Устройство и принцип работы теплообменника для систем отопления

Теплообменники для систем отопления

Теплообменники для отопления предусмотрены для обмена теплом между двумя контурами с горячей и холодной водой. Они используются в системах отопления, где передают тепло теплоносителю благодаря более высокой температуре греющей среды.
Незаменимость таких теплообменников проявляется в частных домах, где собственное отопление. После установки этих приборов подача от отопительной системы и теплосети становятся раздельными. По разные стороны к аппарату подключаются контур внутренней системы и труба с горячим теплоносителем. Теплообменный аппарат может подключаться как напрямую, так и параллельно.

Пластинчатые теплообменники для систем отопления

Наиболее популярны в блочных ТП независимого отопления пластинчатые теплообменники. В его основе лежит комплект пластин, перфорированных штамповкой, для расширения площади теплового обмена и создания каналов, по которым происходит движение воды. Пластины собраны в пакет, на последней неподвижной плите есть патрубки входа и выхода теплоносителя греющей и нагреваемой среды, в которые и выведены каналы из пластин.

Конструкция теплообменника для отопления

Теплообменник для отопления состоит из 2-ух стальных плит с патрубками, которые объединяются с помощью направляющих и винтовых шпилек. Гофрированные пластины и уплотнители стягиваются между плитами. Чтобы регулировать количество пластин, одна из пластин сделана подвижной.
Место между прилегающими пластинами поочерёдно наполняется холодным и горячим теплоносителем, а непроницаемость системы обеспечивается уплотнителями. Малогабаритные размеры устройства гарантируют высокую эффективность, так как рельефная поверхность обеспечивает увеличение площади теплообмена.

Преимущества и недостатки

– лёгкость в установке;

– небольшие габаритные размеры;

– простота сервисного обслуживания;

– возможность изменить отапливаемую площадь;

– высокая эффективность с экономией энергии;

– продолжительный период работы;

– определённые лимиты при использовании по максимальному давлению и температуре;

– необходимость рассчитывать каждое устройство персонально под заданные характеристики;

– восприимчивость к качеству теплоносителя и присутствию примесей;

Расчет теплообменника для отопления

Каждая модель теплообменного аппарата собирается под определённые требования эксплуатации. На основе расчетов определяется материал, число пластин, технические характеристики, габариты. Расчет готовит фирма-производитель оборудования. Клиенту только нужно предоставить необходимые сведения:

– температура в контуре теплосети;

– температура внутреннего контура;

– допустимый убыток напора;

Чтобы узнать эти данные, можно сделать запрос в теплоснабжающую компанию. Тепловую мощность можно легко рассчитать, если известны другие характеристики. При подборе теплообменника следует принимать во внимание и другие характеристики, такие как вязкость и загрязнённость рабочей среды. Неверные расчеты могу основательно оказать влияние на срок службы, эффективность и цену оборудования.

– Ошибочно учтены главные параметры. Ошибки в расчете, неточности указывании характеристик в заявке – это может привести к тому, что прибор чаще загрязняется и быстрей ломается

– В весьма враждебной и загрязнённой среде материалы будут быстрее выходить из строя и засоряться, если они не подходят к теплоносителю.

– При очень невысоком значении запаса площади на загрязнение устройство станет быстро покрываться накипью, при очень высоком – станет малоэффективным

Остались вопросы?

Вы всегда можете получить консультацию по подбору теплообменника на систему ГВС у нашего инженера совершенно бесплатно.

Мы поможем определится какой именно вариант больше подходит для Вашего объекта, учитывая технические характеристики и пожелания.
Обращайтесь по номеру 8-804-333-71-04 (звонок бесплатный), или же напишите на электронную почту [email protected]
С наиболее полной информацией о теплообменном оборудовании Вы всегда можете ознакомиться на нашем сайте

Принцип работы и схема пластинчатого теплообменника

Теплообменник — это простое по своей конструкции оборудование, которое часто включается в схему различного рода промышленных устройств. В некоторых случаях пластинчатые теплообменники применяются в бытовых системах кондиционирования и охлаждения. Как ясно из названия, предназначены эти аппараты для отбора тепловой энергии от одной среды и передачи другой.

Особенности конструкции

Основное предназначение любого вида пластичного теплообменника состоит в преобразовании нагретой жидкости в охлажденную среду. Конструкция пластинчатого теплообменника имеет разборные части, а состоит устройство из следующих элементов:

• набора пластин;
• подвижной и неподвижной плиты;
• верхней и нижней направляющей округлой формы;
• элементов крепления, которые объединяют плиты в общую раму.

Размеры рам разных изделий могут значительно различаться. Они будут зависеть от теплоотдачи и мощности нагревателя — с большим количеством пластин повышается продуктивность оборудования и, естественно, увеличивается вес и габариты.

Преимущества пластинчатых приборов:

• незначительные производственные и инвестиционные затраты;
• высокоэффективная теплопередача;
• малые габариты;
• эффект самоочистки с помощью высокого турбулентного потока;
• возможность увеличить КПД благодаря добавлению пластин;
• высокая степень надежности;
• легкость промывки;
• небольшая масса;
• легкость монтажа;
• минимальное загрязнение поверхностей;
• невозможность смешения жидкостей за счет особой конфигурации уплотнения;
• высокая устойчивость к коррозии;
• минимальная поверхность теплообмена благодаря высокому КПД;
• незначительные потери давления благодаря оптимальному выбору пластин с разными видами профилей;
• эффективная регулировка температуры за счет небольшого объема теплоносителя.

В этом видео вы узнаете, как образуется горячая вода благодаря теплообменнику:

Устройство пластин

Конструкция и принцип работы пластинчатого теплообменника будет зависеть от модификации оборудования, в котором может находиться разное количество пластин с зафиксированными прокладками. Эти прокладки перекрывают каналы с проходящим тепловым носителем. Чтобы достигнуть необходимой герметичности прилегания пар соединенных между собой прокладок, достаточно крепления этих пластин с подвижной плитой.

Нагрузки, которые действуют на это устройство, распределяются, как правило, на пластины и уплотнители. Рама и элементы крепежа, по большому счету, представляют собой корпус оборудования.

Рельефная поверхность пластин во время сжатия гарантирует прочное крепление и позволяет всей системе теплообменника набрать необходимую прочность и жесткость.

Прокладки фиксируются на пластинах с помощью клипсового соединения. Необходимо сказать, что прокладки во время зажатия самостоятельно центрируются относительно своей оси. Утечка теплового носителя предотвращается благодаря окантовке обшлага, который дополнительно создает барьер.

Для устройства пластинчатого теплообменника изготавливаются несколько видов уплотнителей: с жестким и мягким рифлением.

Подробнее о теплообменном оборудовании:

В мягких пластинах каналы находятся под углом 30 градусов. Этот вид устройств характеризуется высокой теплопроводностью, но незначительной стойкостью к давлению теплового носителя.

В жестких элементах при изготовлении канавок делается угол в 60 градусов. Для этих устройств не характерна повышенная теплопроводность, их основное достоинство — возможность переносить значительное давление теплоносителя.

Для достижения наилучшего режима тепловой отдачи можно комбинировать пластины. Причем нужно учитывать, что для оптимальной работы устройства необходимо, чтобы оно функционировало в режиме турбулентности — тепловой носитель обязан передвигаться по каналам без каких-либо задержек. Между прочим, кожухотрубный теплообменник, где конструкция имеет схему «труба в трубе», обладает ламинарным течением теплоносителя.

В чем состоит преимущество? Во время одинаковых теплотехнических характеристик пластинчатое оборудование имеет значительно меньшие габариты.

Требования к прокладкам

К аппаратам с пластинами предъявлены довольно жесткие требования касательно герметичности оборудования, именно по этой причине на сегодняшний день прокладки начали изготавливать из полимеров. К примеру, этиленпропилен может с легкостью эксплуатироваться в условиях повышенных температур — и пара, и жидкости. Однако довольно быстро начинает разрушаться в среде, которая содержит большое количество жиров и кислот.

Теплообменники различаются количеством пластин

Крепление уплотнителей к пластинам производится чаще всего с помощью клипсовых замков, в редких случаях — с помощью клеящего состава.

Принцип работы

Если рассматривать, как работает пластинчатый теплообменник, то его принцип действия нельзя назвать очень простым. Пластины развернуты друг к другу под углом 180 градусов. Чаще всего в одном пакете находится по две пары пластин, которые создают 2 коллекторных контура: входа и выхода теплового носителя. Причем необходимо учитывать, что пара, которая находится с края, не задействуется во время теплообмена.

Сегодня изготавливается несколько различных типов теплообменников, которые, в зависимости от механизма работы и конструкции, делятся на:

• двухходовые;
• многоконтурные;
• одноконтурные.

Принцип работы одноконтурного аппарата следующий. Циркуляция теплоносителя в приборе по всему контуру производится перманентно в одном направлении. Помимо этого, производится и противоток тепловых носителей.

Многоконтурные устройства применяются лишь во время незначительного различия между температурой обратки и входящего теплоносителя. Движение воды при этом производится в различных направлениях.

Подробнее о пластинчатом теплообменнике:

Двухходовые устройства имеют два независимых контура. С условием постоянной регулировки тепловой подачи использование этих устройств является наиболее целесообразным.

Область использования

Сегодня есть несколько разновидностей теплообменников.

При этом каждый из приборов имеет уникальную конструкцию и особенность работы:

Устройства с разборной системой зачастую применяются в тепловых сетях, которые подведены к жилым домам и зданиям разного предназначения, в климатических системах и холодильных камерах, бассейнах, теплопунктах и контурах ГВС. Паяные приборы нашли свое предназначение в морозильных установках, вентиляционных сетях, устройствах кондиционирования, промышленном оборудовании разного предназначения, компрессорах.

Подробное устройство пластинчатого теплообменника

Полусварные и сварные теплообменники применяются в:

• вентиляционных и климатических системах;
• фармацевтической и химической области;
• циркуляционных насосах;
• пищевой сфере;
• системах рекуперации;
• аппаратах для охлаждения приборов разного предназначения;
• в отопительных контурах и ГВС.

Наиболее популярным видом теплообменника, который применяется в быту, является паяный, обеспечивающий обогрев либо охлаждение теплоносителя.

Характеристики и расчет

Пластины и уплотнители в качестве главных деталей теплообменных устройств производятся из разных по своим показателям и характеристикам материалов. Во время выбора в пользу определенного изделия основную роль играет его предназначение и сфера применения.

Если рассматривать отопительные системы и ГВС, то в этой сфере чаще всего используются пластины, которые сделаны из нержавейки, и пластичные уплотнители из специальной резины NBR или EPDM. Наличие пластин из нержавеющей стали дает возможность работать с тепловым носителем, нагретым до 120 градусов, в другом же случае теплообменник может разогревать жидкость до 180°C.

Между пластинами для герметизации расположены прокладки

При применении теплообменников в промышленной сфере и их подключении к технологическим процессам с действием масел, кислот, жиров, щелочей и других агрессивных сред используются пластины, которые сделаны из титана, бронзы и иных металлов. В этих случаях требуется установка асбестовых или фторкаучуковых прокладок.

Выбор теплообменника выполняется с учетом расчетов, которые производятся с помощью специального программного обеспечения.

Во время расчетов необходимо учитывать:

• расход нагреваемой жидкости;
• изначальная температура теплового носителя;
• затраты теплоносителя на отопление;
• необходимая температура прогревания.

В качестве нагревающей среды, которая протекает через теплообменник, может применяться нагретая вода до температуры 90-120°C или пар с температурой до 170°C. Тип теплового носителя подбирается с учетом вида используемого котельного оборудования. Размеры и число пластин выбираются так, чтобы получился теплоноситель с температурой, которая соответствует действующим стандартам — не выше 65°C.

Теплообменник может быть изготовлен из разных видов металла

Необходимо сказать, что главными техническими характеристиками, которые при этом также считаются и основными преимуществами, являются компактные габариты оборудования и возможность обеспечить довольно значительный расход.

Диапазон площадей обмена и вероятных расходов у аппаратов довольно высокий. Самые маленькие из них, к примеру, от компании Alfa Laval, имеют размер поверхности до 1 м² и при этом обеспечивают прохождение количества теплоносителя до 0,3 м³/час. Наиболее же габаритные приборы имеют размер около 2500 м² и расход, который превышает 4000 м³/час.

Способы обвязки

Теплообменные приборы чаще всего устанавливаются в отдельных помещениях, обслуживающих частные постройки, многоэтажные здания, теплопункты центральных магистралей, промышленные предприятия.

Небольшой вес и габариты оборудования дают возможность производить установку довольно быстро, хотя определенные изделия, которые обладают большой мощностью, нуждаются в сооружении фундамента.

Монтаж и обслуживание теплообменника лучше доверить специалистам

Во время монтирования аппарата нужно соблюдать основное правило: заливка болтов в фундаменте, с помощью которых теплообменник прочно крепится, производится в любом случае. Схема обвязки должна обязательно предусматривать подводку теплоносителя к находящемуся наверху патрубку, а к установленному внизу штуцеру производится подсоединение обратного контура. Подача разогретой жидкости подключается наоборот.

В подающем контуре требуется наличие циркуляционного насоса. Помимо основного, непременно устанавливается и одинаковый с ним по мощности запасной насос.

Если в ГВС находится магистраль обратного передвижения воды, то механизм работы и схема несколько меняется. Горячая вода, которая подается по контуру, перемешивается с холодной из водопровода, и только после этого смесь подается в теплообменник. Регулировка температуры на выходе производится с помощью электронного блока, который управляет клапаном входящего теплового носителя.

Чем больше пластин в теплообменнике, тем выше мощность

В двухступенчатой системе можно использовать тепловую энергию обратной магистрали. Это дает возможность рациональней применять имеющееся тепло и снизить чрезмерную нагрузку на котельное оборудование.

В любой из вышеописанных схем обвязки на входе в теплообменник обязан находиться фильтр. С его помощью можно не допустить засорения системы и продлить срок ее эксплуатации.

При всех иных достоинствах пластинчатые теплообменники не опережают старые кожухотрубчатые модели только по одному важному показателю: во время обеспечения значительного расхода пластинчатые устройства недостаточно нагревают теплоноситель. Этот недостаток устраняется расчетом незначительного запаса при выборе количества пластин.

Характеристика пластинчатых теплообменников:

Принцип работы теплообменника в системе отопления

Теплообменник для отопления представляет собой техническое устройство, передающее тепло между горячей и холодной средой. Приборы этого типа, применяемые для отопительных систем, делятся на несколько категорий в зависимости от принципа работы, взаимодействия сред, способа передачи тепла, а также направления движения носителя и потребителя тепла. При выборе теплообменного аппарата для дома или бани учитывают особенности конкретной системы отопления, плюсы и минусы прибора, его конструкцию и дополнительный функционал.

Устройство и принцип работы теплообменника

Конструкция теплообменного прибора напрямую зависит от его типа. Современные приборы для обогрева состоят из двух прижимных плит с отверстиями, к которым подключаются дополнительные элементы трубопровода. Носитель и потребитель тепла также поступают внутрь прибора благодаря наличию отверстий. Принцип работы теплообменника достаточно простой, его можно рассмотреть на примере пластинчатого агрегата. Поток тепла в таком приборе влияет на гофрированный слой в нем, постепенно набирающий скорость в процессе работы.

После запуска первого этапа среды начинают перемещаться навстречу друг другу с обеих сторон во избежание смешивания. На пластинах, расположенных параллельно, формируются рабочие каналы, во время перемещения по ним в каждой среде происходит тепловой обмен, в результате чего тепло выходит за пределы агрегата. В домашних или банных пластинчатых агрегатах внутренние потоки могут идти по схеме одноходового или многоходового типа с учетом технических характеристик и конкретных условий.

Перед выбором прибора полезно почитать информацию о том, для чего нужен теплообменник, узнать о типах агрегата, правилах его монтажа и эксплуатации.

Виды по принципу работы

По способу взаимодействия сред тепловые обменники могут быть поверхностными и смесительными. Схема подключения смесительного теплообменника считается более сложной.

Смесительные

В основе работы смесительных агрегатов лежит контакт двух веществ и смешивание потребителя и носителя тепла. Смесительный теплообменник для отопления делится на несколько категорий, сюда входят градирни с дымоходом, паровые барботеры, а также конденсаторы барометрического типа и сопловые подогреватели.

Поверхностные

Поверхностный теплообменник работает в котельной за счет передачи тепла сквозь контактную поверхность. Это могут быть пластины или труба в зависимости от типа прибора. Среды внутри таких агрегатов не смешиваются между собой, в чем заключается их главное отличие от смесительных аналогов.

По принципу передачи тепла поверхностные тепловые обменники делятся на два типа: регенеративные и рекуперативные.

• Принцип действия рекуперативного теплообменника основан на непрерывной передаче тепла сквозь контактную поверхность. Таким образом работают многие приборы пластинчатого типа.
• Стандартный или вторичный регенеративный агрегат предназначен для охлаждения и нагревания воздуха. В этих устройствах движение носителя и потребителя тепла происходит в периодическом режиме. Такие установки часто применяются в офисных многоэтажных зданиях.

Рекуперативные приборы делятся на две категории в зависимости от поверхности. Она может быть изготовлена из труб, такой вариант предназначен для работы в условиях высоких перепадов давления. Приборы с листовой поверхностью более компактны и имеют небольшой вес, поэтому монтаж теплообменника этого типа почти не доставляет проблем.

Кожухотрубные

Кожухотрубной прибор изготовлен из ребристых труб, увеличивающих площадь поверхности, которая передает тепло. Он может иметь конструкцию, включающую трубные решетки, с жесткой сцепкой всех деталей и элементов. Решетки в таком устройстве привариваются к стенкам корпуса, на сцепке к нему прикрепляются трубы. Конструкция с плавающей головкой считается более совершенной, аппараты этого типа стоят дороже, но считаются более практичными.

Погружные

Приборы такого типа часто устанавливают в многоэтажках. В них установлен змеевик в форме цилиндра, размещенный в сосуде с жидкостью. За счет простой конструкции время на отдачу тепла заметно сокращается.

Спиральные

Обвязка такого теплообменника состоит из металлических листов, скрученных в спираль и закрепленных на крене. Агрегатам этого типа нужна хорошая герметизация. Также нужно учесть, что установка спирального теплообменника требует специальных навыков. Спиральные приборы не используют в системах с давлением более 10 кгс/см2.

Пластинчатые

Пластинчатые приборы заслуженно считаются наиболее совершенными и идеально подходят как для частных домов, так и для производственных помещений. Они не доставляют проблем во время сборки и чистки, имеют минимальную степень сопротивления гидравлике. Схема подачи рабочей среды в них может осуществляться тремя способами: прямоточным, смешанным и противоточным.

Достоинства и недостатки

Современные агрегаты просты в обслуживании и не доставляют проблем во время разбора и промывания устройства. Пластинчатые теплообменники, которые устанавливают чаще всего, загрязняются медленнее за счет повышенной турбулентности и качественной полировки.

Тепловые агрегаты от ведущих производителей служат дольше по сравнению с водяными бойлерами, котлами ГВС и печами для домов и гаражей. Средний срок службы агрегата составляет около 10-20 лет. У большинства устройств практически нет недостатков за исключением необходимости чистить прибор по мере его загрязнения. Чтобы сократить скопление грязи внутри устройства, нужно всегда использовать качественный теплоноситель.

Правила выбора

В список основных критериев, на которые необходимо обращать внимание при выборе, входит:

• тип и качество применяемого теплового носителя;
• простота разборки и сборки;
• тип передачи тепла;
• возможность наращивать объем мощности в процессе эксплуатации.

Пластинчатые обменники чаще используют для систем охлаждения и подогрева холодильников и бассейнов, спиральные применяют в различных сферах промышленности, горизонтальные лучше подходят в качестве устройств подогрева.

Эксплуатация и уход

Своевременный осмотр, профилактика и замена деталей помогут сэкономить на ремонте и покупке нового прибора. На работе агрегата негативно сказывают процессы коррозии и эрозии деталей, фрикционный износ во время повышенной вибрации, а также воздействие высоких температур.

Если не устранить проблемы вовремя, конструкция может выйти из строя. Очистку устройства можно проводить самостоятельно или доверить ее специалисту.

Популярные производители

На российском рынке хорошо зарекомендовали себя разборные и паяные тепловые обменники от брендов РИДАН и ASTERA, отличающиеся высоким уровнем качества и доступностью необходимых запасных элементов.

Из зарубежных брендов покупатели чаще выбирают дизельные и стандартные устройства от ALFA LAVAL, DANFOSS и SONDEX.

При выборе агрегата нужно учитывать особенности системы в целом, смету, если речь идет о проекте, требования по количеству кВт, а также другие необходимые параметры.

В каких случаях нужен теплообменник для систем отопления

Особенности подключения к системе горячего водоснабжения

Если для сушилки полотенец используется отдельный отвод (последовательное подключение к системе горячего водоснабжения), а вода из него выводится через источники внутри квартиры, то установка полотенцесушителя на горячую воду проводится без дополнительных работ. Но при таком подключении сушки для полотенец снижается температура горячей воды. Его обычно используют в небольших домах.

Цены на сушилки разного типа в магазине

Чаще устройство подключается к водопроводу, заменяя часть стояка, такое можно увидеть в ванной в панельном доме. При установке полотенцесушителя на стояк горячего водоснабжения необходима дополнительная страховка в виде байпаса.

Пластинчатые теплообменники области применения

Пластинчатые теплообменники применяются в системе отопления дома, горячего водоснабжения, в системах кондиционирования в больших коттеджах, школах, садах, бассейнах, в целых микрорайонах, а также в системе отопления домов сельской местности. Широкое применение пластинчатые теплообменники нашли в пищевой промышленности.

Теплообменники для отопления имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с остальными устройствами, используемыми для создания подходящего микроклимата.

Подобные отопительные приборы обладают рядом преимуществ над другими видами.

Положительные качества

Среди основных положительных качеств устройства, обеспечивающего отопление, можно отметить следующие:

• высокий уровень компактности;
• пластинчатые теплообменники имеют высокий коэффициент теплопередачи;
• коэффициент тепловых потерь максимально низкий;
• потери давления находятся на минимальном уровне;
• выполнение монтажно-наладочных, ремонтных и изоляционных работ требует низких финансовых затрат;
• при возможном засорении это устройство может быть разобрано, очищено и собрано обратно всего двумя рабочими уже через 4-6 часов;
• имеется возможность добавить мощность пластинам.

Кроме того, благодаря своей простоте подключение теплообменника к системе отопления может быть осуществлено просто на полу в тепловом пункте или на обычной несущей конструкции блочного теплового пункта. Отдельно стоит отметить низкий уровень загрязняемости поверхности теплообменника, что вызвано высокой турбулентностью потока жидкости, а также благодаря качественной полировке используемых теплообменных пластин. На сегодняшний срок эксплуатации уплотнительной прокладки у ведущих европейских производителей составляет не менее 10 лет. Срок же службы пластин составляет 20-25 лет. Стоимость замены уплотнительной прокладки может составлять 15-25% от общей стоимости всего агрегата.

Очень важно, что после проведения детального расчета конструкцию современного пластинчатого теплообменника можно изменить под необходимые и указанные в техническом задании характеристики (вариативность конструкции и изменяемость задачи). Абсолютно все пластинчатые теплообменники устойчивы к высокому уровню вибрации

У современных аппаратов системы отопления последствия возможных гидроударов сведены практически к нулю.

Из чего состоит современный теплообменник

Теплообменник современного типа состоит из нескольких частей, каждая из которых играет свою важную роль:

• неподвижной плиты, к которой присоединяются все подводимые патрубки;
• прижимной плиты;
• теплообменных пластин со вставленными прокладками уплотнительного типа;
• верхней и нижней направляющих;
• задней стойки;
• шпилек с резьбой.

На данном изображении представлен кожухотрубный теплообменник.

Благодаря такой уникальной конструкции теплообменник способен обеспечивать наиболее эффективную компоновку всей поверхности используемого теплообменника, что дает возможность создавать небольшой по габаритам аппарат отопления. Абсолютно все пластины в собранном пакете одинаковы, только часть из них развернута к другой под углом в 180 градусов. Именно поэтому во время необходимого стягивания всего пакета должны образовываться каналы. Именно через них во время процесса нагрева и протекает рабочая жидкость, принимающая участие в теплообмене. Благодаря такой компоновке элементов системы достигается правильное чередование каналов.

На сегодняшний день можно смело утверждать, что теплообменники пластинчатого типа из-за своих технических характеристик являются более популярными. Ключевой элемент любого современного теплообменника — это теплопередающие пластины, которые изготавливаются из стали, не подверженной коррозии, толщина пластин находится в диапазоне от 0,4 до 1 мм. Для изготовления используется высокотехнологичный метод штамповки.

Во время работы пластины прижимаются друг к другу, образуя тем самым щелевые каналы. Лицевая сторона каждой из таких пластин имеет специальные канавки, куда специально устанавливается резиновая контурная прокладка, которая обеспечивает полную герметичность каналов. Всего имеется четыре отверстия, два из них необходимы для обеспечения подвода и отвода нагреваемой среды к каналу, а два другие отвечают за предотвращение случаев перемешивания греющей и нагреваемой сред. На случай прорыва одного из малых контуров пластинчатые теплообменники защищены дренажными пазами.

Если имеет место большая разница в расходе сред и совсем небольшое отличие в конечных температурах, то есть возможность многократно использовать теплообменный процесс, который будет происходить через петлеобразное направление потоков.

Двухступенчатая последовательная схема.

Сетевая
вода разветвляется на два потока: один
проходит через регулятор расхода РР, а
второй через подогреватель второй
ступени, затем эти потоки смешиваются
и поступают в систему отопления.

При
максимальной температуре обратной воды
после отопления 70ºС
и
средней нагрузке горячего водоснабжения
водопроводная вода практически
догревается до нормы в первой ступени,
и вторая ступень полностью разгружается,
т.к. регулятор температуры РТ закрывает
клапан на подогреватель, и вся сетевая
вода поступает через регулятор расхода
РР в систему отопления, и система
отопления получает теплоты больше
расчетного значения.

Если
обратная вода имеет после системы
отопления температуру 30-40ºС
, например, при плюсовой температуре
наружного воздуха, то подогрева воды в
первой ступени недостаточно, и она
догревается во второй ступени. Другой
особенностью схемы является принцип
связанного регулирования. Сущность его
состоит в настройке регулятора расхода
на поддержание постоянного расхода
сетевой воды на абонентский ввод в
целом, независимо от нагрузки горячего
водоснабжения и положения регулятора
температуры. Если нагрузка на горячее
водоснабжение возрастает, то регулятор
температуры открывается и пропускает
через подогреватель больше сетевой
воды или всю сетевую воду, при этом
уменьшается расход воды через регулятор
расхода, в результате температура
сетевой воды на входе в элеватор
уменьшается, хотя расход теплоносителя
остается постоянным. Теплота, недоданная
в период большой нагрузки горячего
водоснабжения, компенсируется в периоды
малой нагрузки, когда в элеватор поступает
поток повышенной температуры. Снижение
температуры воздуха в помещениях не
происходит, т.к. используется
теплоаккумулирующая способность
ограждающих конструкций зданий. Это и
называется связанным регулированием,
которое служит для выравнивания суточной
неравномерности нагрузки горячего
водоснабжения. В летний период, когда
отопление отключено, подогреватели
включаются в работу последовательно с
помощью специальной перемычки. Эта
схема применяется в жилых, общественных
и промышленных зданиях при соотношении
нагрузок
Выбор схемы зависит от графика центрального
регулирования отпуска теплоты: повышенный
или отопительный.

Преимуществом
последовательной
схемы по сравнению с двухступенчатой
смешанной является выравнивание
суточного графика тепловой нагрузки,
лучшее использование теплоносителя,
что приводит к уменьшению расхода воды
в сети. Возврат сетевой воды с низкой
температурой улучшает эффект теплофикации,
т.к. для подогрева воды можно использовать
отборы пара пониженного давления.
Сокращение расхода сетевой воды по этой
схеме составляет (на тепловой пункт)
40% по сравнению с параллельной и 25% — по
сравнению со смешанной.

Недостаток
– отсутствие возможности полного
автоматического регулирования теплового
пункта.

Зависимая схема с трёхходовым клапаном и циркуляционными насосами

Зависимая схема подключения теплового пункта системы отопления к источнику тепла с трёхходовым клапаном регулятора теплового потока и циркуляционно-смесительными насосами в подающем трубопроводе системы отопления.

Данную схему в ИТП применяют при соблюдении условий:

1 Температурный график работы источника тепла (котельной) превышает либо равен температурному графику системы отопления. Тепловой пункт подключённый по данной принципиальной схеме может работать как с подмесом к подаче потока из обратного трубопровода, так и без него, то есть пустить теплоноситель из подающего трубопровода тепловой сети напрямую в систему отопления.

Например расчётный температурный график системы отопления 90/70°C, равен температурному графику источника, но источник независимо от внешних факторов всё время работает с температурой на выходе 90°C, а для системы отопления подавать теплоноситель с температурой в 90°C нужно лишь при расчётной температуре наружного воздуха (для Киева -22°C). Таким образом в тепловом пункте к воде, поступающей от источника будет подмешиваться остывший теплоноситель из обратного трубопровода пока температура наружного воздуха не опустится до расчётного значения.

2 Подключение теплового пункта выполнено к безнапорному коллектору, гидравлической стрелке или теплотрассе с разницей давлений между подающим и обратным трубопроводом не более 3м.вод.ст..

3 Давление в обратном трубопроводе источника тепла в статическом и динамическом режимах превышает как минимум на 5м.вод.ст высоту от места подключения теплового пункта до верхней точки системы отопления (статику здания).

4 Давление в подающем и обратном трубопроводе источника тепла, а также статическое давление в тепловых сетях не превышают максимально допустимого давления для системы отопления здания подключённой к данному ИТП.

5 Схема подключения теплового пункта должна обеспечивать автоматическое качественное регулирование системой отопления по температурному или временному графику.

Описание работы схемы ИТП с трёхходовым клапаном

Принцип работы данной схемы схож с работой первой схемы за исключением того, что трёхходовым клапаном может быть полностью перекрыт отбор из обратного трубопровода, при котором весь теплоноситель, поступающий от источника тепла без подмеса будет подан в систему отопления.

В случае полного перекрытия подающего трубопровода источника тепла, как и в первой схеме, в систему отопления будет подаваться только вышедший из неё теплоноситель, отбираемый из обрата.

Зависимая схема с трёхходовым клапаном, циркуляционными насосами и регулятором перепада давления.

Применяется при перепаде давления в месте подключения ИТП к тепловой сети превышающем 3м.вод.ст.. Регулятор перепада давления в данном случае подбирается для дросселирования и стабилизации располагаемого напора на вводе.

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.

Теплообменные аппараты: виды, устройство, принцип работы

Введение

Теплообменник – техническое устройство, предназначенное для передачи тепла между нагретой средой и холодной. Чаще всего теплообмен осуществляется через элементы конструкции аппарата, хотя встречаются агрегаты, принцип действия которых основан на смешении двух сред.

Области применения теплообменных аппаратов:

• системы отопления;
• металлургия;
• энергетика;
• тепловые пункты;
• химическая и пищевая промышленности;
• системы кондиционирования и вентилирования воздуха;
• коммунальное хозяйство;
• атомная и холодильная отрасли.

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты подразделяются на несколько групп в зависимости от:

• типа взаимодействия сред (поверхностные и смесительные);
• типа передачи тепла (рекуперативные и регенеративные);
• типа конструкции;
• направления движения теплоносителя и теплопотребителя (одноходовые и многоходовые).

Наиболее наглядно классификация теплообменных аппаратов представлена на следующем изображении (если нужно увеличить картинку, то просто кликните по ней):

Рис. 1. Виды устройств теплообменников в зависимости от принципа работы

По типу взаимодействия сред

Поверхностные

Теплообменные аппараты данного вида подразумевают, что среды (теплоноситель и теплопотребитель) между собой не смешиваются, а теплопередача происходит через контактную поверхность – пластины в пластинчатых теплообменниках или трубки в кожухотрубных.

Смесительные

Кроме поверхностных теплообменников используются агрегаты, в основе эксплуатации которых лежит непосредственный контакт двух веществ.

Наиболее известным вариантом смесительных теплообменников являются градирни:

Рис. 2. Градирни – один из видов смесительных ТО

Градирни используются в промышленности для охлаждения больших объемов жидкости (воды) направленным потоком воздуха.

К смесительным теплообменникам относятся:

• паровые барботеры;
• сопловые подогреватели;
• градирни;
• барометрические конденсаторы.

По типу передачи тепла

Рекуперативные

В данном виде устройств теплопередача происходит непрерывно через контактную поверхность. Примером такого теплообменного аппарата является пластинчатый разборный теплообменник.

Регенеративные

Отличаются от рекуператоров тем, что движение теплоносителя и теплопотребителя имеют периодический характер. Основная область применения таких установок – охлаждение и нагрев воздушных масс.

Установки с подобным типом действия нужны в многоэтажных офисных зданиях, когда теплый отработанный воздух выходит из здания, но его энергию передают свежему входящему потоку.

Рис. 3. Регенеративный теплообменник

На изображении видно, как в теплообменник поступают 2 потока: горячий (I) и холодный (II). Проходя через коллектор 1, горячая среда нагревает гофрированную ленту, свернутую в спираль. В это время через коллектор 3, проходит холодный поток.

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких часов), когда коллектор 1, заберет достаточное количество тепла (точное время зависит от тех. процесса), крыльчатки 2 и 4 поворачиваются.

Таким образом изменяется направление потоков I и II. Теперь холодный поток идет через коллектор 1 и забирает тепло.

По типу конструкции

Вариаций конструкций теплообменных аппаратов очень много. Их выбор и подбор конкретной модели зависит от большого количества условий эксплуатации и технических характеристик:

• мощность теплообменника;
• давление в системе;
• тип сред (агрессивные или нет);
• рабочие температуры;
• прочие требования.

Подробную классификацию типов конструктивов теплообменных аппаратов можно посмотреть выше на Рис. 1.

По направлению движения сред

Одноходовые теплообменники

В данном виде агрегатов теплоноситель и теплопотребитель пересекают внутренний объем теплообменника однократно по кратчайшему пути. Наглядно это показано в следующем видео:

Подобная схема движения в ТО используется в простых случаях, когда не требуется повышать теплоотдачу от теплоносителя хладогенту. Кроме того, одноходовые теплообменники требуют более редкого обслуживания и промывки, так как на внутренних поверхностях скапливается меньше отложений и загрязнений.

Многоходовые теплообменники

Применяются, когда рабочие среды плохо отдают или принимают тепло, поэтому КПД теплообменного аппарата увеличивают за счет более длительного контакта теплоносителя с пластинами агрегата.

Пример работы двухходового пластинчатого теплообменника представлен в данном видео:

Устройство теплообменника

Как отмечалось выше, конструкции теплообменных аппаратов очень сильно отличаются между собой, поэтому подробно о каждой из них будет рассказано в следующих статьях.

В качестве примера можно рассмотреть пластинчатый разборный теплообменник, как наиболее современный и вытесняющий старые поколения теплообменных аппаратов: кожухотрубные (кожухотрубчатые), «труба в трубе» и другие виды.

Данный вид ТО состоит из двух главных пластин: подвижной и неподвижной прижимных плит. Обе плиты имеют несколько отверстий.

Отверстия, имеющие входящее и выходящее назначение потоков, надежно укрепляют специальной прокладкой и прочными кольцами спереди и сзади соответственно.

Рис. 4. Устройство РПТО

При монтаже к входным и выходным отверстиям через патрубки подключаются элементы трубопровода. Для соединения могут быть использованы трубы различного диаметра и с разным типом резьбы (современные требования предлагают использовать резьбу ГОСТа №12815 и ГОСТа №6357). Оба вида имеют прямую зависимость от устройства и его вида.

Посередине между прижимными плитами размещается множество пластин. Толщина пластин находится в пределах всего 0,5 мм, изготавливаются они, только из нержавеющей стали или титана с помощью метода холодной штамповки.

Все слои пластин перемежаются тонкой специальной уплотнительной резиной, которая устанавливается между всеми слоями пластин. Материал резины обладает заметной повышенной устойчивостью к высоким температурам, благодаря которой рабочие каналы становятся полностью герметичными.

Прямые направляющие снизу и сверху обеспечивают фиксацию пакета пластин, а также являются направляющими при сборке агрегата. Пластины сжимаются до необходимого размера при помощи затяжных гаек.

Внутреннее расположение пластин выбрано не случайно, каждая пластина через одну повернута на 180° относительно, рядом расположенных, соседних пластин. Благодаря данному устройству теплообменного аппарата входящее канальное отверстие имеет двойное уплотнение.

Наглядно устройство пластинчатого теплообменника, его сборку и принцип действия можно посмотреть в данном видео:

Принцип работы теплообменника

Передняя и задняя плита имеют отверстия, которые подключаются к трубопроводу. По ним теплоноситель и теплопотребитель поступают внутрь агрегата.

Рис. 5. Движение сред внутри пакета пластин

Пристенный слой гофрированного типа, в условиях потока, имеющего большую скорость, начинает постепенно набирать турбулентность. Каждая среда перемещается на встречу друг другу с разных сторон пластины, чтобы избежать смешения.

Параллельно расположенные пластины формируют рабочие каналы. Перемещаясь по всем каналам, каждая среда производит тепловой обмен и покидает внутренние пределы оборудования. Это означает, что все пластины являются самым важным элементом среди всех деталей теплообменника.

Потоки внутри пластинчатого теплообменника могут идти по одноходовым и многоходовым схемам в зависимости от технических характеристик и условий решаемой задачи:

Рис. 6. Схемы движения теплоносителей в пластинчатом разборном теплообменнике в зависимости от принципа работы

Заключение

В данной статье вы смогли ознакомиться с видами теплообменников, их назначением, сферами применения. В следующей статье мы подробно рассмотрим пластинчатые теплообменники – в чем их особенность, какие виды существуют и как они отличаются между собой, поэтому подписывайтесь на e-mail рассылку и новости в соцсетях, чтобы не пропустить их.

Стоит помнить, что в настоящее время кожухотрубные (кожухотрубчатые) теплообменники активно вытесняются пластинчатыми, поскольку последние более универсальны и просты в обслуживании.

Если вам нужно подобрать теплообменник под свою задачу, то вы можете посмотреть модели, которые поставляет наша компании в соответствующих разделах каталога.

Если же у вас возникают трудности, то свяжитесь с нашими инженерами или заполните форму: