Важнейшим конструкционным элементом отопительных котлов являются теплообменники. Экономические и экологические характеристики теплогенераторов во многом определяются геометрическими параметрами и материалом, из которого изготовлены теплообменники.

Один из видов теплообменных аппаратов изготавливается из меди. Их положительными качествами являются: небольшой вес, стойкость к коррозии, компактность. На рынке теплогенераторов представлен целый ряд моделей с медными теплообменниками.

Frisquet (Франция) – надёжное и долговечное отопительное оборудование

Высокие теплотехнические характеристики агрегатов Frisquet во многом объясняются использованием жаротрубного теплообменника, изготовленного из меди. Этот благородный материал обладает наивысшим коэффициентом теплопроводности и теплопередачи, а также прекрасными антикоррозионными характеристиками.

Отопительное оборудование Frisquet оснащено трубчатым теплообменником, изготовленным по технологии, которая применяется в промышленных теплогенераторах. Использование этой технологии обеспечивает высокую производительность, простоту эксплуатации и долговечность теплообменников и самих агрегатов. Увеличение поверхности теплообмена достигается наличием встроенных дымогарных трубок. По каждой трубке передаётся отходящий газ, а внешняя поверхность трубок соприкасается с водой.

Такая конструкция обеспечивает возможность работы при низких температурах воды. В каждой из трубок находится турбулизатор, изготовленный из нержавеющей стали, легированной титаном. Турбулизатор обеспечивает распределение и охлаждение отходящих газов.

Агрегаты этой фирмы имеют срок эксплуатации, который примерно в два раза выше, чем срок службы котлов с оребрением. Такой эффект достигается с помощью простой и надёжной технологии изготовления теплообменника и использованию меди.

Примерная стоимость отопительных установок Frisquet мощностью 23 кВт составляет почти три тысячи долларов.

Модели отопительных агрегатов с медными теплообменниками

Высокоэффективные теплообменники из меди используют в газовых отопительных агрегатах BAXI COPPER и итальянских моделях Hermann Habitat.

Модульные российского производства «СТГ-Классик» и «СТГ-премьер» оснащены современными биметаллическими медно-чугунными теплообменниками. Теплообменный аппарат представляет собой конструкцию с медными оребрёнными трубами, соединёнными двумя кольцевыми коллекторами из чугуна. Такое устройство теплообменника обеспечивает хорошую передачу теплоты от сгорания топлива к воде, циркулирующей по трубам.

Это оборудование является идеальным вариантом для котельных, которые устраиваются на крыше домостроения.

Предлагается великое множество моделей отопительных агрегатов. Несмотря на такое разнообразие, конструктивно их можно разделить по виду камеры сгорания и материалу, из которого изготовлен теплообменник .

Существуют два основных вида камеры сгорания

Открытая камера сгорания - плюсы и минусы

Котлы с такой камерой знакомы практически всем. Воздух поступает в топку через специальные воздухозаборные отверстия в отопительном котлоагрегате, благодаря возникающей в нем при горении области разрежения. Теплообменник в такой камере, как правило, установлен над факелом.

К преимуществам котла с открытой камерой относят:

• малый уровень шума при работе
• достаточно, простая конструкция,
• простая установка
• несложное техническое обслуживание.

К недостаткам можно отнести:

• опасность возникновения пожара из-за наличия открытого огня,
• необходимость обязательной приточной вентиляции в месте, где теплогенерирующее устройство установлено.

Закрытая камера сгорания - плюсы и минусы

В таком виде отопительных котлов воздух подается принудительно с помощью специального электрического вентилятора. Сама топка напоминает бочонок с двойными стенками, между которыми находится теплоноситель, а в центре горит факел.

К преимуществам котла с закрытой камерой относят :

• Более высокий показатель КПД, что объясняется большим объемом теплообменника.

Также, по причине того что камера сгорания изолирована (закрыта) от помещения, где установлен такой котельный агрегат, то вероятность пожара равна нулю .

• Воздух в закрытую топку может поступать и прямо с улицы, но в случае сильных морозов его необходимо предварительно прогревать.

К недостаткам можно отнести

• Повышенная шумность
• большие затраты из-за работы вентилятора,
• возможность затухания теплового котла в случае отсутствия электричества,
• большая цена по сравнению с котлами атмосферного (открытого) вида.

Конструкция современных бытовых котлов

Конструкции современных бытовых котлов, предназначенных для автономного отопления устроены так, что большую их часть (до 85,0%) составляют поверхности теплообменника, который является его главным узлом. От того, какую форму он имеет, и какой материал был использован для его изготовления, прямо зависят такие показатели отопительного агрегата, как КПД, экономичность и экологическая чистота.

В настоящее время основными материалами, из которых изготавливаются теплообменники, являются -

• сталь
• чугун
• медь

Хотя уже стали появляться модели котельного оборудования, имеющие в своей конструкции теплообменники из алюминиевых сплавов и нержавеющей стали, рассматривать их не будем по причине единичности случаев.

Стальные теплообменники

Самыми простыми с точки зрения технологии изготовления являются отопительные агрегаты со стальными теплообменниками . Именно этот тип наиболее распространен среди отопительных устройств отечественного производства.

Позитивные стороны теплообменников из стали - это

• невысокая и доступная стоимость котлоустановок,
• а так же пластичные характеристики материала.

Последний показатель весьма важен для качественной и продолжительной работы отопительного прибора, так как при нагревании под действием огня горелки , стенки теплообменника подвергаются различным напряжениям, который могут привести к их деформации и даже образованию трещин.

Существенный недостаток стальных теплообменников - это губительное действие коррозии. При этом ей подвержена, как наружная, так и внутренняя его часть, приводящая со временем к его выходу из строя. Также отрицательным фактором использования стали для теплообменника является его сравнительно большой вес и объём, на нагрев чего будет расходоваться определенная часть газа , вследствие чего снижается КПД котла.

Чугунные теплообменники

В отличие от стального аналога чугунный теплообменник обладает высокой стойкостью к воздействию коррозии и большим сроком службы. Но с другой стороны чугун более требователен, как в процессе изготовления отопительного котла, так и при его эксплуатации. Например, если чугунный теплообменник будет неравномерно нагреваться (из-за накипи образовавшейся внутри его, по причине некачественной воды), то это приведет к образованию трещин и протеканию.

Также имеется возможность появления трещин в том случае, когда температура в зоне нагревания сильно отличается от показаний теплоносителя поступающего с обратного направления отопительной системы. Для избегания такой ситуации, схему отопления чугунного котла включают 4-х ходовой смесительный клапан, посредством которого добавляется горячая вода перед входом обратной линии в теплообменник. При соблюдении всех правил эксплуатации отопительное оборудование с чугунным теплообменником прослужит 20 и более лет.

В качестве минусы теплообменников из чугуна можно выделить основные - это высокая стоимость, образование трещин по причине некачественного теплоносителя и несоблюдения правил эксплуатации, большая инерционность из-за значительного объема и массы.

Медные теплообменники

Последним основным видом теплообменников является изделие из меди. Самые главные преимущества такого теплообменника - малый объём и масса (как следствие низкий показатель инерционности), высокая коррозионная стойкость, компактность конструкции котла. И хотя считали, теплообменник из меди недостаточно надёжен, но это уже не соответствует действительности, благодаря применению при его изготовлении современных технологий и оборудования.

Это недоверие проявилось из-за того, что медные теплообменники устанавливали в те же камеры сгорания, что и чугунные и стальные изделия. А так как такой интенсивный нагрев для меди был неприемлем, то теплообменники из нее быстро выходили из строя. Современные модели отопительных котлов с медными теплообменниками имеют уменьшенную почти втрое (до 30,0%) мощность пламени горелки. Поэтому при одинаковых показателях по мощности медные котлы считаются более экономичными, а по сроку эксплуатации почти равны чугунным моделям.

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.

Газовый теплообменник - основной узел газового котла, но при этом чаще всего именно он первым выходит из строя в силу постоянных агрессивных нагрузок, которым подвергается при эксплуатации. В качестве ключевого элемента бойлера теплообменник обеспечивает передачу тепла от греющей субстанции нагреваемому носителю. Насколько агрессивны нагрузки, возникающие на него, оцените сами:

• Снаружи змеевик нагревается до высоких температур в результате сгорания газа. Нередко теплообменное оборудование выходит из строя именно из-за «прогорания».
• Изнутри на его стенки воздействует горячая вода, температура которой поднимается до 90 °C. В результате на них оседает накипь, диаметр труб сужается, ухудшаются эксплуатационные характеристики котла.
• Резкие температурные перепады также не проходят бесследно, нередко приводя к появлению трещин в металле.

Учитывая это, нужно выбирать бойлер, газовый теплообменник которого способен длительное время переносить такие нагрузки без разрушения. Рынок газового оборудования предлагает различные котлы широкого диапазона стоимости, но это не тот случай, когда низкая цена или эффектный дизайн должны стать факторами, предопределяющими выбор. Гораздо важнее, например, обратить внимание на вес котла. Тяжелые бойлеры служат намного дольше более легких моделей. Все очень просто - основной вес отопительного агрегата - свыше 90% - приходится на рекуператор, и чем бойлер тяжелее, тем толще стенки змеевика и тем дольше он проработает в системе отопления без ремонта. Не стоит выбирать и самый недорогие модели - велика вероятность того, что они в скором времени потребуют очистки труб для удаления со стен известковых отложений, а также замены отдельных комплектующих.

Газовые котлы с теплообменником имеют немало преимуществ: они экономичны, эффективны, комфортны в эксплуатации. Но в то же время использование газа в качестве топлива несет в себе определенные риски, и чтобы их минимизировать, надо грамотно выбрать все элементы системы отопления и качественно осуществить их монтаж.

Типы теплообменников для котла

Производители предлагают различное теплообменное оборудование, которое по способу теплопередачи делится на три типа:

Если вы хотите, чтобы купленный бойлер служил долго и эффективно, целесообразно перед его покупкой провести химический анализ воды, которую вы будете использовать в системе отопления дома, и выбирать модель, исходя из его результатов.

По материалу изготовления газовые рекуператоры бывают стальным, чугунным либо медным.

Стальной теплообменник

Широко распространенный вариант благодаря простоте изготовления и доступной цене. Теплообменники из стальных сплавов пластичны, достаточно прочны и устойчивы к механическим нагрузкам. При этом срок службы их невелик из-за часто возникающих коррозийных процессов, а эксплуатация требует повышенного расхода топлива для нагрева теплоносителя и поддержания штатного температурного режима.

Чугунный теплообменник

Не подвержен коррозии, следовательно, более долговечен, чем стальной. Требует особого внимания к условиям эксплуатации. Самое уязвимое место - граница между горячей и теплой частями рекуператора. Эксплуатационные ошибки повышают риск появления трещин в металле на этом участке. Чтобы такого не допустить, следует регулярно проводить промывку газового теплообменника. Минимизировать риски поможет и установка на обратке вблизи теплообменного узла трехходового крана-смесителя, предварительно смешивающего горячую и уже остывшую воду и подающего в полость жидкость умеренной температуры. Следует помнить, что котлы зарубежных производителей с рекуператорами из чугуна не адаптированы к российским условиям эксплуатации, поэтому очень уязвимы.

Медный теплообменник

К его достоинствам можно отнести малый удельный вес и небольшую вместительность устройства, компактность, устойчивость к коррозии, низкий расход топлива для нагрева до рабочей температуры. Основные минусы такого теплообменного оборудования - высокая стоимость и недостаточная надежность.

Промывка теплообменника продлит срок службы котла

Даже правильно выбранный котел может прослужить долго или не очень, в зависимости от того, каковы условия эксплуатации. Сегодня не приходится говорить о высоком качестве используемых в отопительных системах теплоносителях, поэтому продлить срок службы котла и газового теплообменника поможет своевременная и регулярная их очистка.

Промывка котла может осуществляться вручную, а также гидравлическим и химическим способами. В первом случае отложения удаляются при помощи скребков после вскрытия котла. Гидравлическая промывка осуществляется при помощи насоса, подающего в отопительный агрегат водопроводную воду под давлением, которая отслаивает отложения и при помощи шланга сбрасывается в систему канализации. При третьем варианте промывка осуществляется при помощи химических реагентов, размягчающих и разлагающих осадок на поверхностях пластинчатого теплообменника.

Теплообменник – это один из элементов устройств, где происходят тепловые процессы по передаче энергии от нагретого тела к холодному. Все современные тепловые машины – от домашней системы отопления до атомного ректора, который, по сути, является тем же котлом, оснащены такими теплопередающими деталями. Только выполняются они из разных материалов и имеют сложные системы управления, безопасности.

Назначение, виды металлических теплообменников

Конструкция и производительность устройств нагрева зависят от назначения, принципа действия, материала теплообменника. Например, невозможно создать компактное изделие из чугуна для парапетного или настенного обогревателя. Поскольку углеродистая сталь или чугун имеют значительную плотность, а значит и массу. Старые чугунные котлы ушли в прошлое. Сегодня популярны малогабаритные отопительные конструкции с легкими деталями и более высоким уровнем передачи энергии. К ним относятся газовые настенные котлы с медным теплообменником.

При производстве термодинамической конструкции используются такие материалы, как:
медь;
сталь разных марок;
чугун;
алюминий;
силумин.

В современных бытовых отопительных котлах большую часть его поверхности занимает теплообменный агрегат. От конструкции и вида материала зависят экономические и экологические параметры котла.

В зависимости от назначения по таким типам, как подогревающие, охлаждающие, конденсирующие, испаряющие. По принципу действия блоки бывают регенеративные, рекуперативные и смесительные. Первые два вида имеют общее название «тепловые поверхностные аппараты». Одни из примеров таких агрегатов – радиаторы в автомобилях. Их назначение – участие в работе системы охлаждения двигателя. Нагретая вода контактирует с воздухом через стенки медно-алюминиевых теплообменников.

В смесительных (контактных) машинах два рабочих потока (горячий и холодный) смешиваются друг с другом. Подобный процесс наблюдается в струйных конденсаторах, где распыляемая жидкость использует энергию конденсации. Они проще в изготовлении и характеризуются повышенной теплоемкостью. Но сфера применения ограничена.

Какие теплообменники лучше – медные или алюминиевые?

В отопительном оборудовании все чаще используется материал будущего – сплав алюминия и кремния. Схожая эвтектическая структура позволила соединить два разнородных вещества – металл и минерал. Получился материал, обладающий отличными свойствами литья. Теплообменники без сварочных швов и сложной формы увеличивают поверхность обмена энергией. Задача создания таких конструкций состоит в оптимизации теплопередачи при минимальных габаритах передающего тепло агрегата.

Читайте также: Канализационный насос: устройство, виды, принцип работы, критерии выбора, этапы монтажа

Теплообменник из сплава алюминия и кремния отличается хорошей антикоррозионной устойчивостью. Отсутствие сварных швов, сгибов придает изделию высокую прочность. Еще одно достоинство – оптимальное механическое сопротивление обратному низкотемпературному потоку теплоносителя. Теперь металлу не опасен большой температурный градиент подающего и обратного контура.

Тепловые аппараты из стальных и медных сплавов

Поскольку серийное производство бытовых приборов сосредоточено на изготовлении теплообменников из черного металла, то газовые котлы с медным теплообменником считаются престижным товаром. Медь обладает высокими теплопередающими характеристиками. Поэтому для обогрева большого дома можно использовать небольшие котлы с незначительным количеством теплоносителя. В итоге аппараты получаются очень компактными.

Важно! Нередко покупатели интересуются, какой выбрать теплообменник – стальной или медный. Исходить нужно из физико-химических свойств черного и цветного металлов. Удельная теплоемкость меди ниже, чем стали.

То есть для нагрева равного количества вещества, меди нужно передать меньше теплоты, чем стали. Соответственно инерция отопительной системы, где стоит стальной теплопередающий агрегат больше. Автоматика котла, работающая с медным теплопередающим блоком, быстрее реагирует на повышение температуры теплоносителя. В итоге это приводит к экономии топлива. Еще большая реакция системы отопления на нагрев происходит при работе насоса. Кроме этого, он обеспечивает улучшение циркуляции даже при нарушенных уклонах труб и предотвращает закипание воды.

Сравнивая медные теплообменники для котлов со стальными, можно сказать, что последние более пластичны. Этот фактор важен, поскольку происходит постоянный процесс взаимодействия с открытым огнем. Вследствие этого развиваются тепловые напряжения металла и появляются трещины. Сталь более прочна в этом отношении и выдерживает большое количество циклов: нагрев – остывание.

Заметка! К недостаткам стали, кроме инерционности, повышенной удельной теплоемкости, относят:
подверженность коррозии;
увеличенный объем поверхности калорифера;
большое количество теплоносителя;
значительную массу отопительных приборов.

Читайте также: Акриловые ванны: особенности, преимущества и недостатки

Стальные газовые котлы по массе составляют от 70 кг и выше. Чем больше мощность, тем значительнее габариты. Очень важным параметром котла является толщина металлической стенки.

Изготовление медных теплообменников по сравнению со стальными выгодно даже с точки зрения их обслуживания. Коэффициента шероховатости у меди меньше, чем у стали в 130 раз. Благодаря этому гидродинамическое сопротивление медных изделий при движении по ним жидкости снижает степень загрязнения и образования накипи.

Важно! Сегодня производители экономят на металле и уменьшают толщину до предела. Это увеличивает вероятность быстрого прогорания. Поэтому при покупке необходимо ориентироваться на толщину стенок калорифера не менее 3 мм.

Газовая колонка с медным теплообменником

Газовая колонка имеет в своем составе теплообменник, вода в котором нагревается горелкой. Медь с высоким коэффициентом теплоотдачи быстро передает тепло воде, которая расходуется на принятие ванны. Медные изделия работают тем лучше, чем меньше в сплаве разных примесей. При их наличии стенки емкости нагреваются неравномерно, что вызывает их быстрое прогорание. Иногда, чтобы понизить цену медного теплообменника, уменьшают толщину стенок и диаметр трубок. Масса пустого аппарата составляет до 3,5 кг.

Теплообменный блок изготавливается в виде трубки. В нижней части она имеет форму змейки с ребрами. Вокруг устанавливается металлический лист, а поверх его спиральная труба. Кроме меди, применяют оцинкованную и нержавеющую сталь. Какой теплообменник лучше, медный или из нержавейки, говорит сам факт стоимости аппарата. Медь дороже стального сплава в 20 раз. Но она лучше передает тепло и в эксплуатации экономнее. Нержавеющая сталь долговечнее.

Важно! Прежде чем купить газовую колонку с медным телообменником, следует изучить её технические параметры. Хорошая вещь не будет стоить дешево. Медь при контакте с водой сильно окисляется. Особенно этот процесс наблюдается в месте подачи холодной воды. Там образуется конденсат. Повышенная влажность разъедает стенку трубки, и появляются свищи. На тонких стенках они образуются быстро. Качественные товары отслужат положенный срок.

Очистка медного теплообменника

В результате многолетней работы по нагреванию теплоносителя, на поверхности образуются наслоения. Они ухудшают характеристики котла. Если их долго игнорировать, то агрегат может выйти из строя. Для устранения кальция и прочих неорганических веществ проводится промывка медных теплообменников специальными химреагентами или подачей в полости воздуха под большим давлением.