Теплообменник вода воздух как система отопления дома: что это такое и как сделать своими руками

Содержание
  1. Что такое теплообменник?
  2. Подробнее о видах теплообменников
  3. Виды оборудования по передаче тепла
  4. Виды оборудования по применению
  5. Смесительные (контактные) теплообменники
  6. Рекуперативные (поверхностные) теплообменники
  7. Регенеративные теплообменники
  8. Типы теплообменников по используемым средам
  9. Классификация теплообменников по внутреннему строению:
  10. Теплообменники в системе отопления
  11. Зависимая система
  12. Независимая система
  13. Система отопления частного дома
  14. Из каких материалов изготавливают теплообменники
  15. Внешний вид устройства
  16. Конструкция теплообменника
  17. Установка теплообменника
  18. Принцип работы
  19. Сферы применения
  20. Исходные данные и расчет теплообменника
  21. Сравнительная таблица кожухотрубного и пластинчатого оборудования
  22. Как выбрать?
  23. Конструктивные особенности пластинчатых теплообменников
  24. Инновационные конструкции теплообменника
  25. Особенности тепловой системы воздух-вода
  26. Специфика применения и работы
  27. Принцип действия системы
  28. Сооружение теплового насоса воздух-вода
  29. Сборка наружного блока
  30. Блок с теплообменником-испарителем
  31. Правила установки компрессора
  32. Конструирование накопительной емкости (конденсатора)
  33. Шаг №1: Создание змеевика
  34. Шаг №2: Подготовка корпуса
  35. Соединение внешнего блока с испарителем
  36. Соединение испарителя, компрессора и бака
  37. Внедрение систем управления установкой
  38. Расчет мощности теплового насоса воздух-вода
  39. Обслуживание самодельной установки

Что такое теплообменник?

Цель теплообменника — передача тепла от нагретой среды к холодной. Причем применение не ограничивается одной отраслью — оборудование встречается повсеместно (в энергетике, металлургии, пищевой и химической промышленности, на тепловых станциях, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и т.д.).

Подробнее о видах теплообменников

1. пластинчатый теплообменник, разборный (состоит из отдельных пластин, разделенных резиновыми уплотнениями, двух концевых камер, рамы и крепежных болтов)


2. паяный пластинчатый теплообменник (состоит из набора гофрированных металлических пластин из нержавеющей стали, соединенных между собой вакуумной пайкой с использованием припоя из меди или никеля).

3. Пластинчатые сварные теплообменники предназначены для применения в условиях чрезвычайно высоких температур и давлений, когда параметры не позволяют использовать уплотнительные устройства. Эти теплообменники отличаются высокой эффективностью, небольшими размерами и требуют минимального обслуживания. Пластины изготавливаются из нержавеющей стали, титана и никелевых сплавов.

Средами являются высокотемпературный пар, газы и жидкости, включая агрессивные среды и их смеси. Сварные трубы также отличаются от РПТО методом уплотнения пластин; в сварных трубах пластины свариваются в сталь, а сварная коробка собирается внутри стальной пластины. Они используются в процессах с агрессивными средами, газами и высоким давлением.

4. пластинчатые сварные полусварные теплообменники. Как и в сварных блоках, пластины свариваются в короба, но короба соединяются между собой паровой сваркой. Приложение находится в процессе агрессивной среды. Пластинчатый полусварной теплообменник — это конструкция, состоящая из небольшого количества сварных модулей. Они, в свою очередь, соединяются лазерной сваркой, образуя пару пластин. Вся конструкция собирается с помощью болтов между торцевыми пластинами. Между каждым сварным модулем находится резиновая прокладка.

Этот теплообменник используется в особых случаях, когда в качестве теплоносителя будут использоваться вещества с очень высокими температурами, давлением, любыми другими опасными параметрами или просто опасные вещества. В этом случае он будет двигаться в сварных каналах пластин теплообменника. 5.

5. кожухотрубные теплообменники (основным компонентом которых является пучок труб, собранных в трубную пластину и помещенных в кожух, при этом наконечники и концы труб крепятся к пластине с помощью развальцовки, сварки и пайки)

6. спиральные теплообменники (поверхность нагрева образована двумя тонкими металлическими пластинами, приваренными к сепаратору (сердечнику) и свернутыми в спираль) Спиральные теплообменники отличаются от РПТО тем, что в них используются только две пластины, свернутые в спираль вокруг сердечника и «упакованные» в сварной кожух.

Спиральные установки используются для процессов с агрессивными средами и высоким давлением (P.S. В настоящее время на нашем рынке представлена только одна марка — Alfa Laval. GEA и Sondex отказались от дальнейшего производства этих установок. Отличная компактность и эффект самоочистки делают спиральные теплообменники Альфа Лаваль весьма универсальными — они могут работать как с жидкими неоднородными средами, склонными к образованию отложений на поверхности теплообмена, так и с конденсирующимися парами или газами в условиях высокого вакуума.

Виды оборудования по передаче тепла

1. поверхностные теплообменники

Передача тепла между различными средами происходит через стенки из специальных теплопроводящих материалов, т.е. контур полностью герметичен. Поверхностные теплообменники подразделяются на.

  • Регенеративные (температурный обмен между теплоносителями происходит через тонкие стенки контура, направление потока теплоносителей остается неизменным).
  • Регенеративные (отличаются от регенеративного типа тем, что меняют направление потока).

2. гибридные теплообменники

Теплопередача достигается путем смешивания двух жидкостей, этот тип теплообменника используется реже.

Виды оборудования по применению

  • Кожухотрубные теплообменники — состоят из пучка трубок, которые соединены с решеткой с помощью сварки или пайки.
  • Пластинчатые теплообменники — имеют зону теплообмена, состоящую из пластин, соединенных высокотемпературными прокладками
  • Витые теплообменники — собираются из концентрических змеевиков, в которых рабочая среда движется по изогнутым трубкам и межтрубному пространству
  • Спиральные теплообменники — представляют собой тонкие стальные пластины, свернутые в форму спирали
  • Водяные теплообменники, воздушные теплообменники и т.д.

Существует так много типов, что перечислять их все просто не имеет смысла. Самым популярным из перечисленных устройств считается пластинчатый теплообменник, ниже приведены его характеристики и подробная информация о том, на что следует обратить внимание.

Удобный для вас выбор и расчет стоимости теплообменника

Смесительные (контактные) теплообменники

Контактные теплообменники (КТ) предназначены для нагрева и охлаждения различных жидкостей, газов, рабочих тел твердых тел, конденсации, испарения (выпаривания) и кристаллизации пара. Они используются в широком спектре отраслей промышленности. Например, их используют для нагрева (охлаждения) воды с газами и растворами; для нагрева (охлаждения) растворов для последующей кристаллизации растворенных компонентов; для нагрева и охлаждения агрессивных растворов с промежуточными теплоносителями, а также твердых веществ и твердых веществ с газами и жидкостями. Контактные теплообменники используются в различных типах энергетических установок (для нагрева воды перед дегазацией, для систем рекуперации энергии в паротурбинных установках и т.д.); в опреснительных и очистных установках; в коммунальном хозяйстве для нагрева воды за счет продуктов сгорания.

В зависимости от функционального назначения КТ можно классифицировать как нагреватели, охладители, испарители (дистилляторы), конденсаторы, плавители, кристаллизаторы и т.д. В контактных теплообменниках рабочий процесс не изменяет ни состояние полимеризации среды, ни саму среду (испарители, конденсаторы, плавители). В зависимости от принципа разделения жидкостей смесительные узлы бывают пластинчатыми, полыми и струйными с соплами.

Пример. Градирни (дымовые трубы на электростанциях), где атмосферный воздух используется для охлаждения больших количеств жидкости.

Преимущества: благодаря простой конструкции, он может извлекать больше тепла, чем поверхностный теплообменник.

Недостаток: процесс должен предусматривать перемешивание среды.

В последнее время наблюдается повышенный интерес к использованию струйных теплообменников в промышленном и гражданском строительстве. Эти установки привлекательны, прежде всего, из-за более низких капитальных и эксплуатационных затрат по сравнению с кожухотрубными нагревателями. Это различные типы пароводяных струйных подогревателей (ПВП) или пароводяных струйных и водоструйных подогревателей. рабочей средой в ПВП является пар, а закачиваемой средой — вода. В этих устройствах используется явление скачка давления, возникающего при торможении сверхзвукового потока пароводяной смеси, когда в скачке давления происходит конденсация пара. В отличие от рекуперативных теплообменников, где теплообмен между теплоносителем и нагреваемой водой происходит через стенки, в СРП передача тепла от пара к воде происходит в процессе смешивания пара и воды, т.е. теплосодержание пара передается воде с незначительными потерями в процессе конденсации.

Рекуперативные (поверхностные) теплообменники

В регенеративном типе теплообменника холодная и горячая жидкости проходят через устройство, не смешиваясь друг с другом. Теплообмен происходит через металлические стенки. Примерами регенеративных теплообменников являются котлы, нагреватели, охладители, испарители, конденсаторы и т.д.

Регенеративные теплообменники

В регенеративных теплообменниках одна и та же поверхность нагрева попеременно подвергается воздействию горячей и холодной жидкости. Тепло, связанное с горячей жидкостью, сохраняется или поглощается всасывающими или твердыми частицами. Затем горячая жидкость останавливается, и холодная жидкость проходит через впуск или твердые частицы для регенерации тепла. Примерами такого типа теплообменников являются регенераторы для открытых воздушных печей, стекловаренных печей и т.д.

В регенеративных теплообменниках жидкость почти всегда одинакова с обеих сторон теплообменника. Жидкость проходит через теплообменник и часто достигает очень высокой температуры. Жидкость может проходить через стадию обработки, а затем охлаждаться, проходя через теплообменник в обратном направлении для дальнейшей обработки, и цикл повторяется.

Установка обеспечивает значительную экономию чистой энергии, поскольку большая часть тепловой энергии используется повторно. Для поддержания высоких температур необходимо лишь небольшое количество дополнительной тепловой энергии, которая добавляется на горячем конце и теряется на холодном конце.

Теплообменные и регенеративные установки также могут называться поверхностными конденсаторами.

Пример. Регенеративные воздухонагреватели

Преимущества: Простая конструкция позволяет использовать больше тепла, чем поверхностный теплообменник.

Недостатки: теплопередача нестабильна. Для того чтобы устройство работало непрерывно с одинаковыми циклами нагрева и охлаждения, две его части должны работать параллельно.

Типы теплообменников по используемым средам

СМИ.

  • Жидкостно-жидкостные кожухотрубчатые и пластинчатые теплообменники для систем горячего водоснабжения, охладителей моторного масла.
  • Парожидкостные кожухотрубные нагреватели (пар в кожухе, жидкость в трубном пучке) Деаэраторы паровых котлов — Смешанные теплообменники, включая подогреватели воды.
  • Паровая обработка в стерилизаторе.
  • Пар-газ — использование отработанного тепла газовых турбин.
  • ГАЗ-ГАЗ-Конденсация, испарение.
  • Газожидкостные — для теплообменников — утилизаторов.

В зависимости от направления потока поверхностный теплообменник может быть.

  • Противоток, при котором горячая и холодная жидкости движутся в противоположных направлениях в противоточном устройстве.
  • При параллельном потоке горячая и холодная жидкости текут в одном направлении. Это также называется параллельным потоком.
  • Перекрестный поток, при котором горячая и холодная жидкости движутся под прямым углом друг к другу в перекрестном устройстве.

Классификация теплообменников по внутреннему строению:

  • Оболочки и трубки — о них мы написали отдельную статью с совместимостью с устройствами от kvip.su. Возможны проводящие среды с твердыми включениями. Широкий выбор моделей: как охлаждающие, так и нагревательные. Длительный срок службы.
  • Типы пластин (о них у нас есть отдельная статья), включая сварные, неразборные, для несложных применений. Низкая водонепроницаемость, гофрированные или ребристые поверхности потока для увеличения площади поверхности теплообмена, уплотнительные прокладки, температура среды до 150°C. Для обеспечения герметичности требуется тщательная сборка.
  • Изготовлен из оребренных трубок.

Они используются в автомобильных радиаторах и кондиционерах как внутри помещений (для испарения хладагента), так и снаружи (для выпуска его в атмосферу). Охладители, используемые без вторичных источников, имеют форму ряда оребренных трубок, в которых находится охлаждаемая среда и увеличивается теплоотдача с помощью тонких листов (пучков). Когда вода недоступна для охлаждения (например, из-за возможных неожиданных реакций в химическом производстве), конструкция обдувается вентилятором.

Важное замечание: Медь-Cu (материал трубки) и алюминий-Al (материал ребра) представляют собой электрическую пару, и их взаимодействие может привести к коррозии. Конденсат попадает на стык несовместимых элементов — вызываемые окружающей средой агрессивные реакции приводят к временной или постоянной остановке и замене агрегата.

  • Спираль.

Изобретен в первой половине прошлого века для использования в целлюлозно-бумажной промышленности для включения сред с твердыми частицами. Тонкая железная пластина (2 или 4), прикрепленная к перегородке (сердечнику), сворачивается и помещается в кожух. Имеются выступы (прищепки) для регулирования расстояния в полости и увеличения турбулентности (и, следовательно, теплопередачи). На концах воздуховода имеются торцевые заглушки (с отверстиями для патрубков в корпусе). Одна сторона воздуховода уплотнена прокладкой, а другая заварена — это обеспечивает легкую очистку; утечка возможна только с одной стороны. Если прокладка теряет свои характеристики, с обеих сторон приваривается канал, а другой канал снова герметизируется. Если смешанная среда безопасна, каналы герметизируются с помощью прокладок или гильз.

  • Сегментированные теплообменники. Комбинация с несколькими трубками и противоточными секциями полезна, когда речь идет о постоянном состоянии среды. Отсутствие перегородок снижает потребность в пространстве между очистительными трубками и потери энергии. Этот тип теплообменника менее компактен, чем спиральный, и требует дополнительных затрат на решетки, соединения и т.д.

Теплообменники в системе отопления

Системы отопления могут быть зависимыми или независимыми.

Зависимая система

При отсутствии теплообменника тепло подается непосредственно из сети централизованного теплоснабжения (котельной) к радиаторам потребителя, как правило, в определенном количестве. Если в системе нет теплообменника, то котельная система не регулирует подачу тепла и не изменяет ее в зависимости от погоды или пожеланий людей.

Независимая система

Такая система отопления состоит из одной или нескольких независимых тепловых подстанций (IHS) с теплообменным оборудованием. Тепловая подстанция обслуживает один объект или его часть. Если имеется более одного объекта, МГС состоит из нескольких подстанций централизованного теплоснабжения, одна из которых является центральной подстанцией. Она распределяет энергию по остальным подстанциям централизованного теплоснабжения, которые доставляют энергию потребителю. В любом из этих двух вариантов комплекс получает энергию от сети централизованного теплоснабжения.

Индивидуальные тепловые подстанции располагаются в отдельном строении, техническом или подвальном помещении, пристройке к дому. Все процессы полностью автоматизированы, поэтому многочисленный персонал не требуется. Информация обо всех параметрах подстанций централизованного теплоснабжения передается в диспетчерскую. Они поддерживают температуру теплоносителя в зависимости от внешней температуры и предотвращают слишком низкую или слишком высокую температуру в помещениях. Они помогают регистрировать расход тепла, равномерно распределять его, контролировать параметры безопасности и предотвращать несчастные случаи.

Теплообменное оборудование в комплексе МГП помогает регулировать количество потребляемой энергии в соответствии с нуждами потребителя. Человек может самостоятельно контролировать температурный режим в помещении с помощью кранов на радиаторах, что позволяет снизить потребление тепла до 30%.

В самой котельной также устанавливаются теплообменники для регулирования температуры и уменьшения износа современных труб, изготовленных из пластика. Они выдерживают максимальную температуру 90̊C. Теплообменники уменьшают количество теплоносителя во внутреннем контуре котла, они позволяют уменьшить количество накипи в котле, и поэтому котел служит дольше.

Система отопления частного дома

Теплообменники устанавливаются в системах отопления загородных домов или отдельно стоящих домов с индивидуальным отоплением. Они разделяют сеть центрального отопления и внутренние контуры системы отопления. С одной стороны блока находится соединение с трубой теплоносителя от котла или центральной котельной. С другой стороны находятся трубы внутренней системы с реле и элементами управления.

Установка этого оборудования в частных домах позволяет быстрее и равномернее нагревать воздух в помещениях, упрощает контроль микроклимата в помещениях, позволяет экономить электроэнергию, стабилизирует температуру и давление в трубах и продлевает срок их службы.

Теплообменник в отапливаемом частном доме также помогает получить горячую воду. Для этого горячая среда подается в одну трубу, а водопроводная вода — в другую. На выходе получается горячая вода, которая поступает непосредственно в кран. Этот метод позволяет экономить на стоимости котлов и электроэнергии.

Из каких материалов изготавливают теплообменники

В производстве теплообменников для систем отопления используются различные материалы: нержавеющая сталь, кремний-алюминий (алюминиево-кремниевый сплав), латунь (для систем высокого давления), медь (для пивной промышленности, где требуется резкое охлаждение пива благодаря высокому эффекту теплопроводности) и другие.

Внешний вид устройства

Каждый теплообменник имеет маркировку с техническими характеристиками.

  • Максимальная рабочая температура, например, 200°C.
  • Максимальное рабочее давление, например, 30 бар.
  • Испытательное давление, например, 43 бар.

Прилагаются технические паспорта, диаграммы и схемы на языке страны происхождения, производителя. При необходимости технический паспорт может быть переведен на русский язык. Конструкция и работа теплообменников разных производителей иногда может незначительно отличаться. Однако суть остается прежней.

Контур теплообменника может быть расположен вертикально или по диагонали. Это не влияет на принцип работы. Самое простое расположение — диагональное. В этом случае теплообменник должен быть установлен в вертикальном положении.

Горячая вода из системы центрального отопления будет поступать в теплообменник сверху вниз и передавать свое тепло автономной системе через систему разделения. Это будет очень горячая вода на входе и вода пониженной температуры на выходе. В контуре автономной системы теплоноситель будет течь снизу вверх. Вода слегка нагревается только внизу, и чем ближе к верху, тем вода становится горячее. Это значительно упрощает эксплуатацию системы.

Процесс подачи воды в теплообменник происходит путем принудительной циркуляции. Тепловая установка работает на собственном насосе. Автономная система напольного отопления для блока будет работать с собственным циркуляционным насосом.

Конструкция теплообменника

Устройство состоит из двух основных панелей — неподвижной и подвижной. На обеих пластинах имеется несколько отверстий для входа и выхода среды. Между двумя основными пластинами находится несколько пластин, уплотненных резиновыми прокладками. Верхняя и нижняя направляющие пластины определяют положение устройства. С помощью специальных гаек пластины могут быть сжаты до необходимого размера. Расположение пластин не является случайным; пластины повернуты на 180° относительно друг друга. Это обеспечивает двойное уплотнение входного отверстия.

Как работает теплообменник

1 — передняя неподвижная пластина, 2 — верхняя направляющая пластина, 3 — задняя подвижная пластина, 4 — задний кронштейн (штатив), 5 — рабочая пластина с уплотнением, 6 — нижняя направляющая пластина, 7 — патрубок, 8 — ролик для перемещения по направляющей пластине, 9 — табличка с названием и техническими данными, 10 — болт

Установка теплообменника

Теплообменник установлен правильно в соответствии с инструкциями по установке. Он крепится к стене с помощью кронштейнов или крепежных ремней. Теплообменник также может быть установлен с помощью кронштейна, который крепится к нижней части теплообменника. В качестве альтернативы он будет привязан к трубопроводу.

Кроме того, необходимо установить фильтр. Каждый контур теплообменника должен иметь как минимум один фильтр грубой очистки. При подключении к старой системе отопления требуется два фильтра. Один внизу, другой вверху.

Необходимо наличие водопроводного и американского крана. Последний представляет собой быстроразъемное резьбовое соединение. Как правило, простая американская труба состоит из четырех частей: двух резьбовых фитингов, соединительной гайки и прокладки.

Диаметр соединения является очень важным аспектом при установке, так как устройство довольно компактно. Объем теплоносителя очень мал. Зазор между пластинами очень мал. Лучше всего брать тот диаметр, который нам нужен, или больше. Например, соединение 1″. Предпочтительно с резервным уровнем мощности теплообменника. Это не влияет на размеры. Буквально на один-два сантиметра больше. Но скорость теплоотдачи значительно увеличивается. Это особенно важно в системах, где когенерационная установка обеспечивает низкие температуры. Этот факт необходимо учитывать, например, в случае максимальной температуры воды 65-70°C, чтобы иметь возможность отводить максимальное количество тепла от теплоносителя.

Принцип работы

Основным элементом теплопередачи является жидкость. Жидкость течет в обратном направлении, по каналам, образованным гофрированными панелями. Гофрированный слой стенки, благодаря высокой скорости потока, начинает приобретать турбулентность. Каждая среда продвигается по одной и той же пластине, но с разных сторон пластины, чтобы избежать смешивания. Все пластины теплообменника одинаковы и так же просты в установке, как и сварные теплообменники. Это позволяет приспособлению образовывать пакет с 4 коллекторными пластинами, которые предназначены для впуска и выпуска различных сред. Все пластины, кроме крайних (первой и последней), участвуют в теплообмене.

Даже при самых низких значениях сопротивления потоку теплопередача может быть увеличена за счет тонкого потока и турбулентности. Одновременно турбулентность и тонкий поток очищают пластины от нежелательных и даже самых стойких загрязнений.

Как задняя, так и передняя пластины имеют отверстия, которые соединены с воздуховодом и производят нагретую среду. Трубы могут соединяться разными способами (например, один тип — резьба ГОСТ #6357, а другой тип — резьба ГОСТ #12815). В обоих случаях это зависит от типа оборудования. Теплообменные пластины, расположенные параллельно, образуют каналы. По всем каналам носитель обменивается и покидает устройство. Это означает, что пластины являются самым важным элементом во всем теплообменнике. Они имеют толщину всего 0,5 мм и изготавливаются из нержавеющей стали методом холодной штамповки. Между пластинами вставляется термостойкая резина, чтобы сделать воздуховоды герметичными. Передняя и задняя части впуска и выпуска воздуха усилены специальными прокладками и уплотнениями соответственно.

Теплообменники выбираются в соответствии с эксплуатационными требованиями. Чем они выше, тем больше требуется пластин. Именно количество пластин определяет общую эффективность.

Сферы применения

Пищевая промышленность. Теплообменники необходимы в производстве спирта, пива, растительного масла, сахара и молочной промышленности. Здесь они используются для пастеризации продуктов, их охлаждения и, возможно, выпаривания. Для таких применений обычно используются паяные пластинчатые теплообменники, хотя также распространено использование разборных теплообменников.

Металлургия. В металлургии охлаждение требуется больше, чем где-либо еще. Это связано с тем, что печи, водяные баки, различные гидравлические системы и другое оборудование выделяют большое количество тепла. Чтобы уменьшить это, в качестве охладителей используются пластинчатые теплообменники. В качестве охладителей можно использовать пайку, сварку и даже спиральные теплообменники. Выбор оборудования напрямую зависит от области применения.

Судостроение. Теплообменники также отвечают за охлаждение главных двигателей и всей центральной системы судна. Здесь вместо обычной среды может использоваться морская вода или моторные масла различных классов вязкости. Бортовые теплообменники могут также использоваться для вспомогательных целей, таких как отопление и горячее водоснабжение, но только на больших судах.

Нефтегазовая промышленность. Пластинчатые теплообменники также используются для гидроразрыва пласта, охлаждения и нагрева нефти. Обычно это теплообменники.

  • Низкое давление
  • Электропитание от сети
  • Химическая очистка воды

В таких теплообменниках обычно используются титановые пластины толщиной 7 мм и давлением 25 бар. Для данного типа оборудования, если требуется, чтобы прокладки выдерживали высокие температурные условия, используются уплотнения из Buna N или Viton.

Отопительные установки. Водяное отопление, подогрев пола, горячее водоснабжение — для всего этого также используются пластинчатые теплообменники. Эти устройства способны работать при температуре до 150 градусов Цельсия и давлении до 16 кПа. В этих теплообменниках используются пластины из коррозионностойкой стали, толщина которых может достигать 5 мм. Прокладки изготовлены из этилен-пропилена.

Исходные данные и расчет теплообменника

1 — Температура на входе и выходе для обоих контуров.
Например, максимальная температура на входе составляет 55°C, а LMTD — 10°C. Когда эта разница велика, теплообменник будет дешевле и меньше.

2 — Максимально допустимая рабочая температура, давление среды.
В случае плохих параметров цена будет ниже.

3 — массовый расход (m) среды в обоих контурах (кг/с, кг/ч).
или пропускная способность теплообменника. Обычно указывается только один параметр — объемный расход. Общий массовый расход может быть рассчитан путем умножения объемного расхода на плотность. Например, плотность холодной воды в центральной системе составляет примерно 0,99913.

4 — Тепловая мощность (P, кВт).
В качестве альтернативы тепловая нагрузка (тепло, отдаваемое теплообменником) может быть рассчитана по формуле

P = m * cp * δt

  • где m — скорость потока среды
  • cp — удельная теплоемкость (для воды, нагретой до 20°C, она составляет 4,182 кДж/(кг*°C))
  • δt — разница температур между входом и выходом из контура (t1 — t2)

5 — Другие характеристики.

  • Для выбора состава пластины необходимо знать, в какой среде будет использоваться теплообменник и ее вязкость.
  • Средний температурный напор LMTD (рассчитывается по формуле ΔT1 — ΔT2/( In ΔT1/ ΔT2), где ΔT1 = T1 (температура на входе горячего контура) — T4 (температура на выходе горячего контура) и ΔT2 = T2 (температура на выходе холодного контура) — T3 (температура на выходе холодного контура).
  • Уровень загрязнения (R) — используется редко, так как требуется только в некоторых случаях.

Сравнительная таблица кожухотрубного и пластинчатого оборудования

Характеристики Кожухотрубный теплообменник Кожухотрубные теплообменники
Коэффициент теплопередачи (номинальный) 1 3 — 5
Разница температур между теплоносителем и нагреваемой средой на выходе (возможно) Не менее 5 — 10 °C 1 — 2 °С
Изменение поверхности теплопередачи Невозможно Невозможно в широком диапазоне, в нескольких пластинах
Внутренний объем (номинальный) 100 1
Соединение при сборке Пайка, вальцовка Разъемы
Может использоваться для внутреннего осмотра и очистки Невозможно разобрать, затруднен доступ для замены деталей; только промывка Складной. Облегчает осмотр, обслуживание и замену любых деталей, а также механическую очистку панелей
Время демонтажа 90 — 120 мин. 15 минут.
Материал трубки (материал пластины) Латунь или медь Нержавеющая сталь
Уплотнения Невозможно разобрать. Простая замена невозможна Уплотнения самоклеящиеся и легко заменяемые. Жестко фиксируется в проходе пластины Отсутствие утечек после механической очистки и повторной сборки
Отсутствие обнаружения утечек Не обнаруживается без демонтажа Сразу после возникновения, не требует демонтажа
подвержены коррозии при температуре выше 60°C Да Нет
Чувствительность к вибрации Чувствительный Не чувствительно
Вес сборки (номинальный) 10 — 15 1
Теплоизолированные Требуется Не требуется
Срок службы до реконструкции 5 — 10 лет 15 — 20 лет
Размер (номинальный) 5 — 6 1
Специальные фонды Требуется Не требуется
Стоимость (номинальная) Зависит от применения и схемы подключения 0,75 — 1,0 1,0

Как выбрать?

Хотя существует множество теплообменников, пригодность каждого типа (и его конструкции) для теплообмена между жидкостями зависит от технических характеристик и требований конкретного применения. Эти факторы в значительной степени определяют оптимальную конструкцию требуемого теплообменника и влияют на соответствующие расчеты номинальных параметров и размеров. При проектировании и выборе теплообменника необходимо учитывать следующие факторы.

  • Тип жидкости, поток жидкости и характеристики жидкости
  • Ожидаемая тепловая мощность
  • Ограничения по размеру
  • Скорость потока

Конструктивные особенности пластинчатых теплообменников

Высокопроизводительные котлы проверенных марок оснащены сегментными пластинчатыми теплообменниками. Эти секции располагаются между двумя неподвижными пластинами. На неподвижных плитах закреплены все приводные патрубки и опорные лапы, а в подвижных плитах пресса, поддерживаемых сзади, имеются смотровые отверстия. Верхняя и нижняя направляющие служат в качестве опорных элементов, а соединительный элемент представляет собой резьбовую шпильку.

Пластинчатый теплообменник имеет множество преимуществ.

  • Компактность.
  • Малый вес.
  • Высокая тепловая мощность.
  • Простота.
  • Надежность и простота использования.

Теплообменники 9

Теплообменник 10

Теплообменник 11

Добавляя или удаляя секции, можно изготовить теплообменники любой мощности по индивидуальному заказу. Катушки можно легко очистить без разборки, а в случае неисправности отдельные секции можно заменить. К недостаткам можно отнести то, что они не устойчивы к высокому давлению.

Инновационные конструкции теплообменника

Пластинчато-пластинчатый теплообменник является усовершенствованной версией предыдущего типа. Углубления, приваренные к панелям, увеличивают площадь поверхности для теплообмена и придают конструкции дополнительный фактор безопасности при небольшом весе.

Теплообменник 12

Теплообменник 13

Контур оребренно-сварного теплообменника является еще одной усовершенствованной версией сегментного блока. За счет уменьшения толщины пластин, полученных высокочастотной сваркой, достигнуто значительное повышение эффективности газовых и конденсационных котлов; в то же время улучшена термическая и химическая стойкость теплообменника.

Теплообменники 14

Каталог магазина Teplomatica регулярно обновляется и включает в себя энергоэффективные сертифицированные конструкции теплообменников от всемирно известных поставщиков. Мы держим вас в курсе последних событий!

Особенности тепловой системы воздух-вода

Тепловой насос, которому посвящена эта статья, имеет ряд преимуществ перед другими модернизированными подобными устройствами (особенно «вода-вода» и «грунт-вода»)

  • Это экономит электроэнергию.
  • Установка не требует масштабных земельных работ, бурения скважин, получения специальных разрешений.
  • Если система подключена к солнечным батареям, она может быть полностью автономной.

Теплоэнергетическая система, которая собирает энергию ветра и передает ее воде, имеет очевидное преимущество — она на 100% безопасна для окружающей среды.

Перед проектированием насоса следует четко определить, когда система наиболее эффективна, а когда нет.

Как работает насос тела Воздух-вода
Системы тепловых насосов, извлекающие энергию из воздушной массы, могут использоваться для нагрева всех типов теплоносителей, применяемых на территории СНГ: воды, воздуха, пара.

Специфика применения и работы

Тепловые насосы эффективно работают только в диапазоне температур от -5 до +7 градусов. Когда температура воздуха находится в пределах +7 градусов, система будет производить больше тепла, чем необходимо, а когда температура ниже -5 градусов, она не будет производить достаточно тепла для отопления. Это происходит потому, что концентрированный фреон в конструкции закипает при температуре -55 градусов.

Галерея изображений фото оборудования теплового насоса воздух-вода на фасаде дома предстанет в виде небольшого по размерам аккуратного оборудования, зависящего от любого теплового насоса, система воздух-вода состоит из двух взаимосвязанных частей: внешний и внутренний блоки оборудования, расположенные внутри дома обрабатывают энергию, заимствованную из воздуха, отопительный контур для нагрева воды и ГВСПри необходимости увеличения производительности системы, количество модулей, необходимых для дополнения внешнего комплекса теплового насоса воздух-вода Идеальный ответ на отопление.

Теоретически, система может вырабатывать тепло даже при 30-градусном морозе, но этого недостаточно для отопления, так как тепловая мощность напрямую зависит от разницы между температурой кипения хладагента и температурой воздуха.

Поэтому система не подходит для жителей северных регионов, где холода наступают раньше, тогда как в домах южных регионов она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.

Если в помещении установлена стандартная батарея, эффективность теплового насоса будет снижена. Воздушно-водяные агрегаты лучше всего работают с конвекторами и другими большими радиаторами, а также с системами напольного отопления и водяного настенного отопления.

Сами помещения также должны быть хорошо изолированы снаружи, причем встроенные многокамерные окна обеспечивают лучшую изоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые окна.

Система напольного отопления в сочетании с воздушно-водяным подогревом пола
Тепловые насосы лучше всего работают с системами напольного отопления, которые не требуют нагрева теплоносителя выше 40-45ºC.

Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогреть дом площадью до 100 кв. м. м и дают гарантированную мощность 5 кВт. Необходимо понимать, что фреон нельзя заливать в здания, созданные в бытовых условиях, с достаточной массой, поэтому необходимо рассчитывать на то, что его температура кипения достигнет -22ºC.

Самодельные установки идеально подходят для обеспечения теплом гаражей, зимних садов, хозяйственных построек, небольших частных бассейнов и т.д. Система часто используется в качестве дополнительного отопления.

В любом случае, для отопительного сезона необходим электрический котел или другое традиционное оборудование. Рекомендуется отключать тепловой насос в периоды сильных морозов (-15-30 градусов), чтобы избежать напрасной траты энергии, так как в этот период КПД не превышает 10%.

Тепловой насос для подогрева плавательного бассейна
Тепловой насос обеспечивает достаточное количество энергии для нагрева воды в частном крытом бассейне (+).

Принцип действия системы

Рабочей средой в конструкции является воздух. Кислород поступает в испаритель через воздуховоды и проходит через наружный блок, где взаимодействует с хладагентом.

Фреон становится газообразным под воздействием температуры (так как он закипает при -55 градусах) и поступает в компрессор под давлением в виде тепла. Устройство сжимает газ и тем самым повышает его температуру.

Горячий фреон поступает в контур бака (конденсатор), где он отдает тепло воде, которое затем может быть использовано для организации отопления и ГВС. В конденсаторе фреон лишь частично лишается тепла и остается в газообразном состоянии.

Через дроссельный клапан хладагент распыляется, что приводит к снижению его температуры. Фреон становится жидким и поступает в испаритель. Цикл повторяется.

Схема простого теплового насоса воздух-вода
На рисунке схематично изображен принцип работы первичного теплового насоса, который разделен на два контура — контур высокого давления и контур низкого давления.

Если вы хотите самостоятельно построить тепловой насос из бросовых материалов и старой техники (например, старого холодильника), вам будет полезна информация, содержащаяся в наших рекомендуемых статьях.

Сооружение теплового насоса воздух-вода

Система теплового насоса состоит из четырех основных элементов.

  • Наружный блок.
  • Теплообменник-бак-испаритель.
  • Компрессорная установка.
  • Накопительный бак (конденсатор).

Давайте рассмотрим конструктивные особенности каждого устройства.

Сборка наружного блока

Для строительства наружного блока вам понадобятся.

  • Жилье. Традиционно подходят блоки от сплит-систем, стиральных машин или другой крупной техники, иногда он собирается самостоятельно путем сварки металлических элементов. Вентилятор устанавливается на полу дома и должен быть покрыт порошковой краской для предотвращения коррозии.
  • Фанаты. Это изделие можно позаимствовать из старой работающей системы кондиционирования или приобрести отдельно.

Модель вентилятора должна иметь широкие пластиковые лопасти и желательно съемный мотор, чтобы его можно было подключить к датчику.

Наружный блок теплового насоса свежего воздуха/воды
Для сборки наружного блока вам понадобятся корпус и вентилятор для системы кондиционирования воздуха. Приблизительные размеры устройства составляют 75x85x30 см.

Испаритель и вспомогательные элементы для работы агрегата могут быть установлены в наружном блоке, но практичнее разместить эти компоненты в отдельном корпусе.

Наружный блок должен быть расположен на расстоянии от 2 до 10 метров от дома. Важно построить фундамент и возвести крышу, чтобы защитить устройство от осадков. Также необходимо закрепить решетку перед вентилятором, чтобы предотвратить попадание пыли, мусора и листьев на лопасти вентилятора и в воздуховоды.

Также рекомендуется установить обогреватели для защиты боковых сторон и панелей от обледенения. Это исключает необходимость дополнительного нагрева корпуса. Место, где будет установлен прибор, должно хорошо проветриваться и находиться вдали от открытых источников пламени.

Блок с теплообменником-испарителем

Змеевики испарителя можно приобрести в готовом виде у онлайн-поставщиков или изготовить самостоятельно. Вам понадобится бак объемом 80 литров и медная проволока диаметром 10 мм и толщиной не менее 1 мм.

Длина рассчитывается индивидуально в зависимости от требуемой мощности. Для устройства мощностью 5 кВт можно использовать 10 метров. Испаритель нагревает и циркулирует фреон, вступая в контакт с воздухом.

Для создания теплообменника необходимо соорудить змеевик. Для этого вокруг толстостенной трубы диаметром, не превышающим ширину резервуара, наматывается проволока. Важно, чтобы вырез выступал за пределы высоты тела. Они понадобятся для подключения змеевика к другим элементам системы — компрессору и резервуару.

Как сделать теплообменник для теплового насоса
Чтобы создать катушку, намотайте медную трубку с толщиной стенки около 1 мм вокруг газового баллона, трубы или пластиковой бутылки, наполненной водой.

Вырежьте 2 трубных соединения в корпусе и установите 2 выхода для проводов. Загерметизируйте эти соединения. Закрепите сборные детали на испарителе с помощью L-образных кронштейнов.

Рекомендуется установить дополнительное реле оттайки на испарителе, так как циркуляция воздуха будет происходить в баке при отрицательной температуре. В этом случае скопившийся в системе конденсат может привести к замерзанию испарителя. В качестве альтернативы в систему может быть включен фильтр-осушитель, чтобы избежать накопления влаги.

Правила установки компрессора

При установке компрессора необходим отдельный акустический и виброзащищенный корпус, так как почти все модификации агрегата создают шум во время работы. Компрессоры можно получить из подержанных источников, например, от холодильников или кондиционеров, или купить новый компрессор.

Для тепловых насосов подходят следующие типы компрессоров.

  1. Роторные компрессоры самые дешевые, но имеют некоторые недостатки — они шумные, неэффективные и имеют срок службы 8-10 лет.
  2. Ввинчивающиеся типы устанавливаются во всех современных моделях кондиционеров и холодильников. Они долговечны (15-20 лет), бесшумны и эффективны, но отличаются высокой стоимостью.
  3. Поршневые модели в основном устанавливаются в промышленных холодильниках. Продукция имеет хороший коэффициент полезного действия и долговечна (15-20 лет), но чрезвычайно шумная и дорогая.

Для тепловых насосов необходимо выбирать однофазный модифицированный компрессор. Важно знать, какой тип фреона используется в устройстве, прежде чем покупать его. Лучше всего приобрести модель, которая работает на R22 и лучше на R422. Использование этого типа хладагента проще, чем использование любого другого типа фреона.

Компрессор соединен с испарителем и конденсатором с помощью трубопроводов. Это устройство позволяет фреону повышать свою температуру.

Конструирование накопительной емкости (конденсатора)

Для изготовления конденсатора вам понадобится корпус от 100-литрового бойлера или любой другой емкости из нержавеющей стали такого же объема. Также необходим змеевик из медной трубки. Насос мощностью 5 кВт может обеспечить 12 метров провода. Горячий фреон будет проходить через трубку змеевика и таким образом нагревать воду.

Шаг №1: Создание змеевика

Для изготовления катушки вам понадобится медная проволока с минимальным диаметром 26 мм и толщиной стенки 1 мм. Он наматывается на трубу, сечение которой меньше, чем у резервуара с водой.

Высота катушки должна соответствовать высоте тела. Важно оставить трубку вне резервуара с водой, чтобы ее можно было подсоединить к змеевику испарителя и компрессору.

Шаг №2: Подготовка корпуса

Для установки змеевика необходимо вскрыть резервуар для воды. Сверху и снизу необходимо вырезать отверстия для вывода медных проводов, а также вырезать дополнительные отсеки для размещения 2 отводов для воды, одного для выходящей и одного для входящей воды. После выполнения этих процедур резервуар необходимо герметизировать.

Теплообменник-компрессор можно приобрести отдельно в виде сборного блока. Использование агрегата заводской сборки повышает производительность и эффективность устройства.

Принципиальная схема установки теплового насоса воздух-вода
Согласно Монреальским правилам, хладагенты с маркировкой R22 должны быть постепенно выведены из употребления к 2030 году. Для заправки системы предпочтительно использовать альтернативный хладагент R422

Соединение внешнего блока с испарителем

Для соединения наружного блока и испарителя требуются 2 полиэтиленовые трубы HDPE 32. Воздух будет проходить через одну трубу и выходить из другой.

Трубы можно закопать в траншею с любым песчаным материалом или оставить в земле, если наружный блок находится близко к дому.

Соединение испарителя, компрессора и бака

В этой системе фреон перерабатывается. Чтобы подключить катушку к компрессору и дросселю, следует вызвать на помощь специалиста по холодильному оборудованию. Человеку без опыта сварочных работ будет сложно правильно соединить все элементы в систему, чтобы устройство работало, даже при наличии инструментов и материалов.

Кроме того, необходимо большое количество дополнительных материалов — трубы разных диаметров, различные типы дренажных клапанов, клапаны для травления воздуха, предохранительные клапаны, а также трубные хомуты, зажимы и труборезы для резки участков трубы.

Вам также понадобится другое специализированное оборудование, которое можно приобрести в любой мастерской по ремонту холодильного оборудования и кондиционеров.

Высококачественные инъекции фреона также осуществляются с помощью специального оборудования. Поэтому проще и экономичнее поручить специалисту объединить теплообменник, компрессор и дроссель в одну рабочую систему.

Внедрение систем управления установкой

Для контроля давления и температуры фреона из-под любого кондиционера можно использовать индикаторное табло. С помощью инженера по сварке конструкция может быть правильно интегрирована в установку.

Также можно подключить специальное устройство — датчик вращения вентилятора. Он регулирует скорость вращения лопастей, а также автоматически регулирует скорость насоса циркуляции фреона.

Дополнительно можно установить таймер, электрический стартер, устройство для защиты компрессора от перегрева. Все эти компоненты можно приобрести в ремонтных мастерских или на рынке запасных частей.

Расчет мощности теплового насоса воздух-вода

Потребуется тепловой насос с теплопроизводительностью более 100 м2. Вы можете использовать таблицу для приблизительного расчета необходимой мощности системы.

Как рассчитать воздух-вода для теплового насоса
Таблица может быть использована для расчета площади теплообменника для конкретной мощности теплового насоса.

Чтобы определить мощность компрессора, диаметр труб и другие важные данные при проектировании теплового насоса воздух-вода, необходимо обратиться к одному из этих методов.

  • Используйте онлайн-калькулятор, доступный на сайте производителя теплообменника.
  • Примените программное обеспечение CoolPack 1.46, Copeland.
  • Пригласите эксперта для проведения необходимых измерений и расчетов.

Площадь змеевика конденсатора (CCZ) можно рассчитать по формуле.

RCC = M/0.8 DT.

Где M — единичная мощность в кВт, 0,8 — коэффициент теплопередачи на контакте между водой и медью, а DT — разница температур между входом и выходом воздуха в системе.

Указанные выше параметры для тепловых насосов подходят для помещений площадью до 100 м2. Установленная мощность — 5 кВт. Если приобрести специальные теплообменники, то вполне возможно увеличить мощность установки до 10-15 кВт.

Проектирование теплового насоса
На схеме показана система, в которой теплообменник, компрессор и дроссель объединены в одном баке. Использование теплообменника установки в здании (+)

Обслуживание самодельной установки

Тепловые насосы требуют дополнительного обслуживания для правильной работы. Если устройство используется зимой (учитывая, что корпус не оснащен дополнительным обогревом), его придется регулярно подогревать, так как на его поверхности образуется ледяная корка.

Также необходимо делать это регулярно.

  • Очистите лопасти вентилятора от мусора, например, листьев, пыли, грязи, снега и т.д.
  • Смажьте компрессор в соответствии с руководством по эксплуатации компрессора.
  • Замените масло в компрессоре и вентиляторе.

Кроме того, необходимо регулярно проверять целостность медных труб, силовых кабелей, питающих компрессор, вентилятор и другое оборудование для правильной работы системы.

Оцените статью
Блог о промышленном оборудовании