Теплообменник для газового котла: виды и принцип работы. Как выбрать газовый котел? Газовые котлы из меди

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:
1. Прост в монтаже и пуско-наладке.
2. Расход газа у чугунного котла такой же как и у настенного, так как КПД у котлов одинаковый.
3. Такие котлы дешевле в эксплуатации (не надо периодически промывать теплообменник).
4. Теплообменник из чугуна не подвержен коррозии.
5. 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?

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.

Теплообменник – один из главнейших элементов современного газового котельного оборудования. И если вы хотите, чтобы приобретаемый вами котел работал с максимально возможной эффективностью, то в первую очередь нужно смотреть на то, из какого материала он изготовлен, а также насколько качественным является этот самый материал.

Собственно, материал теплообменника может быть любым, но в современных условиях наибольшее распространение получили медные , стальные и чугунные теплообменники. Каждый из этих материалов обладает своими преимуществами и недостатками, а также степенью эффективности, от которой и будет зависеть производительность приобретаемого котельного оборудования. Предлагаем вам сразу приступить к рассмотрению каждого из указанных видов теплообменников.

Медный теплообменник

Начнем с самой непопулярной разновидности. Медь , конечно, в свое время была достаточно распространена. Но только лишь в виду того, что другие материалы были либо слишком дорогостоящими, либо просто недоступными по техническими причинам. Поэтому, с появлением стали и чугуна, медь стала постепенно отходить на задний план. И все же, если вам вдруг попадется на глаза медный теплообменник, то знайте, что он обладает двумя критическими недостатками.

• Первый – достаточно высокая цена.
• Второй – стремительное прогорание, приводящее к быстрому выходу из строя всего теплообменника.

Чугунный теплообменник

Чугун зачастую называют «вечным» материалом, долговечность которого достигает 50 лет и более. Для такого элемента, как теплообменник, это очень . Причиной столь высокой долговечности является стойкость чугунного материала к прогоранию, являющемуся настоящим бичом меди. К тому же, чугун, по своей природе, отлично защищен от коррозийных процессов (ржавчины), не нуждаясь в каком-либо дополнительном антикоррозийном покрытии.

Впрочем, идеальным чугунный теплообменник назвать нельзя. Вам нужно знать, что у него есть два важных недостатка.

• Во-первых, чугун – предельно тяжелый материал. Если вам доводилось переносить с места на место чугунную ванну, то вы знаете, о чем мы говорим.
• Во-вторых, чугунный теплообменник очень хрупкий. Ему могут повредить даже температурные перепады, не говоря уже о чисто физических повреждениях. Один единственный сильный удар может привести к появлению трещины. А использовать треснутый теплообменник уже не представляется возможным. Кстати, чугун – не самый дешевый материал, что также следует учитывать.

Стальной теплообменник

Стальные теплообменники сегодня являются самыми распространенными для Причина проста. Сталь – самый дешевый из вышеописанных материалов. Да и по своим техническим характеристикам он не так уж сильно отстает от чугуна. Конечно, долговечность здесь будет уже не 50 лет, а, скажем, лет 15, не более.

Если используется низкокачественная сталь, то вам придется менять такой теплообменник уже через 5 лет. Причина тому – достаточно быстрое прогорание материала под воздействием высоких температур. Ну а то, что сталь боится ржавчины (коррозийных процессов), известно даже маленьким детям. Этот факт тоже отражается на долговечности материала.

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.

Теплообменник - важный элемент современного оборудования для отопления помещений и нагрева воды. При выборе котла стоит учитывать, из какого металла он сделан, так как это напрямую влияет на срок его службы, эффективность, производительность и технические характеристики в целом.

Преимущества медного теплообменника

В газовых водогрейных котлах Гидроник , гдеиспользуются медные теплообменники , теплоноситель в системе проходит со скоростью 2,1 м/с. Быстро движущаяся жидкость выводит твердые частицы из труб, что предотвращает появление накипи и образование засоров из механических отложений. Также это обеспечивает постоянный КПД котла и позволяет использовать теплоноситель с любыми химическими характеристиками.

Газовый котел , в который установлен медный теплообменник , имеет ряд других преимуществ:

• Теплообменник из меди имеет компактные размеры и маленький вес. По сравнению со стальными или чугунными, такие котлы в 2-3 раза меньше и легче;
• Как металл, медь практически не поддается коррозии;
• Медный теплообменник обладает малой инертностью, за счет чего быстро подогревается и так же быстро остывает. Равномерный нагрев приводит к полному отсутствию механических напряжений в трубах (сжатие, растяжение, образование разрывов);
• Легко поддается ремонту и замене комплектующих деталей;
• Из-за малой емкости не требует большого количества теплоносителя, что существенно экономит бюджет;
• Абсолютно взрывобезопасен.

Котельное оборудование с медными теплообменниками от «ГИДРОНМАШ»

Компания «ГИДРОНМАШ» совместно с американской компанией «Laars Heating Systems» проектируют, изготавливают и производят монтаж газового водогрейного оборудования. Все аппараты могут использоваться для автономного отопления и подачи горячей воды в здания, промышленные и жилые объекты, детские сады, школы, больницы и даже бассейны. По принципу установки котлы можно разделить на две группы:

• Газовые котлы с медным теплообменником становятся более компактными и легко проходят в дверные проемы. Именно поэтому их чаще всего используют в коммунальном хозяйстве.
• Напольный газовый котел с медным теплообменником - аппарат, который получил широкое применение в обогреве промышленных комплексов, заводов, тепличных хозяйств, административных зданий и т.д. Благодаря своему небольшому весу и габаритам, он устанавливается двумя специалистами в течение дня. Отсутствие необходимости в применении тяжелой грузоподъемной техники, сделало возможным производить его монтаж на крышах домов или высоких этажах.