Котел с каким теплообменником, чугунным или медным, выбрать? Медные теплообменники для водогрейных котлов Медь или латунь в теплообменнике с бойлерной

Теплообменник для газового котла: виды и принцип работы

Теплообменник для газового котла отопления — это конструкция первой важности, внутри которой движется теплоноситель . Приспособление ставится внутри камеры сгорания, где и происходит нагрев исходящим потоком теплоэнергии, когда сжигается природный газ. Поэтому эффективность работы котла во многом зависит от состояния установленного в нём теплообменника.

Современный стальной теплообменник для газового котла

Теплообменники для газового котла. Классификация

Существуют различные классификации теплообменников для газового котла.

Согласно назначения:

• нагревательные;
• испарительные;
• конденсирующие;
• охлаждающие теплообменники.

По материалу изготовления:

• стальные;
• чугунные;
• медные;
• из нержавейки (для котельного оборудования);
• из сплавов алюминия (для котельного материала).

По способу передачи тепла жидкости теплообменников:

• первичные;
• вторичные;
• совмещённые (битермические).

Рассмотрим некоторые классификации подробнее.

Стальной

Является самым распространённым вариантом. Это обусловлено доступностью стали и её лёгкой обработкой, и, как следствие, низкой себестоимостью. Теплообменники из стали имеют свои отличия. Они характеризуются пластичностью и долговечностью. При контакте с высокой температурой, пластичность играет первостепенную роль. Именно она не позволяет образовываться трещинам, когда внутри металла в месте прямого действия создаются тепловые напряжения.

К минусам стальных теплообменников можно отнести коррозию, которая неизбежна для металлов. Естественно, этот процесс разрушения сокращает срок службы теплообменника. К тому же коррозия может проявляться и на внешней стороне устройства, и на внутренней.

Еще один их недостаток в том, что они имеют большой размер, вес и это, ко всему, увеличивает расход топлива на нагрев большого количества теплоносителя . Это происходит потому, что производители (чтобы достичь высокой степени инертности ) увеличивают размеры внутренних полостей теплообменника, а также толщину его стенки.

Чугунный

Отличие газового котла с чугунным теплообменником от стального в том, что он при контакте с водой не подвергается ржавлению. Это позволяет ему продлить срок службы. Однако теплообменники из чугуна требуют тщательного ухода.

Пример чугунного теплообменника

Одно из свойств этого металла – хрупкость. Из-за накипи может происходить неравномерный прогрев, что приводит к трещинам в нём.

Выход – промывка. Это важный элемент эксплуатации газового котла. Обычно, если используется проточная вода (в качестве теплоносителя), то промывку производят один раз в год. Если антифриз , то раз в два года. Если же вода очищенная, то один раз в четыре года.

Медный

Достоинств у теплообменника из меди больше, чем недостатков. Этот металл имеет небольшой вес, он компактен, обладает небольшой вместительностью. Он не поддаётся процессу коррозии и требует меньше топлива для нагрева. Это предоставляет медному теплообменнику большое преимущество. Несмотря на всё это, он имеет высокую цену и достаточно ненадёжен при нагреве элемента.

Теплообменники из меди свойственны для настенных газовых котлов импортного производства. Отечественные же производители предпочитают использовать теплообменники из стали.

Теплообменник из меди

Первичный

Деталь имеет вид большой трубы, изогнутой в форме змеевика. Изготавливается она из металлов, не поддающихся ржавчине (меди, нержавеющей стали). К тому же в плоскости находятся и различного размера пластины.

Чтобы защитить рабочие поверхности от коррозии, их покрывают специальной краской.

Устройство газового котла

Принцип работы теплообменника в данном случае заключается в передаче энергии от газа к самому теплоносителю . Мощность теплообменника зависит от длины трубы, а также от количества «рёбер».

На работу детали негативно могут повлиять как внешние факторы (копоть, грязь), так и внутренние (отложение солей). Это может привести к сбою в процессах циркуляции в носителе тепла и уменьшению теплопроводности стен устройства.

Техобслуживанию первичного теплообменника нужно уделять должное внимание, вовремя проводить промывку и очистку.

Не помешает дополнительно приобрести для него , которые увеличивают срок службы газового котла и защищают теплообменник от негативных воздействий и различных накоплений.

Вторичный или горячего водоснабжения (ГВС)

В отличие от первичного теплообменника, во вторичном наличествуют специальные пластины, соединённые друг с другом. Производятся они обычно из нержавеющей стали.

Вторичный теплообменник для газового котла благодаря большому участку для теплообмена и своей хорошей теплопроводности обеспечивает нужный теплообмен . Как следствие, процесс появления коррозии на стенках такого теплообменника значительно замедляется. В таком типе теплообменника передача энергии происходит от жидкости к теплоносителю. Сила устройства напрямую зависит от площади теплообмена и количества специальных пластин.

Совмещённый (битермический)

Битермический теплообменник газового котла

В таком теплообменнике своя особенность – двойной обмен тепла, а именно от теплоносителя к воде и от газа к теплоносителю. В трубе извне подогревается вода для системы отопления, в то время как внутренний отдел готовит воду ГВС .

Совмещённые теплообменники для котлов имеют одно несомненное преимущество — упрощённая конструкция. Здесь нет потребности во вторичном теплообменнике и , что делает котёл дешёвым и в то же время компактным и надёжным.

Недостатком является низкая мощность в режиме ГВС.

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?

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.

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.

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.