по сравнению со стальными аналогами с оребрением.
Кроме того, именно медные трубчатые теплообменники позволяют достигать максимального КПД — 95 %, что приводит к значительной экономии энергоресурсов и снижению затрат на эксплуатации котла.
Уникальная конструкция с котловым телом большой ёмкости значительно расширяет функциональность отопительного оборудования. Так, в двухконтурных котлах FRISQUET вторичные теплообменники выполняются в виде медных змеевиков, расположенных внутри котлового тела. В результате все котлы этого производителя в стандартной комплектации позволяют подключать дополнительный бойлер или второй и третий отопительные контуры. Например, один отопительный контур может обеспечивать теплом настенные радиаторы (температура теплоносителя — до + 85 oС), а второй — системы теплых полов (+20–45 °С).
Выбор для потребителя
Наличие в котле медного трубчатого теплообменника является хорошим ориентиром для того, кто ищет надёжное и экономичное решение для своего объекта недвижимости. Однако чтобы сделать ответственный выбор, нужно обращать внимание и на другие нюансы.
Сертификация производителя по стандарту ISO 9001. Для покупателя это означает, что котёл прошёл многоступенчатый контроль качества при производстве.
«На нашем заводе, сертифицированном по стандарту ISO 9001, все этапы, от приёмки компонентов и исходных материалов от сторонних поставщиков до финальной сборки агрегатов, имеют многоступенчатый контроль. Каждая произведённая операция отмечается персональным клеймом того рабочего, который её выполнял, — говорит Роман Гладких (FRISQUET). — После завершения сборки каждый собранный котёл попадает на тестовый стенд, где проходит проверку по 15 параметрам. Кроме того, в сертифицированной лаборатории по стандарту ISO45001, тестируются не только исходные компоненты, но и в непрерывном режиме на специальных стендах ведутся ресурсные испытания оборудования».
- Наличие в конструкции котла систем безопасности, включая датчики давления теплоносителя, температуры теплоносителя, газа и опрокидывания тяги, а также ионизационного контроля пламени.
- Наличие интеллектуальных функций — возможность выбора сценариев, программирования и дистанционного контроля работы котла, что существенно повышает экономичность системы отопления и увеличивает её ресурс.
- Наличие в России сети авторизованных дистрибьюторов, которые смогут установить, произвести пусконаладочные работы и затем осуществлять сервисное обслуживание и гарантийный ремонт котла.
Как мы видим, медь как конструкционный материал для теплообменников котлов имеет множество неоспоримых преимуществ. В таком оборудовании заинтересованы частные и корпоративные потребители, для которых надёжность, низкие эксплуатационные затраты и долгий срок службы котла имеют первостепенное значение.
Источник: FRISQUET
Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках
Теплообменник из нержавеющей стали или из меди: что лучше выбрать
Теплообменное оборудование устанавливается в системах охлаждения и нагрева, обеспечивает эффективный нагрев жидкостей. Востребованы устройства и в разных промышленных отраслях – пищевой, машиностроительной, фармацевтической, химической, пр. В бытовых условиях теплообменники применяются для повышения эффективности работы отопительных систем.
.jpg)
Конструктивные особенности
Основной элемент оборудования – рабочий блок, в состав которого входит пара узлов, между которыми передается тепловая энергия. Обычно в обменниках задействуется две рабочие среды – газовая и жидкостная. Для разделения используются трубы, пластины высокого уровня теплопроводности. Параметры сред могут быть разными, при контакте с пластинами либо трубами температура горячих сред будет снижаться, а холодных повышаться.
Теплообменные аппараты относятся к проточным устройствам. Они различаются по числу секций, камер, рабочему объему, материалам изготовления. Чаще всего встречаются теплообменники нержавеющие и медные. Они имеют разные параметры, свои достоинства и сферы использования.
Особенности теплообменников из нержавейки
Главный плюс материала – отличная устойчивость к коррозии. При непрерывном воздействии источника нагрева с одной части и воды с другой нержавейка первоначальные характеристики не изменяет. Немаловажное достоинство материала – длительные сроки эксплуатации без необходимости ремонта. Во многом поэтому материал незаменим в изготовлении пластинчатых конструкций индивидуальных тепловых пунктов.
Теплообменник из нержавейки должен выдерживать температуру воды до +130 °C и иметь минимальное тепловое расширение. Чаще всего нержавеющие теплообменники изготавливаются с применением стали AISI-316, поскольку сплав соответствует этим требованиям. При этом в алюминиевых системах вода нагревается быстрее, но этот недостаток компенсируется долговечностью нержавеющей стали и ее демократичной стоимостью.
Когда лучше останавливаться на конструкциях из меди
Следующий в плане популярности материал в изготовлении теплообменного оборудования – медь. Она имеет отличные эксплуатационные параметры, но достаточно сложная в обработке и дорогая. Поэтому теплообменники из нержавейки и алюминия используются чаще. Крупные размеры, специфика изготовления значительно повышают стоимость теплообменников из меди.
Среди плюсов:
- хороший коэффициент тепловой проводности;
- минимальная шероховатость;
- эффективное снижение гидродинамическое сопротивление;
- стойкость к влиянию агрессивных сред.
Установки из меди ремонтопригодные, но стоят восстановительные работы достаточно дорого. В алюминиевых и стальных моделях бюджетные детали, что обуславливает простоту и доступность обслуживания.
Какие еще варианты есть?
Если говорить о популярных категориях теплообменников, то нужно выделить латунные устройства. Они не боятся коррозии, прочные и долговечные. Латунные сплавы спокойно выдерживают контакт с пресной и соленой водой, имеют высокие эксплуатационные параметры, но стоят, как и медь, недешево.
Остались вопросы по выбору? Для заказа обратитесь к нашим специалистам.