Теплообменник ГВС

Определение 

Теплообменник системы ГВС — устройство, которое обеспечивает циркуляцию горячей воды в системе водоснабжения (кран, душ), используя тепловую энергию от системы теплоснабжения, не допуская смешивания теплоносителей.

Для чего нужен — чтобы у вас в доме или квартире была постоянная горячая вода, не тратясь на отдельный водонагреватель (бойлер) с собственным источником энергии.

Принцип работы 

Представьте себе два сосуда прижатые друг к другу, которые разделены тонкой металлической перегородкой, по другому их можно назвать контурами:

• В одном очень горячая вода из котла (или из тепловой сети дома) — это теплоноситель системы отопления
• В другом холодная водопроводная вода, которая должна стать горячей для вашего душа или раковины — это вода для ГВС

Теплообменник — это устройство, где множество таких контуров выстроены поочередно (горячий-холодный-горячий-холодный…), горячая и холодная жидкости двигаются поочередно по своим контурам и не смешиваются

• Горячая вода из котла отдает свое тепло через стенки этих каналов
• Холодная водопроводная вода, проходя рядом, это тепло забирает и быстро нагревается до нужной температуры (обычно 50-65°C)

Проще говоря, это "водонагреватель мгновенного действия", который использует уже имеющееся тепло от системы теплоснабжения.

Основные типы теплообменников ГВС

• Пластинчатый теплообменник — самый распространенный. Состоит из множества тонких металлических пластин, собранных в пакет. Каналы для горячей и холодной воды чередуются, что обеспечивает высокую эффективность в компактном корпусе. Делятся на два вида: разборные и паяные
• Кожухотрубный теплообменник — представляет собой большую трубу (кожух), внутри которой по тонким трубкам течет один теплоноситель, а пространство между трубками заполнено другим. Чаще используется в промышленности

Для чего он нужен (Основные задачи и преимущества)

1. Независимое приготовление ГВС. Главная задача. Позволяет системе отопления работать по своему графику (например, на низкой температуре летом), а теплообменник в это время будет готовить для вас горячую воду, используя то же тепло
2. Экономия энергии и денег. Не нужно устанавливать и эксплуатировать отдельный электрический или газовый водонагреватель. Используется уже произведенное котлом тепло
3. Компактность и эффективность. Современные пластинчатые теплообменники очень компактны и при этом способны мгновенно нагревать большое количество воды
4. Безопасность и гигиена. Вода из-под крана и теплоноситель из системы отопления не смешиваются. Это особенно важно в централизованных системах, где в теплоноситель добавляют химические реагенты. Вы пользуетесь обычной питьевой водой
5. Бесперебойная подача горячей воды. В системах с теплообменником нет ограничения по объему, как в бойлере. Горячая вода готовится проточным способом, и ее количество ограничено только мощностью устройства.

Где используется

1. В системах централизованного теплоснабжения (котельных). Теплообменники используются для подготовки ГВС целых микрорайонов
2. В квартирах с центральным отоплением. В современных новостройках часто устанавливают индивидуальные тепловые пункты (ИТП), где один большой теплообменник готовит ГВС для всего стояка или дома, используя тепло от центральной сети
3. В частных домах с двухконтурными газовыми котлами. Там теплообменник ГВС (обычно пластинчатый) встроен прямо внутрь котла

Теплообменник пластинчатый для ГВС — это ключевой узел, который обеспечивает ваш дом горячей водой, экономно используя энергию системы отопления. Это эффективная, компактная и безопасная альтернатива традиционным бойлерам.

Схемы ГВС

Краткая суть различий

• Одноступенчатая схема: Вода нагревается один раз в одном теплообменном аппарате и сразу идет к потребителю
• Двухступенчатая схема: Вода нагревается в два этапа в двух разных теплообменных аппаратах, что позволяет экономить тепло

Одноступенчатая схема ГВС

Это самая простая и распространенная схема, часто используется в индивидуальных жилых домах или зданиях с небольшим и стабильным расходом горячей воды.

Принцип работы:

1. Холодная вода из водопровода подается в один теплообменник (бойлер, пластинчатый теплообменник, котел)
2. В этом теплообменнике она нагревается до требуемой температуры (обычно 55-60°C) за счет теплоносителя от котельной или тепловой сети
3. Нагретая вода напрямую поступает к потребителям (в краны, души и т.д.)

Схематично:

Холодная вода -> [Теплообменник] -> Горячая вода к потребителю

Преимущества:

• Простота: Минимальное количество оборудования, простая обвязка и управление
• Дешевизна: Более низкие капитальные затраты
• Компактность: Занимает меньше места

Недостатки:

• Низкая энергоэффективность: Летом, когда отопление не работает, для подогрева воды используется тот же высокотемпературный теплоноситель, что и зимой. Это нерационально и приводит к перерасходу тепловой энергии
• Пиковые нагрузки: При одновременном открытии нескольких кранов может произойти значительное падение температуры воды

Где применяется: Небольшие жилые дома, таунхаусы, коттеджи, объекты с собственным котлом.

Двухступенчатая схема ГВС

Это более сложная, но гораздо более экономичная схема. Она применяется в многоквартирных жилых домах, больницах, гостиницах и других объектах с большим и неравномерным расходом горячей воды.

Принцип работы:

Нагрев происходит в две стадии:

1. Первая ступень (подогреватель предварительного подогрева):
   • Холодная вода из водопровода сначала поступает в первый теплообменник
   • Здесь она подогревается не за счет прямого теплоносителя, а за счет обратной воды системы отопления. Эта вода уже отдала часть своего тепла в системе отопления здания и имеет температуру 40-70°C, которую иначе просто вернули бы в котельную
   • Цель этой ступени — "добрать" бросовое тепло и предварительно подогреть воду
2. Вторая ступень (догреватель):
   • Предварительно подогретая вода поступает во второй теплообменник
   • Здесь она догревается до необходимой температуры (55-60°C) с помощью высокотемпературного теплоносителя из подающего трубопровода тепловой сети

Схематично:

Холодная вода -> [1-я ступень (подогрев от "обратки")] -> [2-я ступень (догрев от "подачи")] -> Горячая вода к потребителю

Преимущества:

• Высокая энергоэффективность: Основная экономия достигается за счет использования тепла обратной воды системы отопления. Это снижает нагрузку на тепловой пункт и экономит до 30-40% энергии на ГВС
• Стабильность температуры: Схема лучше справляется с пиковыми нагрузками, так как вода уже частично подогрета на первой ступени
• Летний режим: Летом, когда отопление отключено, первая ступень может отключаться, и схема работает как одноступенчатая, но с более оптимальными параметрами

Недостатки:

• Сложность: Больше оборудования (два теплообменника вместо одного), более сложная обвязка и система автоматики
• Дороговизна: Выше капитальные затраты
• Занимает больше места

Где применяется: Централизованные системы ГВС многоквартирных домов, крупные общественные и коммерческие здания.

Сравнительная таблица

Выбор схемы подключения теплообменника ГВС между одноступенчатой и двухступенчатой — это компромисс между первоначальными затратами и эксплуатационной экономией.

Одноступенчатая схема ГВС — это просто и дешево на этапе монтажа, но дорого в эксплуатации.

Двухступенчатая схема ГВС — требует больших вложений при строительстве, но за счет значительной экономии энергии окупается и является более выгодной в долгосрочной перспективе для объектов с высоким потреблением горячей воды.

Правильный расчет и подбор теплообменника для ГВС

Это основа его эффективной и долговечной работы. Вот подробный разбор всех необходимых данных, источников их получения и логики процесса.

Группы данных для расчета

Данные можно разделить на три основные группы:

1. Данные о потреблении ГВС (что мы хотим получить на выходе)
2. Данные о греющем теплоносителе (что мы используем для нагрева)
3. Данные о нагреваемой воде (холодной воде, которую мы превращаем в ГВС)

Данные о потреблении ГВС (Расход и температура)

Это самые важные и часто сложно определяемые данные.

А) Требуемая тепловая мощность (Q, кВт)

Это главная цифра, которую ищет инженер. Она рассчитывается исходя из пикового потребления горячей воды.

Формула: Q = M * c * Δt

• M – Массовый расход воды (кг/с или л/с). На практике чаще используют л/мин
• c – Удельная теплоемкость воды (4.187 кДж/кг·°C). Для упрощения принимается константой
• Δt – Разность температур между холодной водой на входе и ГВС на выходе (°C)

Б) Расход горячей воды (M, л/мин или м³/ч)

Откуда взять:

• Строительные нормы и правила (СНиП, СП): Самый надежный способ. Нормы расхода воды на одного человека в час наибольшего водопотребления. Например, для жилого дома это около 10-12 л/ч на человека, но для точного расчета нужно смотреть актуальный СП 30.13330.2020
• Количество потребителей и типы приборов: Зная количество жителей, раковин, душей, ванн, можно воспользоваться таблицами вероятности одновременного использования сантехприборов. Этот метод используется в профессиональных расчетах
• Паспортные данные оборудования: Если теплообменник обслуживает конкретный технологический процесс (ресторан, прачечная, бассейн), расход берется из техзадания на оборудование
• Аналогичные объекты: Иногда используют данные с уже работающих похожих объектов
• Эмпирические правила: Например, для квартиры можно ориентироваться на 0.2-0.3 м³/ч, для коттеджа 0.5-1.5 м³/ч

В) Температура горячей воды на выходе (Tгвс, °C)

Откуда взять: Регламентируется СанПиН 2.1.3684-21. Нормативная температура в точках водоразбора:

• Не ниже +60 °C (для закрытых систем ЦОС)
• Не ниже +50 °C (для открытых систем ЦОС)
• Не выше +75 °C
• *На практике часто задают +55...+65°C.*

Данные о греющем теплоносителе

Это среда, которая отдает тепло (в первичном контуре).

А) Тип теплоносителя:

• Вода из открытой/закрытой системы централизованного теплоснабжения
• Перегретая вода из котельной
• Пар (насыщенный или перегретый)
• Незамерзающая жидкость (антифриз)

Б) Температура на входе в теплообменник (Tгвх, °C)

Откуда взять:

• Для ЦОС (центрального отопления) – по графику температуры, утвержденному для вашего региона (например, 70/30, 95/70, 110/70, 150/70). Уточняется в ТЭЦ или управляющей компании
• Для собственной котельной – из паспортных данных котла или технологического регламента

В) Температура на выходе из теплообменника (Tгвых, °C)

Откуда взять:

• Задается проектировщиком. Важный параметр для экономии. Чем ниже температура обратки, тем эффективнее используется тепло
• Ограничивается точкой росы дымовых газов (для котлов) или требованиями сетевой компании (для ЦОС). Обычно не ниже +40...+50°C для водяных систем и +70...+100°C для паровых

Г) Расход греющего теплоносителя (Gг, м³/ч)

Откуда взять: Часто является не исходным данным, а результатом расчета. Зная требуемую мощность (Q) и температуры, можно рассчитать минимально необходимый расход. Но если расход лимитирован (например, насосом), это нужно указать как исходное условие.

Данные о нагреваемой воде (Холодная вода -> ГВС)

А) Температура холодной воды на входе (Tхв, °C)

Откуда взять: Зависит от региона, времени года и источника водоснабжения (скважина, водопровод).

• Летом: +10...+20°C
• Зимой: +2...+5°C
• Для расчета берут минимальное значение (зимний режим), так как в этом случае требуемая мощность теплообменника будет максимальной

Б) Допустимые потери давления (ΔP, Бар или кПа)

Откуда взять:

• По стороне греющего теплоносителя – определяются возможностями насоса в котельной или параметрами сети ЦОС (обычно лимит 0.5 - 1.5 Бар)
• По стороне нагреваемой воды – определяются давлением в городском водопроводе и требуемым давлением у потребителя после теплообменника (обычно лимит 0.2 - 0.6 Бар)
• Чем меньше допустимые потери, тем больше будет теплообменник (и дороже)

Сводная таблица данных

Где взять данные для подбора теплообменника ГВС

1. Определите цель: Для чего вам теплообменник? (Квартира, дом, офис, производство?)
2. Соберите исходные данные:
   • Для жилого здания: Обратитесь в управляющую компанию за графиком температур ЦОС и параметрами сети. Расход ГВС рассчитайте по нормам СНиП/СП или используйте данные проекта здания
   • Для частного дома с котлом: Температура и расход берутся из паспорта котла. Расход ГВС считается по количеству жильцов и сантехприборов
   • Для промышленного объекта: Все данные должны быть в технологическом задании (ТЗ)
3. Рассчитайте требуемую тепловую мощность (Q) по формуле, используя собранные данные
4. Обратитесь к специалисту. Передайте им все собранные и рассчитанные данные. Они, используя специальные программы для подбора, произведет расчет теплообменника, которая удовлетворит вашим требованиям по мощности, размерам, гидравлическому сопротивлению и цене

Важно: Самостоятельный расчет без опыта может привести к ошибке. Неправильно подобранный теплообменник будет либо недогревать воду, либо работать неэффективно и быстро выйдет из строя. Рекомендуется доверить финальный подбор профессионалам, предоставив им максимально полные и точные исходные данные.