Как подобрать теплообменник

В процессе строительства, ремонта или модернизации системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения многим приходится сталкиваться с таким видом оборудования как теплообменные аппараты. Чтобы правильно подобрать устройство и купить пластинчатый теплообменник в СПб с оптимальными характеристиками, необходимо иметь базовые представления о принципах функционирования и основных параметрах данного оборудования.

Теплообменник представляет собой установку, в рабочем блоке которого осуществляется теплообмен между средами различной температуры. Среды (теплоноситель и теплопотребитель) разделены тонкими стенами труб или пластинами, если речь идет о пластинчатом теплообменнике (ПТ). За счет изменения площади теплообмена меняется количество тепловой энергии, которую нагревающая среда передает нагреваемой.

Сфера применения теплообменников чрезвычайно обширна: они используются в системах отопления, горячего водоснабжения, при монтаже систем охлаждения и подогрева бассейнов. С помощью данных установок инженерам удается реализовать эффективные современные решения не только на крупных предприятиях, но и в многоэтажных жилых домах, частных коттеджах и в квартирах. В промышленности это оборудование широко применяется в машиностроении, при производстве пищевых продуктов, в фармацевтической отрасли.

Зная базовые характеристики и принципы подбора теплообменных установок, можно обеспечить высокую эффективность работы данного оборудования и избежать излишних расходов. Если есть сомнения в выборе, то правильным решением будет получение консультации у специалистов компании, занимающейся поставками данного оборудования, к примеру – менеджеров ООО «Сервис-ПТО». Они не только выполнят необходимые расчеты и подберут подходящее оборудование, но и предоставят информационную и сервисную поддержку в процессе эксплуатации.

Определение задачи

Первый этап при подборе теплообменника – определение задач, которые с его помощью предстоит решить. Так как главная функция теплообменника – передача тепла от одной среды к другой, нужно определиться, что требуется сделать – нагреть или охладить рабочую среду. Также важно знать, где будет устанавливаться теплообменник – к примеру, требуется теплообменник для бассейна, монтажа системы ГВС в коттедже, системы отопления, вентиляции или для других технологических процессов. Определившись с назначением и местом расположения, можно приступать к подбору основных характеристик данного оборудования.

Если подбирается теплообменник для системы ГВС, нужно определиться с количеством смесителей и необходимой температурой подачи (включая возможность перехода на «летний» режим работы) и расходы жидкостей, которые необходимо нагреть или охладить. При использовании теплообменника для холодоснабжения потребуется знать рабочие температуры, чтобы заранее правильно рассчитать мощность оборудования. При монтаже вентиляционной системы и системы отопления также потребуется знать мощность системы и температуру подачи теплоносителя.

Способы подбора теплообменника

Существует несколько вариантов подбора теплообменника:

• Самостоятельный расчет необходимых параметров по формулам. Имея профильное образование, справиться с этой задачей возможно, однако затем придется делать выбор одной из нескольких подходящих типомоделей от разных производителей и с разной ценой. Не зная досконально рынок данного оборудования, можно легко ошибиться, приобрести недорогое, но низкокачественное оборудование либо же переплатить за ненужные опции.
• Подбор профессиональными инженерами с помощью специального программного обеспечения. Данный подход позволяет избежать ошибок, так как специалист учитывает и пожелания по бюджету, и все вводные данные: габариты места монтажа, необходимую мощность, температурный режим и пр. Инженеры подбирают не только теплообменник, но и полный набор расходных материалов для установки. Большинство специализированных компаний, к примеру, «Сервис-ПТО», осуществляют расчет и подбор теплообменников бесплатно.

Необходимые характеристики

Параметры и необходимые характеристики зависят от типа теплообменника. Чаще всего используются поверхностные теплообменники: в них не происходит смешения сред. Среди них выделяют регенеративные и рекуперативные установки (в зависимости от направления потока теплоносителя).

Также в зависимости от конструктивных особенностей выделяют теплообменники с плоской поверхностью (пластинчатые теплообменники, спиральные) и трубчатые (кожухотрубные, змеевиковые, «труба в трубе»).

Ключевыми характеристиками теплообменника, независимо от его типа, считаются:

• Рабочее давление и температура теплоносителя. Чем выше данные параметры, тем выше цена оборудования.
• Площадь поверхности теплообмена.
• Требуемая мощность теплообменника. Если речь идет о пластинчатом теплообменнике, то в зависимости от мощности подбирается необходимое количество пластин.
• Расход теплоносителя, рабочей среды.

Данные для расчета

Для выбора теплообменника необходимо знать:

1. Мощность процесса теплообмена. Если она неизвестна, то для системы ГВС нужно определить количество точек водозабора (смесителей), для отопительной системы – площадь отапливаемых помещений.
2. Источник тепла. Это может быть ТЭЦ, котельная, центральный тепловой пункт.
3. Максимальная рабочая t, температурные графики источника тепла и системы-потребителя.
4. Схема присоединения ГВС.
5. Тип среды: сведения о греющей и нагреваемой среде (t на входе и выходе, потери давления и расход среды). Для нагреваемой среды также нужно знать процентное отношение запаса мощности.
6. Расход рабочей среды. Нужно знать, какая масса рабочей среды проходит через теплообменную установку за определенный интервал времени. Для вычисления данного параметра плотность среды умножается на ее объем.
7. Допустимые потери по напору. При прохождении через теплообменник теплоносителя и теплопотребителя происходит падение давления рабочей среды. Если снижение давления слишком велико, нарушится процесс теплопередачи, например, теплоноситель не будет достигать верхних этажей здания.
8. Дополнительно, при использовании нестандартных сред, могут понадобиться значения теплоемкости, вязкости теплоносителя, теплопроводимость.

Остановимся подробнее на наиболее важных данных.

Тип среды

В теплообменниках могут использоваться следующие виды промышленных теплоносителей:

• водяной пар;
• теплоносители с высокой температурой кипения (органические, жидкометаллические, ионные и пр.);
• топочные газы;
• неорганические теплоносители.

Выбор рабочей среды зависит от ряда факторов:

• необходимой рабочей температуры;
• необходимых показателей плотности;
• расчетных показателей вязкости;
• удельной теплоемкости;
• расчетного коэффициента теплопроводности.

Максимальная рабочая температура

Теплоноситель поступает в теплообменник, отдает часть своего тепла среде-потребителю, после чего выходит из теплообменного аппарата с уже изменившейся температурой. Важно знать и температуру подаваемого теплоносителя, и необходимую температуру нагрева/охлаждения среды-потребителя.

Важно понимать, что чем выше рабочая температура внутри теплообменного аппарата, тем более жесткими должны быть требования к материалам, используемым для его изготовления, и к конструкции теплообменника.

Максимальное рабочее давление

Как и в случае с рабочей температурой, чем выше внутри теплообменника давление, тем жестче требования к его конструкционным особенностям и используемым при проектировании материалам. Теплообменники, рассчитанные на работу под высоким давлением, обычно стоят дороже.

Помимо максимально допустимого рабочего давления важна и максимальная тепловая нагрузка — способность аппарата передавать от теплоносителя к теплопотребителю нужное количество тепла. Оборудование с высокими нормами тепловой нагрузки обычно имеет большие габариты и работает под большим давлением.

Расчет

Опираясь на данные, полученные при определении технических условий эксплуатации, производится расчет теплообменника. Существует несколько вариантов данного расчета, каждый из которых подходит для конкретных целей и задач:

• Тепловой расчет применяется при проектировании теплообменников заданной мощности и при монтаже готовых установок в заданных условиях. Главная задача этого вида расчета – определение оптимального типа теплообменника и формы теплообменной поверхности. Кроме того он позволяет определить эффективность теплопередачи, площадь теплообменной поверхности, массовый расход теплоносителя и его t на выходе.
• Гидравлический расчет. Позволяет подобрать оптимальные гидравлические параметры теплоносителя, в частности, скорость движения теплоносителя, с учетом гидравлического сопротивления контура, по которому движется теплоноситель, затрат энергии на перекачивание теплоносителя внутри контура и площади поверхности теплообмена.
• Конструктивный расчет. Выполняется на стадии проектирования теплообменной установки на основании данных, полученных при тепловом и гидравлическом расчете. К примеру, с его помощью можно рассчитать необходимое кол-во пластин пластинчатого теплообменника, количество труб и их длину в кожухотрубном теплообменнике и пр.
• Механический расчет. Необходим для оценки способности теплообменника выдерживать факторы внутренней и внешней механической нагрузки (изгиб, сжатие, растяжение и пр.).
• Расчет температурных напряжений. Используется для определения изменения геометрической формы теплообменника и отдельных его элементов вследствие теплового воздействия и выявления мест напряжения, возникающих вследствие температурного расширения. Данный расчет позволяет правильно подбирать материалы, из которых изготавливаются элементы теплообменного аппарата.
• Прочностной расчет. Более расширенный по сравнению с механическим, так как дает возможность проверять, как установка выдерживает все виды нагрузки, а не только механическую. По сути, прочностной расчет объединяет 3 перечисленные выше вида – механический, гидравлический и расчет температурных напряжений.
• Компоновочный расчет. Связан с тепловым расчетом и позволяет определить оптимальное взаимное расположение каналов теплообменника для разных теплоносителей. С его помощью можно рассчитать размеры отдельных пластин пластинчатого аппарата, кол-во пластин и каналов в пакете, габаритные размеры теплообменника и общее необходимое кол-во пластин.
• Поверочный расчет. Осуществляется на основе теплового расчета и предназначен для проверки возможности установки справляться с поставленной задачей в конкретных условиях. Для его выполнения нужно знать тепловую производительность и параметры тепловой среды.

Подбор теплообменника

Правильный подбор теплообменника возможен только после получения всей необходимой вводной информации, определения характеристик тепловой среды и системы, к которой будет подключаться оборудование, включая скорость движения теплоносителя, диаметр труб в системе, площадь теплообмена и пр. Используя указанные сведения, следует произвести расчеты, которые и позволят подобрать оптимальную модель теплообменного аппарата и производителя. Это может быть оборудование таких известных марок как «Ридан», «Этра», «Alfa-Laval», «Tranter», «GEA» и пр.

Выводы

Для того чтобы не ошибиться с выбором теплообменника, подбор данного оборудования целесообразно доверять специалистам, которые используют современные версии ПО и имеют представление об эксплуатационных характеристиках каждой модели. Это позволит обеспечить длительную и безаварийную работу теплообменника при минимальных затратах на его обслуживание. Установку теплообменных установок также следует доверять профессионалам: в противном случае при нарушении технологий даже правильно подобранное и высококачественное оборудование не будет работать корректно.

Теплообменник для системы отопления. 5 советов для правильного подбора.

Теплообменник для отопления представляет собой оборудование, в котором происходит теплообмен между греющим и нагреваемым теплоносителем. Греющий теплоноситель поступает от источника тепла, которым являются тепловые сети или котел. Нагреваемый теплоноситель циркулирует между теплообменником и приборами отопления (радиаторы, теплый пол и т.д.)

Задача этого теплообменника передать тепло от источника тепла к приборам отопления, которые непосредственно отапливают помещение. Контур источника тепла и контур потребителя тепла гидравлически разделены — теплоносители не смешиваются. В качестве рабочих теплоносителей, наиболее часто, используется вода и гликольные смеси.

Принцип работы пластинчатого теплообменника для отопления довольно прост. Рассмотрим пример, где источником тепла является водогрейный котел. В котле происходит нагрев греющего теплоносителя до заданной температуры, далее циркуляционный насос подает этот теплоноситель в пластинчатый теплообменник. Пластинчатый теплообменник состоит из набора пластин. Греющий теплоноситель, протекая по каналам пластины с одной стороны передает свое тепло нагреваемому теплоносителю, который протекает с другой стороны пластины. В результате, нагреваемый теплоноситель повышает свою температуру до расчетного значения и поступает в приборы отопления (например радиаторы), которые уже отдают тепло отапливаемому помещению.

Для любого помещения, в котором есть водяное отопление, теплообменник является важным звеном в системе. Поэтому данное оборудование нашло широкое применение при монтаже тепловых пунктов, воздушного отопления, радиаторного отопления, теплого пола и т.д.

Первым шагом при проектировании системы отопления является определение отопительной нагрузки, т.е. какой мощности нам нужен источник тепла. Отопительная нагрузка определяется исходя из площади и объема здания, при этом учитываются теплопотери здания через все ограждающие конструкции. В несложных ситуациях, можно воспользоваться упрощенным правилом — на 10м2 площади нужно 1 кВт. мощности, при стандартных стенах и высоте потолков 2,7 м. Далее, необходимо определить график, по которому будет работать наш источник тепла (котел). Эти данные указаны в паспорте котла, например подача теплоносителя 90С и обратка теплоносителя 70С. Учитывая температуру греющего теплоносителя, мы можем задать температуру нагреваемого теплоносителя — 80С. С этой температурой он будет поступать в приборы отопления.

Пример расчета теплообменника отопления

Итак, у вас есть отопительная нагрузка и температуры греющего и нагреваемого контуров. Этих данных уже достаточно, чтобы специалист смог рассчитать теплообменник для вашей системы отопления. Мы хотим дать некоторые советы, благодаря которым вы сможете предоставить нам более полную техническую информацию для расчета. Зная все тонкости вашего технического задания, мы сможем предложить наиболее оптимальный вариант теплообменника.

Необходимо знать, жилое или нежилое помещение необходимо отапливать?

Когда качество воды плохое, и в ней присутствуют загрязнения, которые оседают на поверхности пластин и ухудшают теплообмен. Следует учесть запас (10%-20%) по поверхности теплообмена, это повысит цену теплообменника, но вы сможете нормально эксплуатировать теплообменник, не переплачивая за греющий теплоноситель.

При расчете, также необходимо знать, какой тип системы отопления будет применяться. Например, для теплого пола нагреваемый теплоноситель имеет температуру 35-45С, для радиаторного отопления 60С-90С.

Что будет источником тепла — свой котел или тепловые сети?

Планируете ли вы в дальнейшем увеличивать мощность теплообменника? Например, у вас планируется достройка помещения и отапливаемая площадь увеличиться.

Это некоторые примеры пластинчатых теплообменников с ценой и сроком изготовления, которые мы поставляли нашим заказчикам в 2019 году.

1. Пластинчатый теплообменник нн 04, цена — 19 200 руб., срок изготовления 1 день.
Мощность — 15 кВт.
Греющий контур — 105С/70С
Нагреваемый контур — 60С/80С

2. Пластинчатый теплообменник нн 04, цена — 22 600 руб., срок изготовления 1 день.
Мощность — 30 кВт.
Греющий контур — 105С/70С
Нагреваемый контур — 60С/80С

3. Пластинчатый теплообменник нн 04, цена — 32 500 руб., срок изготовления 1 день.
Мощность — 80 кВт.
Греющий контур — 105С/70С
​Нагреваемый контур — 60С/80С

4. Пластинчатый теплообменник нн 14, цена — 49 800 руб., срок изготовления 1 день.
Мощность — 150 кВт.
Греющий контур — 105С/70С
​Нагреваемый контур — 60С/80С

5. Пластинчатый теплообменник нн 14, цена — 63 000 руб., срок изготовления 1 день.
Мощность — 300 кВт.
Греющий контур — 105С/70С
​Нагреваемый контур — 60С/80С

6. Пластинчатый теплообменник нн 14, цена — 83 500 руб., срок изготовления 1 день.
Мощность — 500 кВт.
Греющий контур — 105С/70С
​Нагреваемый контур — 60С/80С