Медный теплообменник: преимущества, особенности очистки и ремонта

СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ТЕПЛООБМЕННИКОВ: ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

В процессе эксплуатации теплообменники накапливают на своих внутренних поверхностях различные отложения, образующие через некоторое время слои накипи. Эта накипь значительно снижает эффективность теплообменных процессов. Теплообменные аппараты нуждаются в промывке.

Для продления срока эксплуатации систем водоснабжения и отопления и повышения качества их использования необходимо проводить комплексную промывку теплообменников, отопительных систем, котлов, кипятильников, баков водоснабжения от накипи, осадков и грязи. Промывку теплообменников необходимо проводить не менее раза в 2-4 года эксплуатации. Иначе теплотехнические системы не будут работать с полной отдачей. Например, отложения в радиаторах отопления снижают поступление тепла в квартиры, а засоры в системе водоснабжения ухудшают качество воды и приводят к частым поломкам и авариям.

Сегодня существует много способов для очистки теплообменных аппаратов. У каждого из этих способов свои достоинства и недостатки. Методы очистки теплообменников можно разделить на разборные и неразборные. Неразборный метод предусматривает промывку с использованием химических реагентов. Разборный подразумевает ручную очистку с помощью механических устройств или установок высокого давления.

Механическая чистка

При механической очистке разборка оборудования – обязательное условие. Накипь удаляется вручную с помощью механического инструмента: скребка, щетки и пр. Поскольку не все теплообменники имеют разборную конструкцию, этот способ очистки не применяется в сварных или паяных моделях. Механическую чистку часто совмещают с химической, используя специальные растворы химических веществ. Очищать теплообменники только вручную – очень трудоемкий процесс. Но даже при помощи химической очистки механический способ занимает много времени и требует больших временных затрат. Теплообменники нужно разобрать, очистить, поместить в специальный раствор, потом опять собрать.

Гидродинамическая очистка

Струя воды подается под высоким давлением, благодаря чему большая часть загрязнений разрушается и отслаивается. Для проведения гидродинамической очистки оборудование также придется разобрать (за исключением трубчатых конструкций, для которых это необязательно). Для проведения гидродинамической очистки требуется специальное оборудование. Именно поэтому данный способ, несмотря на свою высокую эффективность, большого распространения не получил. Оборудование для гидродинамической очистки очень дорогостоящее, поэтому его покупка зачастую оказывается нерентабельной.

Химический способ промывки теплообменников

Самый распространенный способ промывки теплообменников – химический. Накипь удаляется с поверхностей под воздействием химических реагентов. При химическом способе промывки, теплообменники можно не разбирать. К недостаткам химического способа можно отнести высокую вероятность загрязнения окружающей среды и большой вред человеческому организму в случае попадания химического раствора на кожу или слизистые оболочки.

Существует еще несколько способов очистки теплообменников: электрический, электромеханический, кавитационный, пневматический, объемное озонирование. Но эти способы применяются в единичных случаях и не имеют массового применения ввиду специфики их применения.

На большинстве объектов имеют место смешанные виды отложений. Долгое время не существовало универсального оборудования, которое позволяло бы проводить комплексную очистку на любых теплообменных аппаратах без их разбора. Сейчас есть современные технологии очистки, которые не занимают много времени, не требуют участия большого количества людей. Именно такая технология реализована в многофункциональной установке комплексной очистки УКО «БУЧА», зарегистрированный товарный знак BUCHA ® . Это оборудование разработано российской компанией «Р-техно», профессионально занимающейся разработкой и производством компактного оборудования для потребностей ЖКХ, стройиндустрии, РЖД, индивидуальных домохозяйств.

УКО «БУЧА» позволяет провести без демонтажа комплексную промывку от отложений, грязи и накипи в пластинчатых и трубчатых теплообменных аппаратах. Также УКО «БУЧА» прекрасно промывает системы отопления и водоснабжения, водоотведения, вентиляции и кондиционирования.

УКО «БУЧА» разработана для производственных предприятий, котельных, предприятий ЖКХ, обслуживающих организаций, индивидуальных домохозяйств, эксплуатируется в РЖД. Эффективность УКО «БУЧА» – в комплексном применении технохимического способа очистки. Механизм работы УКО «БУЧА» следующий: на фоне непрерывной циркуляции очищающего раствора или воды по замкнутому контуру с помощью гидродинамического активатора установка воздействует на отложения. Уникальная технология технохимической очистки позволяет регулировать величину импульса и подбирать оптимальный режим работы для каждого объекта. Благодаря комплексному физическому воздействию: гидравлическое, пневматическое с элементами барботирования и гидродинамической кавитации, реализуются известные и оригинальные технологии, включающие акустическое, ультразвуковое, гидродинамическое и химическое воздействия.

Установка для промывки БУЧА, позволяет размягчать накипь, отслаивать твердые отложения, взбучивать осадки, грязь и выносить из системы отопления без образования засоров. Одним из основных компонентов УКО «БУЧА» является гидродинамический активатор, выполненный на базе пневмоимпульсного генератора. Эффективность воздействия генератора импульсов обеспечивается не амплитудой импульса, а его крутыми фронтами, причем задний фронт создает область пониженного давления (возникает “эффект пылесоса”), благодаря чему отложения отрываются от очищаемых стенок объекта. Рабочее д авление импульса находится в диапазоне 4-10 бар и является абсолютно безопасным для теплообменных аппаратов за счет миллисекундного времени воздействия.

В УКО «БУЧА» реализована функция щадящего режима работы, актуальная для промывки ветхих отопительных систем, где невозможно использование агрессивной химии и промывки при высоким давлении.

Качественная промывка теплообменных аппаратов и систем водоснабжения увеличивает теплообменную поверхность, что повышает эффективность работы теплообменника до 40%, а также снижает риск локального сужения каналов и образования пробок. Помимо простоты и удобства эксплуатации, применение оборудования для промывки теплообменников и систем отопления УКО «БУЧА» дает ощутимый экономический эффект. Своевременная профилактика систем отопления повышает теплоотдачу до 25-40% и позволяет серьезно сэкономить на топливе. При этом значительно снижается риск выхода отопительной систем ы из строя в зимнее время года.

Металл металлу рознь: преимущества медных теплообменников

Одним из важнейших узлов любого отопительного котла является первичный теплообменник, в котором тепловая энергия от горячих продуктов сгорания топлива передаётся теплоносителю. Именно от характеристик этого компонента во многом зависят эксплуатационные характеристики оборудования: его КПД и экономичность, срок службы и стоимость. В условиях ожесточённой конкуренции между производителями все узлы бытовых котлов имеют тенденцию к упрощению конструкции и удешевлению. Вместе с тем существует стабильный спрос на газовые премиальные котлы с медным теплообменником. Почему потребители выбирают их, несмотря на высокую цену, и в чём преимущества меди как конструкционного материала?

Металл металлу рознь

Материал, из которого сделан теплообменник, является тем посредником, который передаёт тепловую энергию от продуктов сгорания теплоносителю. В процессе эксплуатации котла он в течение многих месяцев отопительного периода должен без снижения прочностных характеристик выдерживать высокие температуры (до 400–600 oС). Также материал теплообменника контактирует с двумя средами — раскалёнными дымовыми газами и теплоносителем (как правило, водой). Поэтому к материалу предъявляются весьма жёсткие требования, которым отвечает узкий перечень металлов и сплавов.

В настоящее время для изготовления бытовых газовых котлов применяются три материала: сталь, чугун и медь. У каждого из них есть свои сильные и слабые стороны.

Самый распространённый и бюджетный вариант — это стальные теплообменники. Сталь обладает редким сочетанием высокой пластичности и прочности даже при воздействии высоких температур и механических нагрузок. Эта характеристика материала теплообменника особо важна, когда он подвергается тепловому воздействию. В зоне высоких температур в металле образуются тепловые напряжения, и только пластичность не даёт появиться трещинам.

Но у стальных теплообменников есть и серьёзные недостатки: они подвержены коррозии, причём как со стороны дымогарных труб, так и со стороны теплоносителя. Чтобы увеличить срок службы, производители увеличивают толщину стенки теплообменника, что снижает КПД и повышает расход топлива.

Чугун гораздо медленнее стали подвергается коррозии при соприкосновении с химически активными средами. Но из-за сниженной пластичности при использовании этого металла предъявляются жёсткие требования к режимам эксплуатации газового оборудования. Резкие перепады температур могут вызвать появление трещин.

Так, например, для разных моделей с чугунным теплообменником разность температур теплоносителя в подающей и обратной линиях отопительного контура не может превышать 20–45 oС. Чтобы этого достичь, используют сложные системы подмеса горячего теплоносителя. Также это накладывает жёсткие ограничения на стабильность работы циркуляционного насоса.

Ещё один традиционный материал для теплообменников котельного оборудования — это медь. Она имеет уникальное сочетание физико-химических свойств, что делает её почти идеальным материалом для этих целей. Прежде всего медь выделяется исключительно высокой теплопроводностью — 385 Вт/м*К (выше только у серебра). Для сравнения: теплопроводность чугуна составляет 50–60 Вт/м*К, а стали — от 47 Вт/м*К и ниже (в зависимости от температуры и марки стали).

Также весьма ценна высокая устойчивость меди к коррозии. В процессе эксплуатации медного теплообменника на поверхности металла появляется тонкая, но плотная плёнка оксида, которая защищает нижележащие слои от коррозии.

Ещё одно важное свойство меди — очень низкий коэффициент шероховатости, который в 133 раза ниже, чем у стали. Это имеет два следствия: низкое гидродинамическое сопротивление медных труб и существенно меньшую скорость зарастания сажей и загрязнениями.

Среди недостатков этого металла выделяется один — высокая цена. Чистая медь до 15–20 раз дороже стальных сплавов, используемых для теплообменников, что автоматически относит котлы с применением большого количества меди к высокому ценовому сегменту.

Теплообменники с оребрением и их проблемы

Выбор материала для первичного теплообменника во многом определяет его конструкцию. В частности, низкую теплопроводность стали и чугуна разработчики отопительного оборудования компенсируют увеличением поверхности теплообмена. Именно эта идея легла в основу самых распространённых в бытовых котлах трубчатых теплообменников с оребрением. На изогнутой (S-образной) трубе вертикальными рядами установлено множество пластин. Такой теплообменник располагается в верхней части камеры сгорания. Через узкие просветы между пластинами снизу вверх проходят дымовые газы, отдавая энергию теплоносителю.

Помимо стали, для изготовления таких теплообменников изредка используют медь. В двухконтурных котлах некоторых производителей, до сих пор применяется битермические теплообменники: во внешней медной трубе с оребрением циркулирует теплоноситель, а внутренняя труба служит для нагрева воды для ГВС.

Для повышения мощности и КПД в теплообменниках такого типа просвет между пластинами оребрения может составлять всего 1,5–2,5 мм. Это существенно увеличивает скорость засорения просвета сажей и копотью (продуктами сгорания природного газа), что препятствует полному сгоранию газа и приводит к увеличению расхода топлива.

Малое внутреннее сечение труб также повышает чувствительность этого узла к накоплению известковых отложений в просвете. Отложение солей жёсткости и грязи внутри теплообменника значительно снижает теплообмен из-за уменьшения теплопроводности стенок и нарушения циркуляции теплоносителя.

Подсчитано, что всего 1 мм известкового осадка на стенках теплообменника уменьшает производительность котла в среднем на 5 %. Но что гораздо опаснее, минеральные отложения нарушают процесс охлаждения тонких стенок теплообменника, которые из-за этого могут прогореть.

Читайте также:  Зеркальная плёнка для окон: преимущества и недостатки, виды, монтаж, правила ухода

В результате котлы с данным типом нуждаются в более частом и трудоёмком сервисном обслуживании: очистке камеры сгорания и промывке от накипи.

Медный теплообменник: традиции и технологии

Использование меди с её экстраординарной теплопроводностью позволяет отказаться от схемы теплообменника в виде оребрённой трубы в пользу более простой и надёжной конструкции. Её принцип позаимствован у традиционного самовара, у которого дымогарная труба проходит через ёмкость для воды.

«С 1948 года, когда изобретатель Морис Фриске выпустил первый французский газовый котёл HYDROMOTRIX, медный трубчатый теплообменник стал визитной карточкой продукции нашей компании, — рассказывает Роман Гладких, технический директор FRISQUET, лидера французского рынка отопительного оборудования. — Его схема принципиально отличается от столь распространённых трубчатых теплообменников с оребрением. Основой теплообменника является медное котловое тело большой ёмкости, внутри которого проходят трубки для отведения дымовых газов. В них стоят турбуляторы (рассекатели) из нержавеющей стали, которые снижают скорость дымовых газов для повышения теплоотдачи».

В результате получается массивный теплообменник цилиндрической формы, на производство которого расходуется 25 кг чистой меди. Для сравнения: стальные аналоги с оребрением сопоставимой мощности весят до 5 кг. Такой теплообменник работает без температурных шоков в более мягких и щадящих режимах, чем тонкая трубка с оребрением.

Описанная конструкция теплообменника имеет целый ряд важных последствий. Благодаря стойкости к коррозии и пластичности меди срок службы этого узла превышает 20 лет. Диаметр каждой дымогарной трубки составляет 30 мм, что делает их гораздо менее подверженными накоплению копоти. За один отопительный сезон сужение просвета у теплообменников с оребрением может достигать 40 % (против 3% у трубчатых). Основываясь на данных, накопленных в европейских странах за несколько десятилетий эксплуатации медных трубчатых теплообменников, можно сделать вывод, что они имеют в среднем вдвое больший срок службы по сравнению со стальными аналогами с оребрением.

Кроме того, именно медные трубчатые теплообменники позволяют достигать максимального КПД — 95 %, что приводит к значительной экономии энергоресурсов и снижению затрат на эксплуатации котла.

Уникальная конструкция с котловым телом большой ёмкости значительно расширяет функциональность отопительного оборудования. Так, в двухконтурных котлах FRISQUET вторичные теплообменники выполняются в виде медных змеевиков, расположенных внутри котлового тела. В результате все котлы этого производителя в стандартной комплектации позволяют подключать дополнительный бойлер или второй и третий отопительные контуры. Например, один отопительный контур может обеспечивать теплом настенные радиаторы (температура теплоносителя — до + 85 oС), а второй — системы теплых полов (+20–45 °С).

Выбор для потребителя

Наличие в котле медного трубчатого теплообменника является хорошим ориентиром для того, кто ищет надёжное и экономичное решение для своего объекта недвижимости. Однако чтобы сделать ответственный выбор, нужно обращать внимание и на другие нюансы.

Сертификация производителя по стандарту ISO 9001. Для покупателя это означает, что котёл прошёл многоступенчатый контроль качества при производстве.

«На нашем заводе, сертифицированном по стандарту ISO 9001, все этапы, от приёмки компонентов и исходных материалов от сторонних поставщиков до финальной сборки агрегатов, имеют многоступенчатый контроль. Каждая произведённая операция отмечается персональным клеймом того рабочего, который её выполнял, — говорит Роман Гладких (FRISQUET). — После завершения сборки каждый собранный котёл попадает на тестовый стенд, где проходит проверку по 15 параметрам. Кроме того, в сертифицированной лаборатории по стандарту ISO45001, тестируются не только исходные компоненты, но и в непрерывном режиме на специальных стендах ведутся ресурсные испытания оборудования».

  • Наличие в конструкции котла систем безопасности, включая датчики давления теплоносителя, температуры теплоносителя, газа и опрокидывания тяги, а также ионизационного контроля пламени.
  • Наличие интеллектуальных функций — возможность выбора сценариев, программирования и дистанционного контроля работы котла, что существенно повышает экономичность системы отопления и увеличивает её ресурс.
  • Наличие в России сети авторизованных дистрибьюторов, которые смогут установить, произвести пусконаладочные работы и затем осуществлять сервисное обслуживание и гарантийный ремонт котла.

Как мы видим, медь как конструкционный материал для теплообменников котлов имеет множество неоспоримых преимуществ. В таком оборудовании заинтересованы частные и корпоративные потребители, для которых надёжность, низкие эксплуатационные затраты и долгий срок службы котла имеют первостепенное значение.

Преимущества, особенности очистки и ремонта медного 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.

Классифицируются теплообменники 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.

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.

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.

Читайте также:  Армирование пенопласта (пенополистирола) сеткой

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.

Данная процедура должна проводиться в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации отопительного оборудования. Для этого применяют очистные системы, различающиеся объемом подаваемой жидкости и мощностью. У некоторых из них происходит периодическое изменение направления потока, что повышает качество чистки.

Пластинчатые медные теплообменники для промывки не разбирают. Их моют спецрастворами, которые разогреваются до температуры 60°С. После залива в полости, включается насос в режим циркуляции. Время обработки составляет от 1 до 4-х часов. Затем проводится пассификация и нейтрализация раствора с помощью реагента. Термин «пассификация» означает защиту поверхности металла от окисления.

Ремонт медных теплообменников

В ходе эксплуатации испарителей появляются разные виды повреждений:
• разрывы трубок на точке подачи воды и её выхода;
• нарушение целостности в результате гидроударов;
• вмятины, свищи;
• нарушение герметичности резьбовых соединений.

Перед началом ремонта выполняется поиск микротрещин, которые визуально не заметны. Скрытые дефекты можно обнаружить только методом опрессовки. Свищи устраняются пайкой медного теплообменника с помощью высокотемпературных припоев.

Для работы понадобится паяльник, флюс и припой. Сначала наносится флюс, который очищает поверхность от окислившихся частиц. Также он помогает равномерно распределяться припою. В качестве флюса используют пасту, которая содержит медь. Если её нет, то можно взять канифоль и даже таблетку аспирина.

Заметка! При заваривании медного теплообменника нужно, чтобы припой плавился от трубки, а не от контакта с паяльником.

Слой припоя в месте повреждения наращивается постепенно, пока его толщина не достигнет 1-2 мм. Пламя горелки должно быть средним, иначе можно еще больше повредить испаритель. После окончания пайки нужно снять остатки флюса. Потому что кислота, содержащаяся в его составе, разъедает медь.

Преимущества медных теплообменников для отопительных котлов

Одним из важнейших узлов любого отопительного котла является первичный теплообменник, в котором тепловая энергия от горячих продуктов сгорания топлива передаётся теплоносителю. Именно от характеристик этого компонента во многом зависят эксплуатационные характеристики оборудования: его КПД и экономичность, срок службы и стоимость. В условиях ожесточённой конкуренции между производителями все узлы бытовых котлов имеют тенденцию к упрощению конструкции и удешевлению. Вместе с тем существует стабильный спрос на газовые премиальные котлы с медным теплообменником. Почему потребители выбирают их, несмотря на высокую цену, и в чём преимущества меди как конструкционного материала?

Металл металлу рознь

Материал, из которого сделан теплообменник, является тем посредником, который передаёт тепловую энергию от продуктов сгорания теплоносителю. В процессе эксплуатации котла он в течение многих месяцев отопительного периода должен без снижения прочностных характеристик выдерживать высокие температуры (до 400–600 oС). Также материал теплообменника контактирует с двумя средами – раскалёнными дымовыми газами и теплоносителем (как правило, водой). Поэтому к материалу предъявляются весьма жёсткие требования, которым отвечает узкий перечень металлов и сплавов.

В настоящее время для изготовления бытовых газовых котлов применяются три материала: сталь, чугун и медь. У каждого из них есть свои сильные и слабые стороны.

Стальные трубы

Самый распространённый и бюджетный вариант – это стальные теплообменники. Сталь обладает редким сочетанием высокой пластичности и прочности даже при воздействии высоких температур и механических нагрузок. Эта характеристика материала теплообменника особо важна, когда он подвергается тепловому воздействию. В зоне высоких температур в металле образуются тепловые напряжения, и только пластичность не даёт появиться трещинам.

Но у стальных теплообменников есть и серьёзные недостатки: они подвержены коррозии, причём как со стороны дымогарных труб, так и со стороны теплоносителя. Чтобы увеличить срок службы, производители увеличивают толщину стенки теплообменника, что снижает КПД и повышает расход топлива.

Чугун

Чугун гораздо медленнее стали подвергается коррозии при соприкосновении с химически активными средами. Но из-за сниженной пластичности при использовании этого металла предъявляются жёсткие требования к режимам эксплуатации газового оборудования. Резкие перепады температур могут вызвать появление трещин.

Так, например, для разных моделей с чугунным теплообменником разность температур теплоносителя в подающей и обратной линиях отопительного контура не может превышать 20–45 oС. Чтобы этого достичь, используют сложные системы подмеса горячего теплоносителя. Также это накладывает жёсткие ограничения на стабильность работы циркуляционного насоса.

Медный теплообменник

Ещё один традиционный материал для теплообменников котельного оборудования – это медь. Она имеет уникальное сочетание физико-химических свойств, что делает её почти идеальным материалом для этих целей. Прежде всего медь выделяется исключительно высокой теплопроводностью – 385 Вт/м*К (выше только у серебра). Для сравнения: теплопроводность чугуна составляет 50–60 Вт/м*К, а стали – от 47 Вт/м*К и ниже (в зависимости от температуры и марки стали).

Также весьма ценна высокая устойчивость меди к коррозии. В процессе эксплуатации медного теплообменника на поверхности металла появляется тонкая, но плотная плёнка оксида, которая защищает нижележащие слои от коррозии.

Ещё одно важное свойство меди – очень низкий коэффициент шероховатости, который в 133 раза ниже, чем у стали. Это имеет два следствия: низкое гидродинамическое сопротивление медных труб и существенно меньшую скорость зарастания сажей и загрязнениями.

Среди недостатков этого металла выделяется один – высокая цена. Чистая медь до 15–20 раз дороже стальных сплавов, используемых для теплообменников, что автоматически относит котлы с применением большого количества меди к высокому ценовому сегменту.

Теплообменники с оребрением и их проблемы

Выбор материала для первичного теплообменника во многом определяет его конструкцию. В частности, низкую теплопроводность стали и чугуна разработчики отопительного оборудования компенсируют увеличением поверхности теплообмена. Именно эта идея легла в основу самых распространённых в бытовых котлах трубчатых теплообменников с оребрением. На изогнутой (S-образной) трубе вертикальными рядами установлено множество пластин. Такой теплообменник располагается в верхней части камеры сгорания. Через узкие просветы между пластинами снизу вверх проходят дымовые газы, отдавая энергию теплоносителю.

Помимо стали, для изготовления таких теплообменников изредка используют медь. В двухконтурных котлах некоторых производителей, до сих пор применяется битермические теплообменники: во внешней медной трубе с оребрением циркулирует теплоноситель, а внутренняя труба служит для нагрева воды для ГВС.

Для повышения мощности и КПД в теплообменниках такого типа просвет между пластинами оребрения может составлять всего 1,5–2,5 мм. Это существенно увеличивает скорость засорения просвета сажей и копотью (продуктами сгорания природного газа), что препятствует полному сгоранию газа и приводит к увеличению расхода топлива.

Малое внутреннее сечение труб также повышает чувствительность этого узла к накоплению известковых отложений в просвете. Отложение солей жёсткости и грязи внутри теплообменника значительно снижает теплообмен из-за уменьшения теплопроводности стенок и нарушения циркуляции теплоносителя.

Подсчитано, что всего 1 мм известкового осадка на стенках теплообменника уменьшает производительность котла в среднем на 5 %. Но что гораздо опаснее, минеральные отложения нарушают процесс охлаждения тонких стенок теплообменника, которые из-за этого могут прогореть.

В результате котлы с данным типом нуждаются в более частом и трудоёмком сервисном обслуживании: очистке камеры сгорания и промывке от накипи.

Медный теплообменник: традиции и технологии

Использование меди с её экстраординарной теплопроводностью позволяет отказаться от схемы теплообменника в виде оребрённой трубы в пользу более простой и надёжной конструкции. Её принцип позаимствован у традиционного самовара, у которого дымогарная труба проходит через ёмкость для воды.

котёл HYDROMOTRIX

«С 1948 года, когда изобретатель Морис Фриске выпустил первый французский газовый котёл HYDROMOTRIX, медный трубчатый теплообменник стал визитной карточкой продукции нашей компании, – рассказывает Роман Гладких, технический директор FRISQUET, лидера французского рынка отопительного оборудования. – Его схема принципиально отличается от столь распространённых трубчатых теплообменников с оребрением. Основой теплообменника является медное котловое тело большой ёмкости, внутри которого проходят трубки для отведения дымовых газов. В них стоят турбуляторы (рассекатели) из нержавеющей стали, которые снижают скорость дымовых газов для повышения теплоотдачи».

В результате получается массивный теплообменник цилиндрической формы, на производство которого расходуется 25 кг чистой меди. Для сравнения: стальные аналоги с оребрением сопоставимой мощности весят до 5 кг. Такой теплообменник работает без температурных шоков в более мягких и щадящих режимах, чем тонкая трубка с оребрением.

двухконтурный котел FRISQUET

Описанная конструкция теплообменника имеет целый ряд важных последствий. Благодаря стойкости к коррозии и пластичности меди срок службы этого узла превышает 20 лет. Диаметр каждой дымогарной трубки составляет 30 мм, что делает их гораздо менее подверженными накоплению копоти. За один отопительный сезон сужение просвета у теплообменников с оребрением может достигать 40 % (против 3% у трубчатых). Основываясь на данных, накопленных в европейских странах за несколько десятилетий эксплуатации медных трубчатых теплообменников, можно сделать вывод, что они имеют в среднем вдвое больший срок службы по сравнению со стальными аналогами с оребрением.

Кроме того, именно медные трубчатые теплообменники позволяют достигать максимального КПД – 95 %, что приводит к значительной экономии энергоресурсов и снижению затрат на эксплуатации котла.

Уникальная конструкция с котловым телом большой ёмкости значительно расширяет функциональность отопительного оборудования. Так, в двухконтурных котлах FRISQUET вторичные теплообменники выполняются в виде медных змеевиков, расположенных внутри котлового тела. В результате все котлы этого производителя в стандартной комплектации позволяют подключать дополнительный бойлер или второй и третий отопительные контуры. Например, один отопительный контур может обеспечивать теплом настенные радиаторы (температура теплоносителя – до + 85 oС), а второй – системы теплых полов (+20–45 oС).

Выбор для потребителя

Наличие в котле медного трубчатого теплообменника является хорошим ориентиром для того, кто ищет надёжное и экономичное решение для своего объекта недвижимости. Однако чтобы сделать ответственный выбор, нужно обращать внимание и на другие нюансы.

Сертификация производителя по стандарту ISO 9001. Для покупателя это означает, что котёл прошёл многоступенчатый контроль качества при производстве.

«На нашем заводе, сертифицированном по стандарту ISO 9001, все этапы, от приёмки компонентов и исходных материалов от сторонних поставщиков до финальной сборки агрегатов, имеют многоступенчатый контроль. Каждая произведённая операция отмечается персональным клеймом того рабочего, который её выполнял, – говорит Роман Гладких (FRISQUET). – После завершения сборки каждый собранный котёл попадает на тестовый стенд, где проходит проверку по 15 параметрам. Кроме того, в сертифицированной лаборатории по стандарту ISO45001, тестируются не только исходные компоненты, но и в непрерывном режиме на специальных стендах ведутся ресурсные испытания оборудования».

Читайте также:  Строительство комбинированного дома из кирпича и дерева

Наличие в конструкции котла систем безопасности, включая датчики давления теплоносителя, температуры теплоносителя, газа и опрокидывания тяги, а также ионизационного контроля пламени.

Наличие интеллектуальных функций – возможность выбора сценариев, программирования и дистанционного контроля работы котла, что существенно повышает экономичность системы отопления и увеличивает её ресурс.

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

Как мы видим, медь как конструкционный материал для теплообменников котлов имеет множество неоспоримых преимуществ. В таком оборудовании заинтересованы частные и корпоративные потребители, для которых надёжность, низкие эксплуатационные затраты и долгий срок службы котла имеют первостепенное значение.

Добавлено: 11.10.2018 17:43:27

Еще статьи в рубрике Вентиляция, кондиционирование, отопление:

  • Климатическое оборудование в аренду

Какие требования предъявляются к тепловому оборудованию? Оно должно быть надежным, иметь подходящую мощность, быть полностью технически исправным. .

Инновации и современность кондиционеров Daikin

Транснациональная корпорация Daikin давно стала флагманом в производстве климатической техники, разрабатывая и предлагая потребительскому рынку все более функциональные и «умные» модели. .

Монтаж вентиляции в коттедже

Вентиляция для этажных зданий и помещений разного назначения, в том числе промышленных объектов, является довольно сложной системой. И заниматься монтажом системы .

    Тёплый пол для отопления – как правильно выбрать

    В коттеджах и частных домах еще при строительстве хозяева заботятся о закладывании системы теплого пола. Водяные тёплые полы являются довольно распространенными .

    Что такое циркуляционный насос для системы отопления

    Долгое время использовались системы отопления, в которых циркуляция теплоносителя происходила естественным путем, за счет разницы температур воды на разных участках контура. .

    Профессиональная заправка теплоносителя – залог эффективности климатической системы

    Совершенствование технологий производства привело к тому, что современные теплоносители и антифризы, изготовленные на основе водно-гликолевой смеси, способны прослужить несколько лет без .

    Паяный и разборной теплообменник: преимущества и недостатки

    Большинство теплоснабжающих организаций на сегодняшний день имеют в своём арсенале пластинчатые теплообменники, когда дело доходит до выбора, то предпочтение отдают разборным теплообменникам. Разборные модели имеют несколько основных преимуществ:

    • Легче очищаются. В разборном теплообменнике несложно очистить каждую деталь.
    • Количество пластин можно регулировать. Это огромное преимущество в том случае если возрастает или уменьшается нагрузка, а также в случае ошибок в предварительных расчётах.

    Эти два преимущества не единственная причина, по которой разборные теплообменники пользуются большим спросом, есть ещё один весомый аргумент – это плохое качество водоподготовки.

    Эта проблема не решается долгие годы, несмотря на огромные затраты и закупку современного оборудования теплоснабжающими организациями, не решается самая главная проблема, из-за которой это оборудование нередко намного быстрее выходит из строя. Плохое качество воды в сети – это не только выход из строя теплообменников, это ещё и быстрое засорение труб, снижающее эффективность теплоснабжения в целом.

    Увеличив расходы на очистку и подготовку воды, поступающей в сеть, можно значительно снизить расходы на капитальный ремонт труб, замену запчастей и многие другие проблемы возникающие при эксплуатации системы в отопительный период. Качественная водоподготовка требует дополнительных затрат именно поэтому проблема остаётся актуальной на сегодняшний день.

    Для энергосбережения часто устанавливают пластинчатый теплообменник Ридан, цена на которой зависит от требований заказчика. В первую очередь необходимо заботиться о качестве воды в системе, а после уже о качестве оборудования. Работа по очистке системы должна проводиться потому что повышает эффективность работы и экономит бюджетные средства, что и является первостепенной задачей энергосбережения.

    Всем известно, что современная водопроводная вода отличается превышением норм по своей жёсткости, при нагревании такой воды образование осадка на деталях и оборудовании системы неизбежно, минеральные соли – первое, что отлаживается на трубах. Отложение солей на трубах также тесно связано с нерегулярностью использования системы, в разное время суток, потребление воды разнится, напор в системе в ночное время нерегулярен и соли оседают на дне труб.

    Проблему можно решить при помощи установки специального насоса в контурах ГВС. Насос обеспечит ту самую регулярную циркуляцию воды в системе и тем самым снизит уровень отложения солей. Но в этом решении есть и обратная сторона, для работы такого насоса нужно увеличить расходы на оплату электроэнергии.

    Самый популярный на сегодня метод очистки системы – это механический способ очистки, результативность которого не даёт 100% результатов, снимается верхняя часть и постепенно загрязнения снова накапливаются. Большинство суверенных организаций для дополнительной очистки используют специализированный химический состав. Именно вопросы очистки влияют на покупательский спрос разборных теплообменников и являются их первостепенным преимуществом.

    Что касается второго пункта преимуществ, то он же является и основным недостатком разборных теплообменников. Дело в том, что ремонт и замена каждой детали в теплообменнике требует немалых расходов. Детали на них очень дорогие.

    Основными преимуществами паяных теплообменников являются:

    • Большой срок эксплуатации. Примерно в два раза дольше прослужит паяный теплообменник, чем разборной.
    • Качество. Благодаря современным технологиям производства, возможность утечек в паяном теплообменнике намного ниже.
    • Высокий коэффициент теплоотдачи оборудования. КПД паяного теплообменника выше разборного теплообменника.

    Учитывая все вышеперечисленные преимущества можно смело развеять миф о превосходстве разборной модели теплообменников, каждая из систем имеет свои плюсы и минусы эксплуатации.

    Теплообменники газовых котлов: различия по материалам

    Содержание

    Теплообменник – это одна из самых важных частей любого теплогенератора, в том числе и газового. От надежности этого элемента, в котором происходит нагрев жидкости от энергии сгорающего топлива, зависит, не только эффективность работы такого агрегата, но и его долговечность. А эти характеристики, в свою очередь, зависят от материала, из которого изготовлен теплообменник. Интересно, что выбор таких материалов не слишком велик, поскольку их только три, но различия между ними весьма значительны. А значит – значительны и отличия в возможностях нагревателей, в конструкциях которых они используются. Поэтому в этом детальном обзоре приводятся все плюсы и минусы каждого материала, из которого производятся теплообменники современных котлов, что позволяет дать ответ на вопрос – какой газовый котел выбрать, c чугунным, стальным или медным теплообменником?

    Преимущества и недостатки газовых котлов c чугунными, стальными и медными теплообменниками

    Несмотря на существование многих традиционных и появление различных современных материалов с хорошими характеристиками, теплообменные элементы газовых бытовых котлов производятся только из трех таковых – чугуна, стали и меди. За годы использования они доказали свою эффективность и идеальную совместимость с нагревателями такого типа, хотя и не со всеми сразу. Поскольку, например, чугунные теплообменники можно установить только в напольных газовых котлах, в силу их довольно большого веса. В свою очередь, стальные и медные теплообменники используются в настенных моделях рассматриваемых устройств, но сильно отличаются, как стоимостью, так и сроком службы. Соответственно, чтобы правильно выбрать газовый котел с оптимальным теплообменником, нужно предварительно ознакомиться с достоинствами и недостатками их материалов, что и будет сделано далее.

    Преимущества газовых котлов с чугунными теплообменниками:

    • Прочность и надежность таких нагревательных элементов;

    • Длительный срок службы котлов с подобной компоновкой;

    • Минимальная восприимчивость к теплоносителю плохого качества.

    Недостатки газовых котлов с чугунными теплообменниками:

    • Хрупкость данного материала, транспортировать который необходимо очень аккуратно;

    • Большой вес, из-за которого эти теплообменники подходят только для напольных котлов;

    • Немалая стоимость и значительная инерционность всех подобных нагревателей.

    Преимущества газовых котлов со стальными теплообменниками:

    • Относительно небольшой вес, по сравнению с чугунными аналогами;

    • Совместимость, как с напольными, так и с настенными газовыми теплогенераторами;

    • Небольшая стоимость данного материала, снижающая и цену на газовый котел.

    Недостатки газовых котлов со стальными теплообменниками:

    • Восприимчивость к негативному воздействию некачественного теплоносителя;

    • Подверженность коррозии, сокращающей срок службы котла в целом;

    • Необходимость в регулярной очистке от образовывающейся накипи.

    Преимущества газовых котлов с медными теплообменниками:

    • Отличная теплопроводность, повышающая эффективность работы нагревателя;

    • Почти полное отсутствие коррозии и неподверженность образованию накипи;

    • Очень большой срок эксплуатации, возможный, благодаря качествам этого материала.

    Недостатки газовых котлов с медными теплообменниками:

    • Самая высокая стоимость, по сравнению с аналогами из чугуна и железа;

    • Пластичность меди, требующая бережного обращения с таким теплообменником;

    • Недопустимость слишком интенсивного нагрева, разрушительного для этого материала.

    Нужно сказать, что, несмотря на наличие плюсов и минусов у каждого материала из описанных выше, для изготовления теплообменников котлов на газе чаще всего используется сталь. Такой востребованностью этот металл обязан, не только доступной стоимости, но и неплохим показателям пластичности. А эта характеристика очень важна для увеличения срока службы любого газового котла, поскольку его теплообменник постоянно подвергается напряжениям, возникающим при нагревании горелкой и последующем остывании. Подобный регулярно повторяющийся цикл может быть опасным для теплообменника из чугуна, если он будет прогреваться неравномерно – что приведет к образованию трещин. А в сочетании с боящимися сильного перегрева теплообменниками из меди вообще приходится использовать горелки с мощностью на треть меньшей, чем в котлах с такими стальными и чугунными элементами.

    Подведение итогов

    Перечисленные выше характеристики материалов для нагревательных элементов указывают на то, что оптимальными по соотношению стоимости и качества являются газовые котлы с теплообменниками из стали, которые бывают, как напольными, так и настенными. В свою очередь, мощным напольным газовым котлам с чугунными теплообменниками стоит отдавать предпочтение тем владельцам частных домов, которые хотят получить самый надежный и долговечный теплогенератор. Ну а владельцы квартир могут выбрать между доступностью настенного нагревателя со стальным теплообменником и не менее долговечного, чем чугун – газового котла с теплообменником из меди. Последний, к тому же, также станет залогом экономии топлива, поскольку горелки таких аппаратов, как было упомянуто выше – менее мощные. Но хорошая теплопроводность меди полностью компенсирует эту характеристику.

Ссылка на основную публикацию