Энергоэффективность на максимуме: особенности работы теплообменников для ГВС от отопительной системы

В водяных отопительных системах теплоносителем служит обычная вода. Она нагревается в котле до высокой температуры. Помимо подачи в трубы для обогрева помещений, ее можно использовать для горячего водоснабжения. Это поможет сберечь природные ресурсы и снизить энергетические затраты. Прямо из отопительной системы можно получить горячую воду с помощью теплообменников для ГВС. Для таких задач лучше подходят пластинчатые модели (ПТО) из-за их конструктивных особенностей.

Общие принципы работы теплообменного прибора

Особенности конструкции теплового обменника отражены в его названии. В пластинчатых приборах основными рабочими элементами служат плоские пластины, разделённые упругими прокладками. В паяных моделях они спрятаны внутри закрытого корпуса. В разборных устройствах пластины заключены в открытый корпус: они зажаты между торцевыми плитами, одна из которых статичная, а другая подвижная. Такие приборы проще ремонтировать и модернизировать.

Конструкция пластин такова, что в них формируются два контура, по которым течет вода. За счет линейного расположения отверстий образуются сплошные каналы. По ним в противоположных направлениях движутся носители с разной температурой. Горячая (греющая) и холодная (нагреваемая) вода перемещаются под давлением по «своим» каналам, которые проходят по разным сторонам каждой пластины.

Разносторонние потоки не смешиваются друг с другом, но при их движении происходит тепловой обмен: 

- горячая вода отдает тепло пластинам и остывает;

- холодная вода нагревается до высоких температур, становится горячей.

По всей длине трассы движения потоков внутри теплообменного прибора происходит взаимное перераспределение температур.

Как работает теплообменник для ГВС от отопления

Пластинчатый теплообменник легко встроить в любую систему водяного отопления. Схема встраивания проста: 

ПТО для ГВС параллельно или последовательно подключают к отопительной системе, чтобы по каналам прибора циркулировала горячая вода, нагретая котловым оборудованием.

С противоположной стороны к прибору подсоединяют источник водоснабжения ХВС, откуда в систему будет поступать холодная вода.

Через водопроводные краны можно забирать горячую воду в нужных количествах, ее «запасы» будут периодически пополняться за счет подключения к водопроводу и быстрого нагрева при прохождении через теплообменную систему.

Если потребность в ГВС превышает отопительную нагрузку, в схему встраивают два теплообменника. Двухступенчатая система дороже, но при эксплуатации она выгоднее, чем одноступенчатая с одним обменником.

Где применяется связка «ПТО ГВС + отопление»

Схему получения горячей воды можно применять в любых отопительных системах:

- в централизованных ЦПТ, обслуживающих несколько районов или весь город;

- в автономных, подключенных к какому-либо производству, где в избытке выделяется тепло, которого хватит на обогрев и ГВС;

- в местных, находящихся в подведомстве ЖКХ; 

- в частных, при устройстве отопления в загородных и сельских домах при индивидуальном строительстве.

Способ применяют котельные станции, работающие на разных видах топлива. Он заложен в основу работы энергетических установок и мини-ТЭЦ, вырабатывающих тепловую энергию, которую используют для нагрева воды и отопления. Такую схему применяют на судах и плавстанциях.

Преимущества от использования теплообменников для ГВС

Что дает связка «отопление + теплообменник»:

экономичность — нет трат на покупку дополнительных энергоносителей, не нужно подключать другие источники для нагрева воды, она поступает из отопительной сети, что снижает себестоимость 1 л горячей воды и дает экономию до 30%;

высокий КПД — за счет большой площади теплообменных пластин, отдающих тепло холодному носителю;

впечатляющий масштаб обслуживания — горячую воду можно подавать сразу во множество водозаборных точек;

простота монтажа и техобслуживания — теплообменное устройство легко разобрать для замены пластин или уплотнительных прокладок;

компактность — при самой высокой теплоотдаче (по сравнению с другими приборами) пластинчатые теплообменники занимают мало места.

В разборных моделях можно нарастить пластины, чтобы увеличить производительность прибора, но при этом увеличивается его вес и габариты.

Конструкция теплообменника герметична: сквозные канальные отверстия окружены эластичными прокладками. При аккуратной эксплуатации прибора протечки исключены. При использовании фильтров для очистки воды в каналах практически не осаждаются загрязнения. За счет особой конструкции пластин при циркуляции носителей образуются турбулентные завихрения, которые препятствуют образованию накипи и не дают примесям наслаиваться на стенки. При недостаточной очистке воды можно периодически промывать теплообменники химическими спецрастворами.

Как подобрать теплообменник к отопительной системе

Перед покупкой теплообменника можно рассчитать мощность (Q) прибора по формуле, но это будут лишь приблизительные данные:

Q = m × cp × (tг – tх)

Где:

Q — тепловая мощность [Вт];

m — предполагаемый расход воды;

cp — удельная теплоемкость (4182 Дж/кг°С);

tг — температура теплоносителя (горячей воды) на входе;

tх — температура носителя (холодной воды) на выходе.

При заказе проекта расчет делают профессиональные теплотехники, учитывая:

- среднесуточный расход воды на одного человека;

- общее количество потребителей;

- число точек забора горячей воды;

- расчетную нагрузку источника тепла; 

- температуры носителя на входе и выходе из теплообменника;

- возможные теплопотери;

- рабочее давление в системе;

- режим работы теплообменника — только в дневное время или круглосуточно (для предприятий непрерывного цикла).

На основе данных, полученных от заказчика, проектировщики рассчитывают габариты, мощность и производительность прибора, количество пластин, рабочие характеристики. Важно учитывать материал. Комплектующие из нержавеющей стали легко выдерживают длительное воздействие влаги и конденсата, не поддаются коррозии. Титан стойко переносит высокие температуры, действия агрессивных сред и соленой воде, но его цена выше.

Если при расчетах допущены ошибки, обменник будет работать в большой перегрузкой или, наоборот, с недостаточной эффективностью и зря потреблять электроэнергию. Возможны протечки, поломки, потери давления, сбои в работе системы.

В отопительные системы можно встраивать кожухотрубные теплообменники, но их эффективность и КПД ниже по сравнению с пластинчатыми приборами.