Камеры сгорания и теплообменники к котлам. Котел с каким теплообменником, чугунным или медным, выбрать? Медные теплообменники для котлов
По которым циркулирует теплоноситель, больше. Как результат, они забиваются отложениями солей не так интенсивно. Следовательно, чисткой внутренних полостей моноприборов придется заниматься намного реже, чем обслуживанием битермического теплообменника. В первую очередь это относится к прибору контура ГВС; он включается в работу по необходимости.
Минусы
- Плотная компоновка котла. К двум теплообменникам добавляются и иные элементы схемы; обслуживание отопительной установки осложняется.
- Вероятность поломок возрастает. Чем больше конструктивных элементов, тем выше риск выхода из строя любого из них. «Слабое звено» в настенных котлах – уже упомянутый кран (трехходовой).
- Стоимость оборудования возрастает именно по причине большого количества комплектующих.
Битермический теплообменник
Плюсы
- Более рациональная компоновка котельного оборудования; трехходового крана, второго теплообменника, соединительных труб нет.
- Меньше деталей – выше надежность изделия.
- Отсутствие инерционности контура ГВС. Как только открывается кран, сразу же идет горячая вода заранее выставленной температуры. Если она используется часто, можно говорить о некоторой экономии топлива, так как предварительный подогрев жидкости не производится.
На заметку! Два теплообменника готовят воду для разных контуров; один – отопления, другой – ГВС. Битермический прибор в этом плане универсален: он работает на обе системы.
Минусы
- Требовательность к качеству водоподготовки. Дополнительные мероприятия – определенные денежные вложения. Но стоимость очистных станций, их обслуживания многим «не по карману», и это является одним из аргументов против выбора котла с битермическим теплообменником. Если же вода на участке «чистая» и мягкая, данный минус автоматически нивелируется.
- Ремонту не подлежит (в 90% случаев). Редко, когда в условиях специализированной мастерской можно продлить срок эксплуатации битермического теплообменника, но мастера берутся за это неохотно и каких-то обещающих гарантий не дают. На практике же для котла приобретается новый прибор. Рекомендации по обслуживанию теплообменников в домашних условиях (достаточно потратить ⅓ часа, и он как новенький) дают люди, вряд ли когда-нибудь сами занимавшиеся этим. Скорее всего, советы по принципу «слышал, читал, товарищ рассказывал». Неправильно приготовленный раствор, нарушение технологии промывки – и разгерметизация корпуса обеспечена.
- Повышается вероятность появления протечек. Объяснение простое – больше внутренних соединений.
- Высокая цена. Битермический теплообменник обходится дороже любого из моноприборов.
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 для газового котла: виды и принцип работы
5 (100%) голосов: 2Теплообменник для газового котла отопления — это конструкция первой важности, внутри которой движется теплоноситель . Приспособление ставится внутри камеры сгорания, где и происходит нагрев исходящим потоком теплоэнергии, когда сжигается природный газ. Поэтому эффективность работы котла во многом зависит от состояния установленного в нём теплообменника.
Современный стальной теплообменник для газового котла
Теплообменники для газового котла. Классификация
Существуют различные классификации теплообменников для газового котла.
Согласно назначения:
- нагревательные;
- испарительные;
- конденсирующие;
- охлаждающие теплообменники.
По материалу изготовления:
- стальные;
- чугунные;
- медные;
- из нержавейки (для котельного оборудования);
- из сплавов алюминия (для котельного материала).
По способу передачи тепла жидкости теплообменников:
- первичные;
- вторичные;
- совмещённые (битермические).
Рассмотрим некоторые классификации подробнее.
Стальной
Является самым распространённым вариантом. Это обусловлено доступностью стали и её лёгкой обработкой, и, как следствие, низкой себестоимостью. Теплообменники из стали имеют свои отличия. Они характеризуются пластичностью и долговечностью. При контакте с высокой температурой, пластичность играет первостепенную роль. Именно она не позволяет образовываться трещинам, когда внутри металла в месте прямого действия создаются тепловые напряжения.
К минусам стальных теплообменников можно отнести коррозию, которая неизбежна для металлов. Естественно, этот процесс разрушения сокращает срок службы теплообменника. К тому же коррозия может проявляться и на внешней стороне устройства, и на внутренней.
Еще один их недостаток в том, что они имеют большой размер, вес и это, ко всему, увеличивает расход топлива на нагрев большого количества теплоносителя . Это происходит потому, что производители (чтобы достичь высокой степени инертности ) увеличивают размеры внутренних полостей теплообменника, а также толщину его стенки.
Чугунный
Отличие газового котла с чугунным теплообменником от стального в том, что он при контакте с водой не подвергается ржавлению. Это позволяет ему продлить срок службы. Однако теплообменники из чугуна требуют тщательного ухода.
Пример чугунного теплообменника
Одно из свойств этого металла – хрупкость. Из-за накипи может происходить неравномерный прогрев, что приводит к трещинам в нём.
Выход – промывка. Это важный элемент эксплуатации газового котла. Обычно, если используется проточная вода (в качестве теплоносителя), то промывку производят один раз в год. Если антифриз , то раз в два года. Если же вода очищенная, то один раз в четыре года.
Медный
Достоинств у теплообменника из меди больше, чем недостатков. Этот металл имеет небольшой вес, он компактен, обладает небольшой вместительностью. Он не поддаётся процессу коррозии и требует меньше топлива для нагрева. Это предоставляет медному теплообменнику большое преимущество. Несмотря на всё это, он имеет высокую цену и достаточно ненадёжен при нагреве элемента.
Теплообменники из меди свойственны для настенных газовых котлов импортного производства. Отечественные же производители предпочитают использовать теплообменники из стали.
Теплообменник из меди
Первичный
Деталь имеет вид большой трубы, изогнутой в форме змеевика. Изготавливается она из металлов, не поддающихся ржавчине (меди, нержавеющей стали). К тому же в плоскости находятся и различного размера пластины.
Чтобы защитить рабочие поверхности от коррозии, их покрывают специальной краской.
Устройство газового котла
Принцип работы теплообменника в данном случае заключается в передаче энергии от газа к самому теплоносителю . Мощность теплообменника зависит от длины трубы, а также от количества «рёбер».
На работу детали негативно могут повлиять как внешние факторы (копоть, грязь), так и внутренние (отложение солей). Это может привести к сбою в процессах циркуляции в носителе тепла и уменьшению теплопроводности стен устройства.
Техобслуживанию первичного теплообменника нужно уделять должное внимание, вовремя проводить промывку и очистку.
Не помешает дополнительно приобрести для него , которые увеличивают срок службы газового котла и защищают теплообменник от негативных воздействий и различных накоплений.
Вторичный или горячего водоснабжения (ГВС)
В отличие от первичного теплообменника, во вторичном наличествуют специальные пластины, соединённые друг с другом. Производятся они обычно из нержавеющей стали.
Вторичный теплообменник для газового котла благодаря большому участку для теплообмена и своей хорошей теплопроводности обеспечивает нужный теплообмен . Как следствие, процесс появления коррозии на стенках такого теплообменника значительно замедляется. В таком типе теплообменника передача энергии происходит от жидкости к теплоносителю. Сила устройства напрямую зависит от площади теплообмена и количества специальных пластин.
Совмещённый (битермический)
Битермический теплообменник газового котла
В таком теплообменнике своя особенность – двойной обмен тепла, а именно от теплоносителя к воде и от газа к теплоносителю. В трубе извне подогревается вода для системы отопления, в то время как внутренний отдел готовит воду ГВС .
Совмещённые теплообменники для котлов имеют одно несомненное преимущество — упрощённая конструкция. Здесь нет потребности во вторичном теплообменнике и , что делает котёл дешёвым и в то же время компактным и надёжным.
Недостатком является низкая мощность в режиме ГВС.
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).
Также 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 oС).
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.
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.
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?
