Важнейшим конструкционным элементом отопительных котлов являются теплообменники. Экономические и экологические характеристики теплогенераторов во многом определяются геометрическими параметрами и материалом, из которого изготовлены теплообменники.
Один из видов теплообменных аппаратов изготавливается из меди. Их положительными качествами являются: небольшой вес, стойкость к коррозии, компактность. На рынке теплогенераторов представлен целый ряд моделей с медными теплообменниками.
Frisquet (Франция) – надёжное и долговечное отопительное оборудование
Высокие теплотехнические характеристики агрегатов Frisquet во многом объясняются использованием жаротрубного теплообменника, изготовленного из меди. Этот благородный материал обладает наивысшим коэффициентом теплопроводности и теплопередачи, а также прекрасными антикоррозионными характеристиками.
Отопительное оборудование Frisquet оснащено трубчатым теплообменником, изготовленным по технологии, которая применяется в промышленных теплогенераторах. Использование этой технологии обеспечивает высокую производительность, простоту эксплуатации и долговечность теплообменников и самих агрегатов. Увеличение поверхности теплообмена достигается наличием встроенных дымогарных трубок. По каждой трубке передаётся отходящий газ, а внешняя поверхность трубок соприкасается с водой.
Такая конструкция обеспечивает возможность работы при низких температурах воды. В каждой из трубок находится турбулизатор, изготовленный из нержавеющей стали, легированной титаном. Турбулизатор обеспечивает распределение и охлаждение отходящих газов.
Агрегаты этой фирмы имеют срок эксплуатации, который примерно в два раза выше, чем срок службы котлов с оребрением. Такой эффект достигается с помощью простой и надёжной технологии изготовления теплообменника и использованию меди.
Примерная стоимость отопительных установок Frisquet мощностью 23 кВт составляет почти три тысячи долларов.
Модели отопительных агрегатов с медными теплообменниками
Высокоэффективные теплообменники из меди используют в газовых отопительных агрегатах BAXI COPPER и итальянских моделях Hermann Habitat.
Модульные российского производства «СТГ-Классик» и «СТГ-премьер» оснащены современными биметаллическими медно-чугунными теплообменниками. Теплообменный аппарат представляет собой конструкцию с медными оребрёнными трубами, соединёнными двумя кольцевыми коллекторами из чугуна. Такое устройство теплообменника обеспечивает хорошую передачу теплоты от сгорания топлива к воде, циркулирующей по трубам.
Это оборудование является идеальным вариантом для котельных, которые устраиваются на крыше домостроения.
Теплообменник – это один из элементов устройств, где происходят тепловые процессы по передаче энергии от нагретого тела к холодному. Все современные тепловые машины – от домашней системы отопления до атомного ректора, который, по сути, является тем же котлом, оснащены такими теплопередающими деталями. Только выполняются они из разных материалов и имеют сложные системы управления, безопасности.
Назначение, виды металлических теплообменников
Конструкция и производительность устройств нагрева зависят от назначения, принципа действия, материала теплообменника. Например, невозможно создать компактное изделие из чугуна для парапетного или настенного обогревателя. Поскольку углеродистая сталь или чугун имеют значительную плотность, а значит и массу. Старые чугунные котлы ушли в прошлое. Сегодня популярны малогабаритные отопительные конструкции с легкими деталями и более высоким уровнем передачи энергии. К ним относятся газовые настенные котлы с медным теплообменником.
При производстве термодинамической конструкции используются такие материалы, как:
медь;
сталь разных марок;
чугун;
алюминий;
силумин.
В современных бытовых отопительных котлах большую часть его поверхности занимает теплообменный агрегат. От конструкции и вида материала зависят экономические и экологические параметры котла.
В зависимости от назначения по таким типам, как подогревающие, охлаждающие, конденсирующие, испаряющие. По принципу действия блоки бывают регенеративные, рекуперативные и смесительные. Первые два вида имеют общее название «тепловые поверхностные аппараты». Одни из примеров таких агрегатов – радиаторы в автомобилях. Их назначение – участие в работе системы охлаждения двигателя. Нагретая вода контактирует с воздухом через стенки медно-алюминиевых теплообменников.
В смесительных (контактных) машинах два рабочих потока (горячий и холодный) смешиваются друг с другом. Подобный процесс наблюдается в струйных конденсаторах, где распыляемая жидкость использует энергию конденсации. Они проще в изготовлении и характеризуются повышенной теплоемкостью. Но сфера применения ограничена.
Какие теплообменники лучше – медные или алюминиевые?
В отопительном оборудовании все чаще используется материал будущего – сплав алюминия и кремния. Схожая эвтектическая структура позволила соединить два разнородных вещества – металл и минерал. Получился материал, обладающий отличными свойствами литья. Теплообменники без сварочных швов и сложной формы увеличивают поверхность обмена энергией. Задача создания таких конструкций состоит в оптимизации теплопередачи при минимальных габаритах передающего тепло агрегата.
Читайте также: Канализационный насос: устройство, виды, принцип работы, критерии выбора, этапы монтажа
Теплообменник из сплава алюминия и кремния отличается хорошей антикоррозионной устойчивостью. Отсутствие сварных швов, сгибов придает изделию высокую прочность. Еще одно достоинство – оптимальное механическое сопротивление обратному низкотемпературному потоку теплоносителя. Теперь металлу не опасен большой температурный градиент подающего и обратного контура.
Тепловые аппараты из стальных и медных сплавов
Поскольку серийное производство бытовых приборов сосредоточено на изготовлении теплообменников из черного металла, то газовые котлы с медным теплообменником считаются престижным товаром. Медь обладает высокими теплопередающими характеристиками. Поэтому для обогрева большого дома можно использовать небольшие котлы с незначительным количеством теплоносителя. В итоге аппараты получаются очень компактными.
Важно! Нередко покупатели интересуются, какой выбрать теплообменник – стальной или медный. Исходить нужно из физико-химических свойств черного и цветного металлов. Удельная теплоемкость меди ниже, чем стали.
То есть для нагрева равного количества вещества, меди нужно передать меньше теплоты, чем стали. Соответственно инерция отопительной системы, где стоит стальной теплопередающий агрегат больше. Автоматика котла, работающая с медным теплопередающим блоком, быстрее реагирует на повышение температуры теплоносителя. В итоге это приводит к экономии топлива. Еще большая реакция системы отопления на нагрев происходит при работе насоса. Кроме этого, он обеспечивает улучшение циркуляции даже при нарушенных уклонах труб и предотвращает закипание воды.
Сравнивая медные теплообменники для котлов со стальными, можно сказать, что последние более пластичны. Этот фактор важен, поскольку происходит постоянный процесс взаимодействия с открытым огнем. Вследствие этого развиваются тепловые напряжения металла и появляются трещины. Сталь более прочна в этом отношении и выдерживает большое количество циклов: нагрев – остывание.
Заметка! К недостаткам стали, кроме инерционности, повышенной удельной теплоемкости, относят:
подверженность коррозии;
увеличенный объем поверхности калорифера;
большое количество теплоносителя;
значительную массу отопительных приборов.
Читайте также: Акриловые ванны: особенности, преимущества и недостатки
Стальные газовые котлы по массе составляют от 70 кг и выше. Чем больше мощность, тем значительнее габариты. Очень важным параметром котла является толщина металлической стенки.
Изготовление медных теплообменников по сравнению со стальными выгодно даже с точки зрения их обслуживания. Коэффициента шероховатости у меди меньше, чем у стали в 130 раз. Благодаря этому гидродинамическое сопротивление медных изделий при движении по ним жидкости снижает степень загрязнения и образования накипи.
Важно! Сегодня производители экономят на металле и уменьшают толщину до предела. Это увеличивает вероятность быстрого прогорания. Поэтому при покупке необходимо ориентироваться на толщину стенок калорифера не менее 3 мм.
Газовая колонка с медным теплообменником
Газовая колонка имеет в своем составе теплообменник, вода в котором нагревается горелкой. Медь с высоким коэффициентом теплоотдачи быстро передает тепло воде, которая расходуется на принятие ванны. Медные изделия работают тем лучше, чем меньше в сплаве разных примесей. При их наличии стенки емкости нагреваются неравномерно, что вызывает их быстрое прогорание. Иногда, чтобы понизить цену медного теплообменника, уменьшают толщину стенок и диаметр трубок. Масса пустого аппарата составляет до 3,5 кг.
Теплообменный блок изготавливается в виде трубки. В нижней части она имеет форму змейки с ребрами. Вокруг устанавливается металлический лист, а поверх его спиральная труба. Кроме меди, применяют оцинкованную и нержавеющую сталь. Какой теплообменник лучше, медный или из нержавейки, говорит сам факт стоимости аппарата. Медь дороже стального сплава в 20 раз. Но она лучше передает тепло и в эксплуатации экономнее. Нержавеющая сталь долговечнее.
Важно! Прежде чем купить газовую колонку с медным телообменником, следует изучить её технические параметры. Хорошая вещь не будет стоить дешево. Медь при контакте с водой сильно окисляется. Особенно этот процесс наблюдается в месте подачи холодной воды. Там образуется конденсат. Повышенная влажность разъедает стенку трубки, и появляются свищи. На тонких стенках они образуются быстро. Качественные товары отслужат положенный срок.
Очистка медного теплообменника
В результате многолетней работы по нагреванию теплоносителя, на поверхности образуются наслоения. Они ухудшают характеристики котла. Если их долго игнорировать, то агрегат может выйти из строя. Для устранения кальция и прочих неорганических веществ проводится промывка медных теплообменников специальными химреагентами или подачей в полости воздуха под большим давлением.
Газовый теплообменник - основной узел газового котла, но при этом чаще всего именно он первым выходит из строя в силу постоянных агрессивных нагрузок, которым подвергается при эксплуатации. В качестве ключевого элемента бойлера теплообменник обеспечивает передачу тепла от греющей субстанции нагреваемому носителю. Насколько агрессивны нагрузки, возникающие на него, оцените сами:
- Снаружи змеевик нагревается до высоких температур в результате сгорания газа. Нередко теплообменное оборудование выходит из строя именно из-за «прогорания».
- Изнутри на его стенки воздействует горячая вода, температура которой поднимается до 90 °C. В результате на них оседает накипь, диаметр труб сужается, ухудшаются эксплуатационные характеристики котла.
- Резкие температурные перепады также не проходят бесследно, нередко приводя к появлению трещин в металле.
Учитывая это, нужно выбирать бойлер, газовый теплообменник которого способен длительное время переносить такие нагрузки без разрушения. Рынок газового оборудования предлагает различные котлы широкого диапазона стоимости, но это не тот случай, когда низкая цена или эффектный дизайн должны стать факторами, предопределяющими выбор. Гораздо важнее, например, обратить внимание на вес котла. Тяжелые бойлеры служат намного дольше более легких моделей. Все очень просто - основной вес отопительного агрегата - свыше 90% - приходится на рекуператор, и чем бойлер тяжелее, тем толще стенки змеевика и тем дольше он проработает в системе отопления без ремонта. Не стоит выбирать и самый недорогие модели - велика вероятность того, что они в скором времени потребуют очистки труб для удаления со стен известковых отложений, а также замены отдельных комплектующих.
Газовые котлы с теплообменником имеют немало преимуществ: они экономичны, эффективны, комфортны в эксплуатации. Но в то же время использование газа в качестве топлива несет в себе определенные риски, и чтобы их минимизировать, надо грамотно выбрать все элементы системы отопления и качественно осуществить их монтаж.
Типы теплообменников для котла
Производители предлагают различное теплообменное оборудование, которое по способу теплопередачи делится на три типа:
Если вы хотите, чтобы купленный бойлер служил долго и эффективно, целесообразно перед его покупкой провести химический анализ воды, которую вы будете использовать в системе отопления дома, и выбирать модель, исходя из его результатов.
По материалу изготовления газовые рекуператоры бывают стальным, чугунным либо медным.
Стальной теплообменник
Широко распространенный вариант благодаря простоте изготовления и доступной цене. Теплообменники из стальных сплавов пластичны, достаточно прочны и устойчивы к механическим нагрузкам. При этом срок службы их невелик из-за часто возникающих коррозийных процессов, а эксплуатация требует повышенного расхода топлива для нагрева теплоносителя и поддержания штатного температурного режима.
Чугунный теплообменник
Не подвержен коррозии, следовательно, более долговечен, чем стальной. Требует особого внимания к условиям эксплуатации. Самое уязвимое место - граница между горячей и теплой частями рекуператора. Эксплуатационные ошибки повышают риск появления трещин в металле на этом участке. Чтобы такого не допустить, следует регулярно проводить промывку газового теплообменника. Минимизировать риски поможет и установка на обратке вблизи теплообменного узла трехходового крана-смесителя, предварительно смешивающего горячую и уже остывшую воду и подающего в полость жидкость умеренной температуры. Следует помнить, что котлы зарубежных производителей с рекуператорами из чугуна не адаптированы к российским условиям эксплуатации, поэтому очень уязвимы.
Медный теплообменник
К его достоинствам можно отнести малый удельный вес и небольшую вместительность устройства, компактность, устойчивость к коррозии, низкий расход топлива для нагрева до рабочей температуры. Основные минусы такого теплообменного оборудования - высокая стоимость и недостаточная надежность.
Промывка теплообменника продлит срок службы котла
Даже правильно выбранный котел может прослужить долго или не очень, в зависимости от того, каковы условия эксплуатации. Сегодня не приходится говорить о высоком качестве используемых в отопительных системах теплоносителях, поэтому продлить срок службы котла и газового теплообменника поможет своевременная и регулярная их очистка.
Промывка котла может осуществляться вручную, а также гидравлическим и химическим способами. В первом случае отложения удаляются при помощи скребков после вскрытия котла. Гидравлическая промывка осуществляется при помощи насоса, подающего в отопительный агрегат водопроводную воду под давлением, которая отслаивает отложения и при помощи шланга сбрасывается в систему канализации. При третьем варианте промывка осуществляется при помощи химических реагентов, размягчающих и разлагающих осадок на поверхностях пластинчатого теплообменника.
Теплообменник – один из главнейших элементов современного газового котельного оборудования. И если вы хотите, чтобы приобретаемый вами котел работал с максимально возможной эффективностью, то в первую очередь нужно смотреть на то, из какого материала он изготовлен, а также насколько качественным является этот самый материал.
Собственно, материал теплообменника может быть любым, но в современных условиях наибольшее распространение получили медные , стальные и чугунные теплообменники. Каждый из этих материалов обладает своими преимуществами и недостатками, а также степенью эффективности, от которой и будет зависеть производительность приобретаемого котельного оборудования. Предлагаем вам сразу приступить к рассмотрению каждого из указанных видов теплообменников.
Медный теплообменник
Начнем с самой непопулярной разновидности. Медь , конечно, в свое время была достаточно распространена. Но только лишь в виду того, что другие материалы были либо слишком дорогостоящими, либо просто недоступными по техническими причинам. Поэтому, с появлением стали и чугуна, медь стала постепенно отходить на задний план. И все же, если вам вдруг попадется на глаза медный теплообменник, то знайте, что он обладает двумя критическими недостатками.
- Первый – достаточно высокая цена.
- Второй – стремительное прогорание, приводящее к быстрому выходу из строя всего теплообменника.
Чугунный теплообменник
Чугун зачастую называют «вечным» материалом, долговечность которого достигает 50 лет и более. Для такого элемента, как теплообменник, это очень . Причиной столь высокой долговечности является стойкость чугунного материала к прогоранию, являющемуся настоящим бичом меди. К тому же, чугун, по своей природе, отлично защищен от коррозийных процессов (ржавчины), не нуждаясь в каком-либо дополнительном антикоррозийном покрытии.
Впрочем, идеальным чугунный теплообменник назвать нельзя. Вам нужно знать, что у него есть два важных недостатка.
- Во-первых, чугун – предельно тяжелый материал. Если вам доводилось переносить с места на место чугунную ванну, то вы знаете, о чем мы говорим.
- Во-вторых, чугунный теплообменник очень хрупкий. Ему могут повредить даже температурные перепады, не говоря уже о чисто физических повреждениях. Один единственный сильный удар может привести к появлению трещины. А использовать треснутый теплообменник уже не представляется возможным. Кстати, чугун – не самый дешевый материал, что также следует учитывать.
Стальной теплообменник
Стальные теплообменники сегодня являются самыми распространенными для Причина проста. Сталь – самый дешевый из вышеописанных материалов. Да и по своим техническим характеристикам он не так уж сильно отстает от чугуна. Конечно, долговечность здесь будет уже не 50 лет, а, скажем, лет 15, не более.
Если используется низкокачественная сталь, то вам придется менять такой теплообменник уже через 5 лет. Причина тому – достаточно быстрое прогорание материала под воздействием высоких температур. Ну а то, что сталь боится ржавчины (коррозийных процессов), известно даже маленьким детям. Этот факт тоже отражается на долговечности материала.
Этот вопрос обязательно возникает у тех, кто впервые выбирает себе котел для отопления.
Если позволяет место, на первый взгляд, теплообменник из чугуна предпочтительней. Но это только на первый взгляд. Рассмотрим некоторые заблуждения, которыми руководствуются, останавливая свой выбор на громоздком, дорогом и тяжелом напольном чугуннои котле, игнорируя легкие настенники, которые к тоиу же дешевле. При этом на психологии такого выбора заострять внимание не будем.
- Основные аргументы поборников чугуна:
- Прост в монтаже и пуско-наладке.
- Расход газа у чугунного котла такой же как и у настенного, так как КПД у котлов одинаковый.
- Такие котлы дешевле в эксплуатации (не надо периодически промывать теплообменник).
- Теплообменник из чугуна не подвержен коррозии.
- Котел прослужит лет 50, а то и больше.
Пункт первый.
По первому пункту. Чугун очень чувствителен к перепаду температур. Поэтому очень важно правильно спроектировать подключение такого котла. Например, подпитка системы отопления ни в коем случае не должнна осуществляться перед котлом. Разница на подаче и обратке не должна превышать 20°C, для обеспечения этого параметра необходимо предусмотреть систему автоматического подмеса воды из подачи в обратку. Важную роль играет выбор цируляционного насоса. Он должен полностью соответствовать котлу, иначе котел будет либо перегреваться, либо часто включаться - выключаться. И то и другое недопустимо.
Настенный же котел не боится перепадов температуры. Кран подпитки у многих моделей настенников уже предусмотрен в конструкции котла, так же как и циркуляционный насос, который подобирается при конструюровании котла и полностью соответствует рассчетным параметрам.
Пункт второй.
Дело в том, что в паспорте указаны значения КПД котла при работе его в идеальных условиях. Т.е. температура воды в котле 60°C, нет отложений на теплообменнике ни сажи ни накипи. При повышении или понижении температуры отопительной воды, КПД будет снижаться, так как в первом случае, с уменьшением перепада температур, будет снижаться теплоотдача, во втором случае дымовые газы будут холоднее, что приведет к снижению тяги и недожегу газа.
Для борьбы с подобным явлением были сконструированы модулируеиые (с меняющимся расходом газа) горелки. В котлах с чугунным теплообменником стоят горелки с регулировкой мощности от 70 до 100%, а в котлах с медным теплообменником - от 30 до 100%. В итоге КПД котла настенного в реальных условиях оказывается выше, чем у чугунного.
Кроме того, большая масса котла и большой объем воды в нем приводит к большой тепловой инерции системы в целом. Такая система долго нагревается и долго остывает, т.е. при изменении режима отопления котел либо долго простаивает, либо работает с пониженным КПД. Надо отметить, что простой котла, как ни парадоксально, увеличивает расход газа в целом. Происходит это потому, что воздух, находящийся в топочной камере, нагревается от теплообменника, через дымоход создается тяга и нагретый воздух устремляется в атмосферу, унося при этом тепло из системы отопления.
Пункт третий.
Здесь они правы. Чугунный теплообменник с присоединительными размерами 2" промывать в полевых условиях не имеет смысла. Накипь все равно останется на стенках. Но следует помнить, что отложение 1 мм осадка на стенках теплообменника снижает производительность котла на 5%, при этом Вы ничего не заметите, снижение КПД можно установить только с помощью приборов. В медном теплообменнике проток при нарастании такого слоя отложений проток снизится, что послужит сигналом о необходимости обслуживания. Потратив 1 - 2 тысячи рублей вы полностью восстановите работу котла.
Пункт четвертый.
Это тоже правильно. Хотя если Вы не промываете котел, отложения внутри теплообменника вызвают неравномерное охлаждение водой стенок, приводящее, в свою очередь, к температурной деформации чугуна, могущее повлечь за собой образование трещин.
Пункт пятый.
Да. Чугунный котел может проработать и 50 лет, а настенный только 15. Только техника и законодательство не стоят на месте. Кто знает не окажутся ли через 10 лет вне закона все котлы кроме конденсационных?
