Какой теплообменник лучше медный или из нержавейки

Теплообменник для котла: функция, виды, принцип работы, производители

Прямая передача тепла от сгорающего топлива теплоносителю невозможна. В отопительных котлах она выполняется за счет работы специального устройства. Это теплообменник для газового котла. От его конструкции и материала зависит срок службы аппарата и его КПД.

Основная функция теплообменника для котла

В теплообменнике происходит нагревание воды, которая циркулирует в системе и передает тепло радиаторам

На горелку котла подают газ и воздух для сжигания. Газ горит, выделяя тепло, продукты сгорания выводятся вовне. Источник тепла в этом случае – элемент неподвижный.

Теплоноситель – вода или антифриз – поступает в теплообменник. Это устройство, которое обеспечивает теплообмен между двумя средами с разной температурой. Последний размещается в камере сгорания над горелкой.

Вода, двигаясь по теплообменнику, нагревается и подается в трубы отопления. Чаще всего устройство имеет вид набора пластин или трубок. Чем больше его рабочая поверхность, тем лучше и быстрее нагревается вода.

Материал изготовления

Изготавливают теплообменник для котла из материалов прочных, хорошо проводящих тепло, не склонных к коррозии и достаточно устойчивых к давлению. Поскольку приходится учитывать и стоимость материала, выбор невелик.

Сталь

Стальной теплообменник дешевле в цене, но менее долговечный

Это самый доступный материал. Сталь очень прочная, но хорошо поддается обработке. Цена невелика. Плюс такого варианта – стойкость к высокой температуре. Сталь пластична и при нагреве не покрывается трещинами, не деформируется даже на участках, контактирующих с горелкой.

Стальной теплообменник на твердотопливный или газовый котел склонен к коррозии. Вода внутри трубок и продукты сгорания в камере котла разрушительно действуют на материал. Это сказывается на долговечности. Модель из стали много весит, это приводит к дополнительному расходу топлива на прогрев самого элемента.

Теплообменник из нержавеющей стали устойчив к коррозии и служит не менее 50 лет.

Чугун

Материал гораздо устойчивее к коррозии чем сталь, не боится ржавчины и действия кислотных ангидридов. Срок эксплуатации достигает 50 лет.

Однако чугун – сплав хрупкий, под действием температуры может растрескиваться.

Чтобы избежать повреждений, чугунный трубчатый теплообменник необходимо промывать: если используется обычная вода, то 1 раз в год; если антифриз – то 1 раз в 2 года; если дистиллированная жидкость – 1 раз в 4 года.

Вес элемента из чугуна еще больше, поэтому на нагрев приходится тратить больше топлива и времени.

Медь

Медь – благородный металл, не подверженный никаким видам коррозии. Она химически инертна, отлично переносит давление. Медь лучше проводит тепло, поэтому для нагрева самого элемента и протекающей жидкости требуется меньше топлива. Вес медной модели невелик, размеры компактны при очень развитой рабочей поверхности.

Недостаток – высокая цена. Также медный теплообменник слишком чувствителен к нагреву до высоких температур. Чаще встречается у котлов от зарубежных изготовителей.

Медный Чугунный

Классификация теплообменников

Первичный теплообменник для контура отопления в виде змеевика с пластинами

Газовые котлы могут выполнять несколько функций. – обогрев жилища. Однако двухконтурные модели также нагревают воду для разных бытовых нужд: от мытья посуды до ванной. По этому признаку и различают теплообменники.

Первичные

Обслуживает систему отопления. Представляет собой трубу с довольно большим диаметром, изогнутую в виде змеевика в одной плоскости. Чтобы увеличить рабочую поверхность устройства, здесь же размещают пластины разного размера.

Первичный теплообменник подвергается самым высоким нагрузкам. Извне на него действуют продукты сгорания – копоть, грязь, кислотные ангидриды, изнутри – соли, растворенные в теплоносителе. Чтобы снизить износ, деталь покрывают краской и обрабатывают антикоррозийными составами.

Лучший вариант – теплообменник из нержавейки или меди, так как он не подвержен ржавлению и не боится отложения солей.

Вторичные

Вторичный теплообменник для ГВС

Такой теплообменник нагревает жидкость для горячего водоснабжения. Температура его нагрева меньше, но и нагревать воду для бытовых нужд выше +60 С не стоит.

Чаще всего это пластинчатая конструкция: собирается из множества пластин с выдавленными ходами, по которым циркулирует водопроводная вода.

Многоходовые модели более эффектны, так как в пределах одной пластины жидкость несколько раз меняет направление, то есть находится в ней дольше и прогревается лучше. Изготавливают его из стали, меди, алюминия.

Битермические

Битермические теплообменники при засорении необходимо менять на новые

Представляет собой вставленные друг в друга 2 трубы. По внутренней перемещается теплоноситель, по внешней – вода для ГВС. Жидкость для отопления нагревается в камере сгорания и частично отдает тепло воде для бытовых нужд.

Конструкция гораздо дешевле. Но хотя вода здесь нагревается быстрее, ее объем ограничен. Кроме того, битермический теплообменник очень чувствителен к качеству воды и намного быстрее загрязняется. Чистить прибор недостаточно. Чтобы предотвратить быстрое засорение и вывод из строя, необходимо установить на входе фильтры для воды.

Очистить совмещенный теплообменник как обычный отдельный не удается. При больших отложениях соли или засорении элемент придется поменять.

Критерии выбора

Главный параметр теплообменника – его мощность

При выборе устройства учитывают назначение – в данном случае это нагрев теплоносителя, и тип среды – пар, воду, антифриз. Газовый котел обычно работает с водой, но бывают исключения.

Остальные критерии выбора:

• Температура теплоносителя на входе и выходе – необходимо рассчитать, какое количество тепла должен получать потребитель. Исходя из этих данных вычисляют мощность теплообменника.
• Допустимые потери по давлению – давление воды во время прохождения по теплообменнику снижается. Если оно падает слишком низко, не удается создать столб горячей воды достаточной высоты.
• Максимальная рабочая температура – на горелке достигает 600–700 С. Такую температуру выдерживает чугунный и стальной теплообменник, медный с некоторым трудом. Алюминиевую модель использовать запрещается.
• Максимальное рабочее давление – не ограничивает выбор конструкции или материала.

Значимым параметром оказываются габариты. При одинаковой эффективности кожухотрубный теплообменник занимает площадь в 3–4 раза больше, чем пластинчатый.

Правильная эксплуатация

Промывку теплообменника проводят в зависимости от жесткости воды

Транспортировка, монтаж и эксплуатация теплообменного устройства подробно описаны в инструкции:

• Теплообменник в аппарате размещают так, чтобы к нему был свободный доступ для осмотра и ремонта.
• Запуск выполняют при стабильных показателях давления и температуры. Нельзя повышать температуру быстрее, чем на 10 градусов в минуту или увеличивать давление больше, чем на 10 бар в час.
• При заполнении водой воздушные клапаны и вентили за теплообменником остаются открытыми. После запуска насоса их закрывают. Таким образом добиваются стабильного давления.
• Изменять параметры нагрева нужно плавно. Чем медленнее это происходит, тем дольше прослужат уплотнители и сам теплообменник.
• Периодически устройство нужно чистить. Пластинчатый очищают прямо в раме, затем вынимают пластины и промывают. Возможен другой метод: сначала изъятие, а затем очистка пластин. Кожухотрубные чистить не рекомендуют. При сложных засорениях мастер ставит заглушку.
• Перед повторным пуском проверяют состояние всех прокладок. Давление и температуру устанавливают как при 1 запуске.

Чтобы избежать отложения солей, на водопроводную трубу перед входом котел ставят фильтр.

Возможные неисправности

Стальные изделия подвергаются коррозии и подлежат замене

Большинство неполадок требует вмешательства специалистов. Некоторые может устранить и пользователь:

• Снижение давления – если вызвано загрязнением, достаточно почистить теплообменник. При неправильном подключении к сети нужно сверить подсоединение с чертежом в инструкции.
• Снижение КПД – при механическом загрязнении устройство промывают. Если причина в накоплении масла, некондиционных газов, устанавливают дополнительные устройства для их вывода.
• Протечка – чаще всего вызвана разложением уплотнителей. Их заменяют.
• Смешение рабочих сред – возникает при коррозии пластин или трубок. Пластины можно заменить частично, кожухотрубный теплообменник придется ставить новый.

Пока действует гарантия, запрещается самостоятельно вскрывать теплообменник и выполнять какой-либо ремонт.

Популярные производители

Теплообменник чугунный для напольного котла Белето

Теплообменники выпускают многие производители. Наиболее популярными в 2019 году были следующие компании.

Navien

Крупнейший корейский производитель. Выпускает изделия, предназначенные для бытовых котлов. Преимущество – стойкость к низкому качеству воды и гидроударам. Устройство прекрасно адаптировано к плохим условиям эксплуатации.

Baxi

Итальянский изготовитель. Представляет на рынке настенные и конденсационные котлы напольные с чугунным теплообменником, а также электрические обогреватели.

Первичные теплообменники компания выполняет из меди и латуни. Для вторичных пластинчатых используется нержавеющая сталь. Это повышает стоимость изделий, но обеспечивает максимальную долговечность.

И другие

На рынке есть и другие достойные производители:

• Fondital Victoria Compact – итальянская фирма. Предлагает битермические медные теплообменники высокой производительности.
• Белето – известный российский завод, выпускает разнообразное газовое оборудование. Изготавливает стальные, чугунные и медные теплообменники разного типа.
• Аристон – предлагает алюминиевые и медные теплообменники. Материалы нечувствительны к коррозии, а технология изготовления гарантирует их прочность.

Если есть необходимость увеличить КПД котла при замене устройства, консультируются со специалистом, чтобы рассчитать требуемые параметры.

Выбираем теплообменник в газовом котле

Котёл с чугунным теплообменником в сочетании с чугунными же радиаторами и подключённым к котлу бойлером довольно неплохо справлялся с задачей отопления здания и обеспечения его жильцов горячей водой.

В качестве топлива в котлах использовались дрова, уголь, нефтепродукты и под конкретный вид топлива котёл имел ту или иную топку.

После появления газа на чугунные котлы стали устанавливать простейшие атмосферные газовые горелки, в таком виде чугунные котлы дожили до наших дней и, прямо сказать, сдают свои позиции весьма неохотно.

Чугунный теплообменник имеет много достоинств (долговечность, высокую коррозионную стойкость, большую теплоёмкость и т.д.), имеет и недостатки (хрупкость, «боязнь» высокой разницы температур между подачей и обраткой, большой вес и т.д.). Достоинства – использовали, с недостатками – боролись.

Зачем же вообще понадобилось делать вместо прекрасных чугунных теплообменников какие-то другие?

Во-первых, цена. Чугунный теплообменник стоит дорого. Начали делать стальные теплообменники. Дешевле. Кроме того, сталь не такая хрупкая и меньше боится разницы температур на подаче и обратке.

Но пропали некоторые полезные свойства чугуна – коррозионная стойкость, долговечность и высокая теплоёмкость. Стальные теплообменники можно назвать «бюджетными», но эффективность их, естественно, ниже.

Во-вторых, чугунные котлы и сопутствующие им бойлеры занимают много места и «плохо вписываются», скажем, в квартиру. Встала проблема минимизации размеров. Было решено заменить объёмистый бойлер на компактный проточный теплообменник горячей воды.

А так как количество протекающей воды может быть разным, в зависимости от того, как и сколько открыть кранов, и при этом температура её должна быть строго заданного значения, то и мощность горелки должна быть разной в зависимости от потребности.

Появились так называемые плавно модулирующие горелки, мощность которых может довольно быстро меняться в пределах от минимального до максимального значения. В этих условиях такое полезное свойство чугуна как большая теплоёмкость стало мешать: температура слишком медленно «подстраивается» под быстро изменяющиеся условия, возникают нежелательные колебания температуры. 

Появилась необходимость иметь малоинерционные теплообменники

Самым удобным материалом для них оказалась медь. Медь – пластичная, относительно дешёвая, имеет высокую технологичность (из неё довольно легко изготавливаются нужные детали), а главное – имеют низкую теплоёмкость и очень большую теплопроводность – в 20 раз больше чем у чугуна.

Появилось 2 способа нагрева горячей воды в проточном режиме:

— «битермический» (коаксиальный или двухконтурный) теплообменник, типа «труба в трубе», в котором от пламени горелки нагревается или вода системы отопления, или, если открыть кран горячей воды, вода системы ГВС;

— вторичный теплообменник ГВС, в котором вода ГВС, протекая по его вторичному контуру этого теплообменника, нагревается от воды системы отопления, которая, в свою очередь, нагревается от пламени горелки в первичном (основном) теплообменнике котла и протекает по первичному контуру вторичного теплообменника.

Вторичные теплообменники котлов делают, как правило, из нержавеющей стали, первичные (основные) – из меди. Для увеличения коррозионной стойкости медные теплообменники снаружи покрываются специальным защитным слоем.

Всё оборудование, необходимое для работы полноценной котельной, которая обеспечивает и отопление, и нагрев горячей воды, поместили в единый корпус – и появился новый вид отопительного оборудования — настенные двухконтурные котлы.

Все перечисленные выше теплообменники и котлы, в которых они используются, имеют общее название – «традиционные». Главным недостатком традиционных котлов является невозможность использования так называемой «скрытой теплоты парообразования», которая в прямом смысле «вылетает в трубу».

Дело в том, что в результате химической реакции горения углеводородного топлива, к которому относится в том числе и газ, образуется вода.

Температура дымовых газов, выходящих из традиционного котла, выше 100оС, следовательно, вода в них находится в парообразном состоянии и, «прихватив» с собой больше 10% всей энергии, полученной от сжигания топлива, через дымоход уходит в атмосферу.

Человечество уже давно мечтало «обуздать» энергию конденсата. Но долгое время главным препятствие на этом пути было то, что конденсат разъедал любую поверхность, на которую выпадал. Наконец материалы, достаточно устойчивые к длительному воздействию конденсата, были найдены. Сегодня это – особая марка нержавеющей стали или специальный сплав алюминия, магния и кремния.

Появилась возможность утилизации конденсата

Появилось оборудование, которое это делает – «конденсационные» котлы, как альтернатива «традиционных» котлов. На сегодняшний день это самый эффективный способ обеспечения отопления здания и производства горячей воды.

Что нужно знать при выборе котла? (Часть I)

Газовый котел, находящийся в вашем доме, служит источником тепла и комфорта.

Однако при определенных обстоятельствах он же мо­жет стать причиной неприятностей и даже бед.

На сегодняшний день на рынке представлено огромное множество котлов всевозможных ти­пов и марок, и потребитель, не чувствуя себя способным в них разобраться, частенько пере­кладывает вопрос выбора котла на кого-либо другого, полностью доверяя постороннему че­ловеку вопрос своего дальнейшего покоя и комфорта.

Основные части любого газового котла — горел­ка и теплообменник.

Сгорающий газ нагревает циркулирующую через теплообменник воду, которая, поступая по трубам в ра­диаторы или конвекторы, пере­дает тепло воздуху жилого по­мещения.

Естественно, что приведен­ная схема работы котла очень упрощена.

Ниже вы познакоми­тесь с разными типами котлов, а также с основными функциями, имеющими влияние на комфорт, надежность и экономичность оборудования.

Как нам кажется, именно эти характеристики должны стать основными при принятии решения о покупке того или иного котла.

Материал теплообменника

В настоящий момент при производстве котлов используются теплообменники трех основных ти­пов: медные, стальные, чугунные и из нержавеющей стали. В последнее время используются также теплообменики из алюминия, но так как извезсно, что алюминий вступает в реацию с водой, мы в этой статье их не рассматриваем.

Можно с уверен­ностью сказать, что, обратившись за консультацией к специалисту, вам придется выбрать один их этих вариантов.

Котлы со стальными теплообменниками.

Они наиболее распространены, особенно среди продукции отечественных произво­дителе:-, и связано это, главным образом, с доступностью материала и сравнительной простотой его обработки.

Основные достоинства котлов со стальными теп­лообменниками — относительно невысокая цена и хорошая пластичность материала.

Последнее имеет большое значение, так как в процессе эксплуатации теплообменник периодически подвергается прямо­му тепловому воздействию пламени горелки, вследствие чего в нем возникает так называемые тепловые напряжения, способные привести к образова­нию трещин в корпусе теплообменника.

К недостаткам стальных теплообменников отно­сится их подверженность коррозии.

Минусами стального теплообменника являются также его сравнительно большие вес и объем.

Дан­ные характеристики отражают степень инерционно­сти. Другими словами, часть газа будет расходо­ваться на нагрев теплообменника и находящейся в нем воды, т.е. не все тепло используется по назначе­нию — на нагрев теплоносителя.

Чем больше вес и внутренний объем теплообменника, тем больше топлива будет израсходовано напрасно.

Чугунныйтеплообменник

Он характеризуется стойкостью к коррозии и долговечностью. Чугун предъявляет высокие требования к соблюдению правил проектирования и эксплуата­ции котла.

Его неравномерный нагрев (например, из-за появления отложений в надгорелочной части при использовании плохо подготовленной воды) вы­зывает растрескивание материала.

Существует так­же понятие «низкотемпературная коррозия» — рас­трескивание чугунного теплообменника из-за раз­ности температур в зоне нагрева и месте входа в не­го воды из обратной линии системы отопления.

Что­бы избежать этого, в схему включают дополнитель­ный элемент — четырехходовой смесительный кла­пан, добавляющий в «обратку» на входе в котел го­рячую воду из прямой линии.

Если вместо обещан­ных 20 лет эксплуатации чугунный теплообменник прослужил сезон, продавец, как правило, сослав­шись на несоблюдение условий эксплуатации, отка­зывается бесплатно выполнить замену теплообмен­ника, стоимость которого часто составляет 50-60 % . стоимости котла.

К сожалению, наиболее уязвимыми оказываются именно дорогие импортные котлы, и связано это с высокой технологией литья, позво­ляющей изготавливать теплообменники с более тонкими стенками.

Минусы чугунных теплообменников — высокая стоимость, хрупкость (подверженность образова­нию трещин при неправильной эксплуатации), высо­кая инерционность, вследствие большого веса и объема, а также громоздкость.

Теплообменник — медный

Его положительные качества — устойчивость к коррозии, небольшой вес и объем (низкая инерционность), компактность.

Дело в том, что медный тепло­обменник способен при значительно малых размерах передавать больше тепла, и на единицу его массы приходится значительно большее тепловое воздействие, чем у стального и, особенно, чугунно­го теплообменника.

Практика показывает: по долговечности медные теплообменники котлов, оснащенных необ­ходимыми функциями, практически не уступают чу­гунным.

Напольный или настенный котел?

В настоящий момент на рынке представлены котлы в напольном и настенном вариантах.

Напольные котлы, как правило, тре­буют дополнительной установки насоса, расшири­тельного бака, предохранительной аппаратуры (за исключением варианта использования в гравита­ционной системе отопления).

Если потребитель предпочитает котел, не зависящий от электричест­ва, и, как следствие, гравитационную систему отоп­ления, вариант навесного котла заведомо неприем­лем.

Необходимо, однако, иметь в виду: при прочих равных условиях гравитационная система потребля­ет на 10-15% больше газа, по сравнению с циркуля­ционной.

В связи с тем, что разнообразие напольных кот­лов, представленных на рынке, ограничивается, в основном, материалом теплообменника и мощнос­тью, следующие несколько пунктов мы посвятим на­стенным котлам.

«Настенники» предлагаются на рынке в двух ос­новных модификациях: одноконтурные, предназначенные для отопления, и двухконтурные, — для отопления и приготовления горя­чей воды. Наибольшим спросом пользуются вторые, что связано с их компактностью и экономичностью.

Одноконтурные котлы нуждаются в дополнительной установке бойлера для нагрева горячей воды, в то время как двухконтурные нагревают воду во встроенном проточном (скоростном) теплообмен­нике.

Выбор между ними — выбор способа приготов­ления горячей воды: в проточном теплообменнике или отдельном емкостном бойлере.

Главные преимущества проточного нагрева­теля — его способность обеспечивать нагрев определенного количества воды практически неограниченное время, а также относительная дешевизна.

Основные недостатки — необходи­мость запаса мощности для покрытия пикового расхода горячей воды (если проток слишком велик, теплообменник не будет успевать ее на­гревать) и достаточно высокие требования к качеству воды и уровню сервиса.

Еще одно преимущество емкостного нагревателя — спо­собность реаги­ровать на пико­вый расход за счет имеющего­ся запаса воды.

Другими сло­вами, двухконтурный котел с проточным нагревате­лем представляется экономичным, компактным, но недостаточно надежным. Комбинация одноконтур­ной модели с емкостным бойлером надежна и ком­фортна, но более дорога и довольно громоздка.

Если двухконтурные, то какого типа?

К первому относятся вторичные теплообменники, сделанные в основном из нержавеющей стали, в которых вода нагревается путем передачи тепла от горячей отопительной воды (которая нагревается в верхнем теплообменнике от газовой горелки) через стенки теплообменника к протекающей водопроводной воде

К второму — так называемые битермические теплообменники, в них вода нагревается непосредственно от горелки в специальных трубках, проходящих внутри главного теп­лообменника.

Их главные преимущест­ва — дешевизна, ком­пактность и несколько меньший промежуток времени, необходимый для нагрева воды до за данной температуры.

Вместе с тем, данная конст­рукция не лишена недостатков. Внутренняя поверх­ность такого теплообменника достаточно быстро покрывается слоем отложений, вследствие чего не­обходимо его ежегодная прочистка.

При разборе горячей воды в зимнее время, когда главный теплообменник работает в режиме отопления, либо по­сле краткосрочного закрытия крана горячей воды, когда вода будет нагреваться остаточным теплом, из крана может на короткое время пойти вода тем­пературой 70-80 *С. со всеми вытекающими из это­го негативными последствиями.

Представьте себе, что вы моете ребенка под душем, закрываете воду, чтобы намылить ему голову, затем направляете на него душ и открываете воду…  А из душа польется ки­пяток.

Котлы с вторичными теплообменниками, в отличие от предыдущих, не страдают такими недо­статками, хотя они, как правило, несколько дороже и больше по размерам.

Кроме того, при открытии крана горячей воды, ждать ее придется на несколь­ко секунд дольше, чем в котлах с битермическим теплообменником.

В примере с моющимся ребен­ком у такого котла из душа польется вода несколько холоднее, чем она была перед выключением, и вернется на прежний уровень через 1 -2 секунды.

Кста­ти, в смоделированной выше ситуации вода задан­ной изначально температуры польется из душа при использовании одноконтурного котла с емкостным бойлером, что и подтверждает его большую ком­фортность.

К сожалению, на практике достаточно часто при­ходится сталкиваться с ситуацией, когда недоста­точно осведомленный потребитель обращается за советом в специализированную организацию, а там ему пытаются в первую очередь продать не лучший современный продукт, а тот, что в данный момент есть у фирмы на складе и за что поставщику были заплачены деньги, порой морально устаревший, купленный в свое время на распродаже.

При этом неискушенному потребителю расхвали­вают технические параметры и функции котла, пре­поднося его как суперновинку. Для того чтобы тако­го не произошло с читателем, предлагаем ознако­миться с некоторыми техническими характеристи­ками и функциями котлов, имеющими наибольшее значение для его работы.

Экономичность

Как уже было сказано, основным параметром, определяющим экономичность котла, является его коэффициент полезного действия (КПД).

На его уве­личение направлены все основные разработки веду­щих мировых производителей котлов.

КПД совре­менных котлов находится в диапазоне 91-93 %.

Именно стремлением обеспечить максимальный КПД можно объяснить появление так называемых конденсационных котлов, которые не просто ис­пользуют теплоту сгорания газа, но и способны час­тично утилизировать тепло конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания.

По ин­формации, приводимой производителями, КПД та­ких котлов достигает 107-108 %.

Отдавая должное такому оборудованию, необходимо отметить неко­торые особенности, часто замалчиваемые перед по­тенциальным покупателем.

Во-первых, указанный КПД достигается лишь в низкотемпературных (40-50 °С) системах, в традиционных же (с темпера­турой теплоносителя 80-85 'С) — он не превышает 94-96 %.

Во-вторых, конденсационные котлы не мо­гут использоваться с обычным классическим кир­пичным дымоходом.

В-третьих, при нагревании во­ды для ГВС, КПД у конденсационного котла практи­чески такой же, что и у обычного.

Не следует также забывать: котел — только часть системы отопления, и его высокий КПД — лишь один из способов достижения ее экономичности в целом.

Для потребителя важно не столько то, как экономично протекает процесс сгорания в котле, а каково потреб­ление газа в целом.

Практика пока­зывает: использование только погодозависимого ре­гулирования позволяет сэкономить до 10-12 % газа!

Что нужно знать при выборе котла? (Часть II)

Металл металлу рознь: преимущества медных теплообменников

• 11 октября 2018 г. в 14:36
• 627

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.

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.

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.

Например, один отопительный контур может обеспечивать теплом настенные радиаторы (температура теплоносителя — до + 85 oС), а второй — системы теплых полов (+20–45 °С).

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.
• Наличие в России сети авторизованных дистрибьюторов, которые смогут установить, произвести пусконаладочные работы и затем осуществлять сервисное обслуживание и гарантийный ремонт котла.

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.

Лучше котел стальной или чугунный? Сравниваем!

Непростой выбор: стальной котел или чугунный? Не так уж и просто сделать правильный выбор при покупке котла. Рассмотрим достоинства и недостатки обоих видов и определим главные факторы покупки для покупателей.

Стальные котлы

Стальной котел выглядит как единая конструкция. Это монолитный блок, собранный и сваренный в прямо в заводском цехе. Материалом для пластин и труб данного вида котлов служит, конечно же, огнеупорная сталь, которая должна быть только хорошего качества. При сборке котла производится сварка пластин и труб между собой.

Часто используют различные смеси котловой и жаропрочной стали. При выборе котла покупателю следует уточнить толщину и марку стального листа, применяемого для производства деталей теплообмена. Стальной лист со стандартными характеристиками является более доступным для деформации и коррозии. И, как следствие, менее прочным.

Поэтому следует рассматривать котлы с толщиной пластин теплообмена от 5 мм.

Обшивка и теплообменник стальных котлов соединены теплоизоляцией (теплозащитой). Зачастую в качестве теплоизолятора применяют утеплитель из толстой пластины высокотемпературной минваты. Обшивка котлов хорошего качества при растопке не должна нагреваться.

Стальной теплообмен подразделяется на два вида: двух- или трехходовой. Путь дымового газа стального теплообменника гораздо длиннее, чем в котле из чугуна. Поэтому как результат – теплообмен более эффективен. В котлах данного типа может использоваться два способа горения: верхний и нижний.

Преимущества:

1) Соотношение объема загрузочной камеры к мощности котла. Данный критерий помогает определить, насколько часто покупателю будет подходить к котлу для подкладки топлива. Для стальных котлов данное соотношение равно приблизительно 1,6-2,6 л/кВт, тогда как для чугунных всего лишь 1,1 – 1,4 л/кВт.

2) Ударопрочность – благодаря прекрасным пластическим характеристикам стали.

3) Устойчивость к непредвиденному давлению в котле за счет меньшей чувствительности к скачкам температуры воды.

4) Многообразие конструкций. Теплообменник надежнее, чем у чугунных котлов.

5) Легкий ремонт. (Теплообменник годен для многоразовой сварки после течи, появление которой рискует возникнуть после сильной перемены давления).

6) Цена. Гораздо дешевле чугунных.

7) Высокий КПД за счет меньшего количества технологический ограничений в сравнении с чугунными котлами.

8) Низкие эксплуатационные расходы — облегченная система очистки теплообменника. Дело в  том, что стальной котел имеет более длинный путь для дымовых газов. Тепло от дымовых газов прекрасно передается теплообменнику. При этом наружность теплообмена можно легко очистить, стоит только открыть верхнюю крышку.

9) Намного легче по весу, чем чугунные котлы. Поэтому доставка и монтаж стального котла рискует обойтись примерно на 15-20% дешевле, чем чугунного той же мощности.

Недостатки:

1) Небольшой срок годности.

2) Вероятность прогорания котла.

Чугунные котлы

При изготовлении котлов из чугуна используется высококачественный прочный материал, который содержит в своем составе железо и углерод. Причем состав углерода в данном литье примерно 4,5 %. Также данный высокопрочный материал содержит некоторое количество таких соединений, как марганец, фосфор, кремний и сера.

Чугунный котел – это особая секционная конструкция. Мощность котла прямо пропорциональна количеству таких секций: чем больше их число, тем выше будет мощность. Между собой отделы соединены при помощи резьбового крепления.

Дополнительно могут применяться качественные высокотемпературные герметики. Если произошла поломка секции, то можно заменить ее на новую.