Теплообменник – важный элемент в отопительной системе. Его основная функция – перенос тепловой энергии из источника тепла в систему. За счет передачи тепла создается необходимая температура внутри помещения. Как правило, источник тепла в отопительной системе – это котел или центральная тепловая сеть.
Устройство теплообменника
Несмотря на разнообразие типов, все теплообменники устроены по общему принципу:
- Корпус – внешняя оболочка, которая содержит внутренние элементы и защищает их.
- Теплообменные поверхности. Это могут быть пластины, трубки, спирали или другие элементы (в зависимости от типа устройства). Через них передается тепло. От площади этих поверхностей зависит эффективность теплообмена.
- Входные и выходные патрубки – предназначены для подключения трубопроводов, по которым циркулирует теплоноситель (вода, газ или пар).
- Разделительные элементы – обеспечивают герметичное разделение контуров, не допуская смешивания сред.
Материалы теплообменных поверхностей должны иметь высокую теплопроводность и быть устойчивыми к коррозии. Чаще всего, это нержавеющая сталь, медь или различные сплавы.
Роль теплообменника в отопительной системе
Теплообменник выполняет важные функции:
1) Разделяет контуры отопления. В первичном контуре теплоноситель часто нагревается до высоких температур и находится под давлением. Это может создавать риски для менее прочных элементов отопительной системы. Теплоносители могут отличаться химическими свойствами, давлением, температурой. Теплообменник предотвращает контакт между ними.
ПРИМЕР: котел нагревает воду до 90 °C. Для системы «теплый пол» требуется температура воды не выше 35-40 °C. Теплообменник позволяет эффективно передать тепло без перегрева элементов системы «теплый пол». При этом сохраняется стабильный режим работы котла.
2) Защищает котельное оборудование. Из-за использования жесткой воды в отопительной системе на внутренних поверхностях труб и нагревательных элементов образуется накипь, отложения соли. Они снижают эффективность теплопередачи, приводят к перегреву котла. Применение теплообменника защищает котел от соприкосновения с агрессивной средой, жесткой водой, предотвращает коррозию.
3) Делает работу системы эффективной. При функционировании любой отопительной системы важно рационально использовать тепловую энергию. Теплообменник эффективно перераспределяет тепло. Это снижает эксплуатационные расходы, а также тепловые потери.
В промышленных котельных, в которых объемы теплоносителя и производительность тепла выше, теплообменное оборудование обеспечивает стабильную температуру. Это особенно важно, если стабильная работа системы нужна для функционирования производственного оборудования.
Принцип работы
Принцип работы заключается в том, что перенос тепла осуществляется через стенки разделяющих сред (трубы, пластины) от более горячего теплоносителя к более холодному.
Теплообменник работает по принципам:
- Разделение потоков – два теплоносителя циркулируют по разным, герметично разделенным каналам, не контактируя напрямую.
- Контакт через стенку – передача тепла происходит через тонкую стенку теплообменной поверхности. Чем тоньше материал стенки и выше его теплопроводность, тем эффективнее процесс.
Для повышения эффективности часто используется противоточная схема движения теплоносителей, т.е. горячая и холодная среды движутся навстречу друг другу. Теплоноситель с более высокой температурой (первичный контур) движется по одной стороне теплообменной поверхности и отдает свое тепло. Одновременно теплоноситель с более низкой температурой (вторичный контур) движется по другой стороне этой же поверхности и поглощает отданное тепло.
Как работает теплообменник
Работа теплообменника в отопительной системе – последовательный процесс, в котором каждый этап влияет на производительность и стабильность теплоснабжения:
1) Подача теплоносителя из первичного контура (источника тепла, которым может быть то котел или центральная тепловая сеть). Теплоноситель попадает в теплообменник через специальный входной патрубок. Для эффективной передачи тепла регулируется скорость потока. Это обеспечивает достаточное время контакта теплоносителя с теплообменной поверхностью.
2) Теплообмен. Тепло передается от теплоносителя первичного контура к вторичному через разделяющую стенку.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: даже тонкий слой накипи может сделать теплообмен менее эффективным, ухудшить производительность системы. Поэтому требуются регулярно проводить техобслуживание и очистку.
3) Отвод холодного теплоносителя из теплообменника, подача нагретого в систему отопления потребителя (например, в радиаторы или «теплый пол»).
Завершающий этап предусматривает – компенсация потерь тепла. Также важно поддерживать стабильный рабочий режим отопительной системы.
ДЛЯ ИНФОРМАЦИИ: применение многоступенчатого теплообмена, когда функционируют несколько теплообменников, позволяет эффективно использовать тепловую энергию, сократить потери.
Разновидности теплообменников
Существует несколько основных типов теплообменников, используемых в отопительных системах. Они отличаются конструкцией и применением.
Пластинчатые
Устройство: состоят из набора тонких металлических пластин с гофрированной поверхностью. Пластины расположены параллельно друг другу и образуют каналы для теплоносителей.
- Принцип работы: горячий и холодный теплоносители движутся поочередно по соседним каналам. Обмен теплом происходит через стенки пластин.
- Преимущества: высокая эффективность теплообмена, компактность, простота обслуживания, возможность увеличения мощности путем добавления пластин.
- Применение: для ГВС (горячего водоснабжения), в котельных, системах центрального отопления, вентиляции.
- Наиболее популярны разборные теплообменники https://www.teploprofi.com/catalogue/cat/teploobmenniki-plastinchatie-razbornie/, которые позволяют многократно обслуживать оборудование.
Кожухотрубные
- Устройство: состоят из цилиндрического корпуса (кожуха), внутри которого расположен пучок трубок. Один теплоноситель движется по трубкам, другой — между ними.
- Принцип работы: теплопередача осуществляется через стенки трубок.
- Преимущества: надежность, устойчивость к высокому давлению и температуре, длительный срок службы.
- Применение: в промышленных отопительных системах, паровых котлах, а также как элементы двухконтурных газовых котлов.
Коаксиальные
- Устройство: представляют собой две трубы, вставленные одна в другую. Внутренняя труба обычно имеет спиральную форму.
- Принцип работы: один теплоноситель движется по внутренней трубе, а другой — в пространстве между внутренней и внешней трубами.
- Преимущества: компактность, устойчивость к перепадам давления.
- Применение: в настенных газовых котлах для ГВС.
Ламельные (спиральные)
- Устройство: состоят из двух металлических листов, скрученных в спираль и образующих два концентрических канала.
- Принцип работы: теплоносители движутся по спиральным каналам навстречу друг другу.
- Преимущества: высокая турбулентность потока, самоочищаемость, компактность при большой площади теплообмена.
- Применение: в системах отопления с загрязненными теплоносителями.
По принципу работы теплообменники делятся на рекуперативные и регенеративные. В первом случае теплообмен происходит через разделяющие стенки, без смешивания сред. Во втором – среды поочередно контактируют с одним и тем же теплообменным элементом, накапливают тепло, затем передают его другой среде.
По направлению движения сред теплообменники могут быть сонаправленными и противоточными. В первом случае, теплоноситель и нагреваемая среда движутся в одном направлении. Во втором – в противоположных направлениях (в этом случае теплообмен эффективнее).
Выбор типа теплообменного устройства зависит от требуемой мощности, вида теплоносителей, рабочего давления, температуры и других факторов.
Заключение
Теплообменник – важный элемент отопительной системы, выполняющий намного больше функций, чем просто передача тепла. Теплообменник не только разделяет контуры, но и надежно защищает котельное оборудование от негативного воздействия некачественного теплоносителя, предотвращает коррозию, образование накипи.
Внедрение теплообменника в систему отопления повышает ее надежность, безопасность, увеличивает энергоэффективность, снижает эксплуатационные расходы, продлевает срок службы всех компонентов.
