Технологический прогресс в сегменте отопительного оборудования развивается в разных направлениях. Одни изготовители делают ставку на улучшение эксплуатационных характеристик элементной базы агрегатов, другие продвигают новейшие устройства автоматического управления, а третьи на базовом уровне также занимаются и оптимизацией конструкций. К последней группе разработок можно отнести битермический теплообменник. Что это такое? По сути, это камера нагрева, способная выполнять две разные задачи – готовить воду непосредственно для отопления, и для нужд ГВС, то есть для бытового потребления.
Общие сведения о битермическом теплообменнике
Классические теплообменники для котлов предусматривают разделение камер нагрева. То есть для обслуживания отопительных контуров предназначается одна камера – как правило, основная, а для ГВС – второстепенный радиатор. Такое исполнение имеет немало преимуществ, однако на фоне объединенных камер нагрева становятся очевидны и его слабые стороны. При этом будет неправильно считать, что во втором случае вода смешивается – такой принцип не допускает и битермический теплообменник. Что это такое в плане подхода к обслуживанию воды? Это то же самое радиаторное оборудование, но с общим корпусом, в котором заключены и камеры для нагрева теплоносителя, и отсеки для подготовки бытовой воды. В битермических системах тоже действует принцип разделения зон обслуживания разных сред, но это относится именно к внутреннему разграничению камер. В то время как стандартный разделенный теплообменник изначально содержит две разные камеры.
Условия эксплуатации
Специалисты советуют выбирать данный радиатор для эксплуатации с жесткой водой. При этом, осадки образуются внизу устройства, они вызывают «кипение». Это способствует активации образования осадков, в результате может случиться поломка устройства, трубы могут закупориться.
Чтобы избежать таких проблем, не следует применять отопление в таких режимах, в которых может произойти «кипение» в нижней части устройства. Рекомендуется применять фильтры для очистки, приборы для уменьшения жесткости воды.
Следует отметить то, что многие новые системы являются не подходящими к образованию солей, из-за большой скорости течения воды в радиаторе, систем циркуляции, это может предотвратить процесс кипения.
Запрещается применение этилен-гликоля в качестве теплоносителя в радиаторе, потому что соли и осадки, которые он образует не убираются. Недостатком такого типа котлов является маленькая мощность в системе эксплуатации ГВС.
Вначале, в первые четыре суток вода ГВС будет иметь температуру в панели (до 90 градусов). По этой причине необходимо сделать 1-2 места системы ГВС из стали.
Сервисные компании осуществляют промывание устройств от образовавшихся осадков с помощью оборудования, кислотных соединений. Биотермические радиаторы могут выдержать 1-3 процедуры промывания.
В дальнейшем их следует заменить. Отопление с битермическим радиатором стоит недорого, их система является прочной, но не мощной. При большой жесткости воды может быть нарушена работа всей системы отопления.
Конструкционное устройство
Теперь стоит разобраться с конструкционными особенностями битермических радиаторов, которые и позволяют ему раздельно осуществлять нагрев разных сред. Специалисты характеризуют такие конструкции понятием «труба в трубе» или «секция в секции». Если в обычном теплообменнике предполагается набор труб, которые имеют полую нишу, то битермическое устройство отличается внутренним разделением на несколько сегментов – это зоны, в которых циркулирует вода для ГВС и отопления не смешиваясь. И уже по классической схеме к трубам также крепятся медные ребра-пластины, повышающие коэффициент теплоотдачи. Очевидно, что в зависимости от способа интеграции уже в целевое оборудование будут предусматриваться и другие особенности конструкции радиатора. В частности, устройство битермического теплообменника газового котла ориентируется на подогрев горелкой, поэтому корпус может предусматривать дополнительные слои защиты. В обязательном порядке для всех теплообменников предусматриваются и средства обеспечения безопасности от замыкания электрического тока. Поскольку контуры могут сопрягаться с другими линиями инженерно-коммунального обеспечения, заземление и наличие предохранителей в составе котельных станций также является обязательным.
Устройство и принцип работы
Конструкция разборного пластинчатого теплообменника включает в себя:
- стационарную переднюю плиту на которой монтируются входные и выходные патрубки;
- неподвижную прижимную плиту;
- подвижную прижимную плиту;
- пакет теплообменных пластин;
- уплотнения из термостойкого и устойчивого к воздействию агрессивных сред материала;
- верхнюю несущую базу;
- нижнюю направляющую базу;
- станину;
- комплект стяжных болтов;
- Набор опорных лап.
Такая компоновка агрегата обеспечивает максимальную интенсивность теплообмена между рабочими средами и компактные габариты устройства.
Конструкция разборного пластинчатого теплообменника
Чаще всего, теплообменные пластины изготавливаются методом холодной штамповки из нержавеющей стали толщиной от 0,5 до 1 мм, однако, при использовании в качестве рабочей среды химически активных соединений, могут использоваться титановые или никелевые пластины.
Все пластины, входящие в состав рабочего комплекта, имеют одинаковую форму и устанавливаются последовательно, в зеркальном отражении. Такая методика установки теплообменных пластин обеспечивает не только формирование щелевых каналов, но и чередование первичного и вторичного контуров.
Каждая пластина имеет 4 отверстия, два из которых обеспечивают циркуляцию первичной рабочей среды, а два других изолируются дополнительными контурными прокладками, исключающими возможность смешивания рабочих сред. Герметичность соединения пластин обеспечивается специальными контурными уплотнительными прокладками, изготовленными из термостойкого и устойчивого к воздействию активных химических соединений материала. Устанавливаются прокладки в профильные канавки и фиксируются с помощью клипсового замка.
Принцип работы пластинчатого теплообменника
Оценка эффективности любого пластинчатого ТО осуществляется по следующим критериям:
- мощности;
- максимальной температуре рабочей среды;
- пропускной способности;
- гидравлическому сопротивлению.
Исходя из этих параметров подбирается необходимая модель теплообменника. В разборных пластинчатых теплообменниках регулировать пропускную способность и гидравлическое сопротивление можно, изменяя количество и тип пластинчатых элементов.
Интенсивность теплообмена обусловлена режимом течения рабочей среды:
- при ламинарном течении теплоносителя интенсивность теплообмена минимальна;
- для переходного режима характерно увеличение интенсивности теплообмена за счет появления завихрений в рабочей среде;
- максимальная интенсивность теплообмена достигается при турбулентном движении теплоносителя.
Рабочие характеристики пластинчатого ТО рассчитываются для турбулентного течения рабочей среды.
В зависимости от расположения канавок, различают три типа теплообменных пластин:
- с «мягкими»
каналами (канавки расположены под углом 60). Для таких пластин характерна незначительная турбулентность и небольшая интенсивность теплообмена, однако «мягкие» пластины обладают минимальным гидравлическим сопротивлением; - со «средними»
каналами (угол рифления от 60 до 30). Пластины являются переходным вариантом и отличаются средними показателями турбулентности и интенсивности теплопередачи; - с «жесткими»
каналами (угол рифления 30). Для таких пластин характерна максимальная турбулентность, интенсивный теплообмен и значительное увеличение гидравлического сопротивления.
Для увеличения эффективности теплообмена движение первичной и вторичной рабочей среды осуществляется в противоположном направлении. Процесс теплообмена между первичной и вторичной рабочими средами происходит следующим образом:
- Теплоноситель подается на входные патрубки теплообменника;
- При перемещении рабочих сред по соответствующим контурам, сформированным из теплообменных пластинчатых элементов, происходит интенсивная теплопередача от нагретой среды нагреваемой;
- Через выходные патрубки теплообменника нагретый теплоноситель направляется по назначению (в отопительные, вентиляционные, водопроводные системы), а остывший теплоноситель снова попадает в рабочую зону теплогенератора.
Принцип работы пластинчатого теплообменного аппарата
Для обеспечения эффективной работы системы необходима полная герметичность теплообменных каналов, которая обеспечивается уплотнительными прокладками.
Как работает битермический теплообменник?
Рабочие режимы при отоплении и горячем водоснабжении имеют несколько отличий. В первом случае происходит стандартный нагрев воды в процессе сгорания газа – если речь идет о тех же газовых котлах, например. То есть в режиме отопления происходит прямой нагрев теплоносителя, который далее циркулирует по своему контуру. Что касается режима эксплуатации в формате ГВС, то эта функция в некотором роде является вторичной. Также происходит первичный нагрев теплоносителя, и уже от него тепло передается секциям с водой, предназначенной для ГВС. В этом случае теплообменники для отопления не распространяют воду для отопления по соответствующим контурам – она остается в своей секции. Почти для всех битермических котлов действует одно правило – в одно и то же время работать может только один из двух контуров. Одновременная циркуляция воды для отопления и ГВС недопустима.
Настенные котлы с раздельными теплообменниками
Стандартный котел работает следующим образом: при помощи циркуляционного насоса теплоноситель постоянно движется через первый теплообменник, который нагревается от горелки. Таким образом, горячая вода движется по отопительной системе от теплообменника к радиаторам и обратно.
Когда возникает потребность в горячем водоснабжении, специальный датчик дает сигнал и трехходовой кран направляет горячую воду из первого теплообменника во второй. Другими словами, холодная вода во втором теплообменнике нагревается не от горелки, а от уже разогретого теплоносителя.
Такой способ позволяет снизить затраты на отопление за счет более экономного расхода топлива во время потребления горячей воды для бытовых нужд.
Преимущества использования котлов с раздельными теплообменниками:
- Максимальная температура горячей воды не превышает 60 градусов. Этого вполне достаточно для любых нужд. При этом вероятность получить ожог во время приема душа сводится к нулю.
- Второй теплообменник имеет большой срок эксплуатации, так как используется реже.
- Несложная конструкция. Котлы с раздельными теплообменниками легко ремонтируются. В большинстве случаев это можно сделать своими руками, сэкономив на услугах профессиональных мастеров.
- Риск засорения сведен к минимуму. Практика показывает, что необходимость технического обслуживание у раздельных теплообменников возникает реже, чем у битермических.
Рекомендуем: Отопление (обогрев) теплицы своими руками: 8 лучших проектов
Важно: Несмотря на простоту обслуживания раздельных теплообменников, лучше не делать этого самостоятельно, если у вас нет опыта. Это может быть опасно. Во всех документах, поставляемых с отопительным оборудованием, производители настойчиво требуют воздерживаться от ремонта своими руками.
Недостатки:
- Раздельные теплообменники занимают больше места, вследствие чего размеры котла могут быть больше, чем требуется покупателю.
- Работа котла невозможна без трехходового крана. Его задача заключается в автоматическом перенаправлении потока воды во второй теплообменник, когда жильцы дома начинают пользоваться горячим водоснабжением. Такие краны часто выходят из строя и нуждаются в замене, что создает большие неудобства.
- Цена на котлы с раздельными теплообменниками может быть выше из-за большего количества комплектующих.
Как видите, такие котлы имеют не только положительные качества, но и недостатки, о которых обязательно нужно знать, прежде, чем принимать решение о покупке.
В качестве примера можно рассмотреть настенный котел Baxi Eco Compact 14F. Эта модель популярна на рынке за счет доступной цены, компактных размеров и хорошей электроники.
Температура нагрева воды (ГВС) находится в диапазоне от 35 до 60 градусов. Котел работает от природного газа и потребляет 1,6 м3 топлива в час. Компактные размеры (700x400x298 мм) позволяют установить его в любом помещении без специальной подготовки места.
Котел с раздельными теплообменниками Baxi Eco Compact 14F рекомендуется для установки в помещениях общей площадью не более 140 м2. Данное оборудование легко справляется с эксплуатацией в российских условиях, что подтверждают многие наши клиенты, купившие котел Baxi Eco Compact 14F.
Котлы на битермических теплообменниках
Использование битермических радиаторов в котельных установках получает все большее распространение. Зачастую крупные производители сами разрабатывают проекты моделей на собственных комплектующих, среди которых и теплообменники. Одним из лидеров в сегменте является фирма Immergas, предлагающая котлы с теплообменниками на 6 трубках. Такая конструкция дает плюс по сравнению с 4 и 5-трубчатыми теплообменниками, поскольку расширенная секция может располагаться близко к пламени горелки. Впрочем, надо учитывать и тепловую мощность, которую обеспечит 6-трубчатый теплообменник котла. Битермический принцип работы в данном случае способен выдавать порядка 24 кВт и это может быть избыточно для частных домов и больших загородных коттеджей. Также разработкой битермических агрегатов занимаются компании Vaillant, Navien, Protherm. Продукцию данных производителей отличает не только современная конструкция, но и функциональность. Инженеры стремятся обеспечивать модели возможностями плавной регулировки пламени, опцией охлаждения теплообменника и т. д.
Преимущества битермических агрегатов
Достоинства теплообменников с единым блоком распространяются и на эффективность нагрева как такового, и на удобство контроля, не говоря о более высокой надежности агрегатов. Что касается эффективности, то битермические радиаторы функционируют с меньшим коэффициентом теплопотерь. Если в разделенной на два блока системе требуется нагрев двух блоков, то в данном случае обслуживается начинка одного корпуса – соответственно, увеличивается объем выделяемого тепла. В плане управления битермический теплообменник выгоднее по той же причине. Термостаты ориентируются на показатели одного цельного блока, что сказывается на точности получаемых данных. Надежность, в свою очередь, достигается за счет минимизации соединительной инфраструктуры – по сути, требуется лишь связка между теплообменником и снабжающими каналами.
Недостатки конструкции
Основным недостатком битермической конструкции является ограничение при работе с жидкостями, насыщенными солями. В этом контексте можно отметить несовершенство моноблочного корпуса и коаксиальных контуров внутри, которые быстро покрываются накипью. Помимо этого, битермический теплообменник не способен обеспечить ту же производительность, как в случае с разделенными радиаторами. Это касается именно ГВС, поскольку сама конструкция предполагает меньший объем обслуживаемой для таких задач воды.
Отзывы потребителей
Сами пользователи в основном подчеркивают энергоэффективность данного решения. Владельцы котлов и бойлеров, которые прежде имели дело с традиционными разделенными теплообменниками, указывают и на высокую теплоотдачу, и на низкий расход газа. Но это относится к случаям, когда используется именно газовая снабжающая инфраструктура, в которую вводятся котлы с битермическим теплообменником. Отзывы владельцев, которые редко пользуются отопительной функцией – напротив, говорят о невыгодности таких агрегатов. Дело в том, что котлы с разделенным нагревом позволяют работать целенаправленно на одну из задач – отопление или ГВС, что оказывается экономнее.
Нюансы эксплуатации
Производители битермического оборудования отмечают, что предотвратить быстрый износ нагревательной начинки можно путем соблюдения нескольких эксплуатационных правил. К таким относится, в частности, игнорирование профилактической проверки контуров. Чаще всего битермический теплообменник на систему отопления и ГВС устанавливают с расчетом на долгосрочную и регулярную эксплуатацию. В режиме интенсивной работы даже относительно чистая вода может негативно сказываться на состоянии труб радиатора. Соответственно, периодически требуется чистка поверхностей секций.
Не рекомендуется и резко увеличивать температуру отопления. В отличие от разделенных теплообменников моноблочные системы требуют больше времени для приготовления ГВС. Когда используются теплообменники для отопления, это практически незаметно, потому что для таких задач вода согревается быстро. Но жидкость для бытовых нужд, как уже отмечалось, нагревается во вторую очередь.
Плюсы и минусы
Основное преимущество битермических радиаторов уже было озвучено. Они стоят дешевле и при этом несущественно теряют в производительности. Совмещение контура для отопления и ГВС практически не сказывается на скорости нагрева проточной воды и в то же время не снижает количество нагреваемой воды. Сравнивая котлы одной мощности у одного и того же производителя, можно увидеть, что допустимый расход горячей воды практически не отличается.
Второй аспект – это способ нагрева воды. За счет трех-четырех точеного крепления внутренней трубки к внешней увеличивается площадь соприкосновения теплоносителя с теплообменником. Фактически тепло от пластин распределяется не только по поверхности внешней трубки, но и переходит частично на внутреннюю трубу. Тем самым повышается скорость нагрева.
В контуре ГВС во время использования только отопления вода прогревается до установленной температуры обогрева и не отнимает на себя тепло, вплоть до момента пока не откроют кран горячей воды.
Как только кран горячей воды открывается, в трубах уже имеется хорошо прогретая вода. Контур отопления перекрывается, и остаток воды внутри теплообменника дополнительно отдает тепло, не препятствуя его переходу от пластин к горячей жидкости во внутренней полости.
Рекомендуем: Рабочее давление в системе отопления в частном доме: какое должно быть, как создать?
Что же на счет минусов?
И они так же есть. Сложная форма поверхности внутри трубок потенциально повышают скорость отложения солей. Особенно, если установлена высокая температура для отопления в пределах до 95оС включительно. Однако это в большей степени является проблемой не теплообменника, а подготовки воды.
В отоплении по определению теплоноситель необходимо заливать подготовленный. Для этого жидкость избавляют от избытка солей, железа и прочих включений или, по крайней мере, смягчают, добавляют антифриз и прочие добавки, исключающие образование накипи. Даже если не подготавливать воду она в системе теплоснабжения двигается по замкнутому контуру и со временем из нее уходят соли, общее количество которых не пополняется.
В отношении горячей воды все зависит от адекватности пользователя и наличия предварительной очистки и фильтрации. Если есть подозрения, что вода жесткая и способствует образованию накипи, то и одноконтурный котел с большим сечением канала в теплообменнике будет под угрозой.
Накипь в теплообменнике
В любом случае до котла следует установить фильтр или фильтрующую станцию исключающую попадание солей и извести в ГВС и естественно в кран потребителю.
Еще одна особенность – это раздельная работа контура отопления и горячего водоснабжения:
- В первый момент пока открыта горячая вода, при работающем отоплении, потечет почти кипяток (зависит от установленных параметров обогрева).
- Теплоноситель не прогревается во время использования ГВС, однако водяное отопление даже с очень малым объемом все равно обладает высокой теплоемкостью и инертностью. Придется использовать очень долго горячую воду, чтобы ощутить снижение тепла в помещении в зимний период.
Зато в окончании можно сказать и о последнем преимуществе битермического теплообменника. В летний период не возникает проблем с получением горячей воды. Источником тепла для нее остается все тоже горение топлива, и не нужно прогревать весь контур или даже специально подготовленный ограниченный контур по байпасу, чтобы порадовать себя горячим душем.
