Как стальной гидронный теплообменник смог превзойти чугунный? Отвечаем по порядку
В этом материале мы рассмотрим современные котлы с гидравлическими теплообменниками, которые заменили собой традиционные чугунные секционные. Эти котлы были созданы в России и представляют собой инновационный тип отопительного оборудования.
В данной статье мы погрузимся в мир современных котлов с гидронными теплообменниками, которые пришли на смену чугунным секционным. Эти котлы были разработаны в России и представляют собой новый класс отопительного оборудования.
К сожалению, многие производители котельного оборудования сталкиваются с проблемой застоя. Котлы, производимые по устаревшим технологиям, сохраняют свою конструкцию и функционал на протяжении многих лет, что не способствует развитию отрасли. Однако, как и в любой другой сфере, прогресс является неотъемлемой частью развития котельного производства.
Долгое время на рынке России доминировали котлы с чугунными секционными теплообменниками. Их производством занимались многие компании, как отечественные, так и зарубежные. Импорт не ограничивался, и котлы ввозились в страну в больших количествах.
Одним из самых известных российских производителей чугунных котлов был Кировский завод, расположенный в Калужской области. Он специализировался на выпуске твердотопливных и газовых моделей, таких как КЧМ-5-К, КЧМ-7 Гном, Универсал-6 и Универсал-РТ. По некоторым данным, примерно каждый десятый дом в России был оборудован котлом КЧМ.
Изначально котлы работали на дровах и угле, но с началом масштабной газификации в стране была разработана атмосферная инжекционная газовая горелка, что позволило перевести их на природный газ.
Одновременно на рынке России набирали популярность зарубежные бренды, такие как Viessmann, Protherm, De Dietrich и другие. К ним присоединились Kentatsu, Baxi и другие известные производители.
Однако после введения санкций поток импортных котлов значительно сократился. Их ввоз стал осуществляться по сложным схемам и в ограниченном количестве, что привело к неоправданно высокой цене на импортные чугунные котлы. Это, в свою очередь, стимулировало отечественных производителей к созданию новых моделей с чугунными теплообменниками.
Стоит отметить, что все отечественные производители чугунных котлов используют один и тот же (отечественный) теплообменник. Таким образом, котлы отличаются только названием, дизайном и ценой.
Многие люди считают, что чугунный секционный теплообменник — это лучшее решение для отопления. Кажется, что в этой области уже невозможно добиться большего. Однако с появлением современных технологий, разработанных в 50-х годах XX века, развитие водогрейных газовых напольных котлов в России получило новый импульс.
На рынке отопительного оборудования появился новый класс — отопительные водогрейные котлы с гидронными теплообменниками. По сравнению с чугунными котлами, гидронные обладают рядом преимуществ. Однако у чугунных котлов есть одно неоспоримое достоинство — секционная конструкция. Благодаря ей котлы можно ремонтировать и обслуживать, разбирая теплообменник на секции для очистки. Это позволяет заменить только неисправную секцию.
Конструкция теплообменника гидронного котла оказалась настолько удачной, что один из производителей смог внедрить и запатентовать модульную (секционную) конструкцию. Это позволило улучшить показатели по сравнению с чугунным теплообменником, за исключением гидравлического сопротивления.
Рассмотрим процесс ремонта секционного котла более подробно. Из-за веса чугунного теплообменника и способа крепления секций ремонт без квалифицированного персонала и специального инструмента невозможен. Каждая секция собирается на конусообразный ниппель без резьбы. Внешняя поверхность ниппеля гладкая, а конусная конструкция обеспечивает герметичность и надежность соединения секций.
В импортных котлах используется высокоточная подгонка деталей, поэтому прокладки между секциями не требуются, в отличие от котлов серии КЧМ, где прокладка из асбеста обязательна. Качественная сборка пакета возможна только при профессиональной запрессовке секций на производстве. Однако при ремонте таких теплообменников у потребителя это сделать сложно.
Эта проблема была учтена при разработке конструкции соединения секций в гидронном теплообменнике. Была создана система соединения секций без специального инструмента и высокой квалификации персонала. Запатентованная система крепёжных элементов с разъёмным фланцевым соединением и двумя полухомутами позволяет легко и быстро ремонтировать и обслуживать гидронные котлы серии LUTEX AR-S.
Вторым важным аспектом, который стоит рассмотреть, является объём воды в котле. Чем больше объём теплоносителя в этом устройстве для производства тепла, тем дольше он нагревается и тем больше конденсата образуется при запуске системы. Кроме того, этот параметр напрямую влияет на безопасность всей котельной.
В период межсезонья, когда требуется часто включать и выключать котёл, затраты на многократный нагрев самого котла могут составлять значительную часть от общих расходов на отопление здания. Поэтому чем меньше объём воды в котле, тем лучше.
Меньшая инерционность системы позволяет быстрее прогреть как здание, так и сам котёл, что, в свою очередь, снижает затраты на отопление.
Обычно объём теплообменника котла составляет около 70 литров для котла мощностью 100 кВт, например, ИШМА-100, и около 100 литров для котла Лемакс Премиум-100. Это достаточно много. Однако уменьшение объёма воды может привести к снижению площади поверхности теплообмена, что, в свою очередь, может повлиять на мощность и эффективность системы.
Решение было найдено в 50-х годах XX века, когда был разработан теплообменник с оребрённой медной трубой. Такие котлы получили название «гидронные» или «скоростные». Они были изобретены в США, и с 1953 года началось их серийное производство.
Благодаря оребрению на трубе, площадь поверхности теплообмена значительно увеличивается, что позволяет быстро нагревать теплоноситель. Чтобы избежать закипания воды, необходимо пропускать теплоноситель с высокой скоростью — от 1,5 до 2 метров в секунду.
Почему именно медная труба? В то время не существовало технологий для производства оребрённых труб из обычной стали, которые используются сейчас.
В настоящее время оребрённые трубы классифицируются следующим образом: трубы спирально-оребренные поперечно ду57х3,5 (стенка) мм ст.10-20 ГОСТ 10705-80, 1240/990 мм, 125/125 мм. Лента 08кп ГОСТ 503-81, шовная электросварная.
Конструкция теплообменника значительно улучшилась: вместо одного ряда труб в отопительных котлах начали использовать двухрядные теплообменники. Их можно увидеть на фотографии.
Модульная конструкция позволяет легко проводить осмотр и очистку внутренних поверхностей теплообменника, а также замену неисправных элементов без замены всего теплообменника. Это открывает возможность для регулировки мощности котла.
Наличие быстросъёмных хомутов позволяет выполнять эти работы без специального оборудования и в сжатые сроки.
Однако это не вся информация, которую нужно знать. Например, теплообменники с небольшим объёмом теплоносителя реже подвержены образованию конденсата.
При запуске котла на холодную поверхность оребрённой трубы из насыщенного водяным паром воздуха после сгорания газа выпадает конденсат. Эта вода вступает в реакцию с кислотной средой паров и металлом теплообменника, что приводит к усиленному образованию ржавчины и коррозии.
Образовавшаяся коррозия плотно въедается в материал, уменьшая толщину стенок теплообменника и снижая уровень передачи тепла. В тонких местах он прогревается быстрее, а в толстых — нет. Это приводит к упругой деформации и напряжению металла, что может вызвать протечку.
Этот недостаток характерен для всех теплообменников пластинчатого и жаротрубного типа. Однако в котлах с гидронным теплообменником этот недостаток проявляется в меньшей степени.
Благодаря небольшому объёму воды и высокой скорости передачи тепла котёл нагревается настолько быстро, что конденсат практически не успевает образоваться.
Двухрядная конструкция теплообменника, выполненная из параллельно расположенных оребрённых труб, обеспечивает равномерный нагрев и снижает напряжение металла благодаря высокой скорости движения теплоносителя и малому объёму воды в котле. Это предотвращает старение металла и образование трещин и разрывов.
Подача воды в отопительную систему для подпитки
В системе отопления может возникнуть необходимость добавления воды по нескольким причинам: протечки или избыток воды в расширительном баке. Когда система достигает максимальной температуры, вода расширяется и, если она не может полностью выйти через предохранительный клапан, происходит её слив. После остывания системы в баке может оказаться недостаточно воды, и её нужно будет долить.
В полностью закрытой системе количество накипи обычно невелико, и большинство котлов способны её выдержать. Накипь, которая появляется при первом запуске отопления, обычно не образуется повторно. Однако если в систему часто поступает подпиточная вода, ситуация меняется. Если вода не соответствует требованиям, указанным в паспорте котла, металлические поверхности теплообменника, трубопроводов и радиаторов покрываются накипью. Эти твёрдые частицы оседают в местах с наименьшей скоростью потока теплоносителя, обычно в зонах застоя в теплообменнике котла. Это нарушает теплообмен, металл перегревается, его структура меняется, и возникает течь.
Существует два способа предотвратить образование накипи:
1. Установка системы водоподготовки или устройства для удаления гидрокарбонатов кальция и магния из воды до её нагрева.
2. Механическая очистка поверхностей для предотвращения или удаления отложений.
В гидронных котлах используется конструкция, которая автоматически очищает все нагреваемые поверхности, предотвращая образование отложений. Принцип работы прост: вода проходит через нагреваемые поверхности с высокой скоростью, что не даёт осадкам образовываться. Если же отложения всё же появляются, они немедленно размываются потоком воды. Однако для этого требуется довольно высокая скорость потока. Если она слишком мала для объёма отложений, то слой накипи будет увеличиваться. Поэтому чем жёстче вода, тем больше должна быть скорость потока.
В котлах с теплообменниками из оребрённых труб проблема образования отложений решается следующим образом:
В теплообменниках нет осадка, потому что скорость теплоносителя выше, чем в трубах отопительной системы, и он уносит взвесь по всей системе. Если возникнут проблемы, то очистить теплообменник, который является разборной конструкцией, не составит труда.
Почему все любят чугунные котлы?
Давайте более подробно рассмотрим преимущества чугунного теплообменника:
1. Чугунный теплообменник обладает способностью выдерживать высокое давление в системе отопления, которое может достигать 6 атмосфер.
2. Конструкция теплообменника, состоящая из нескольких секций, делает его удобным в обслуживании. В случае необходимости можно заменить только одну секцию, не заменяя весь теплообменник целиком.
3. Чугунные секции не так чувствительны к качеству воды, как стальные пластинчатые теплообменники. Благодаря большим внутренним полостям, образование накипи происходит медленнее, что снижает риск перегрева и выхода из строя.
4. Чугунный теплообменник имеет низкое гидравлическое сопротивление, что позволяет использовать котлы без циркуляционного насоса в некоторых случаях. Это особенно актуально для старых систем отопления, где циркуляция может быть затруднена.
5. Срок службы чугунного теплообменника составляет около 25 лет. Это достигается за счёт высокой надёжности чугунных секций. При правильном обслуживании и эксплуатации чугун сохраняет свои свойства на протяжении длительного времени.
Однако за эти преимущества приходится платить высокую цену, которая обычно в 1,5-2 раза выше, чем у котлов с классическим стальным теплообменником. Это связано с высокой металлоёмкостью котла и сложностью производства и обработки чугуна.
Почему стальной скоростной разборный теплообменник можно сравнить с чугунным секционным?
Конструкция теплообменников в гидронных котлах разработана таким образом, чтобы выдерживать давление теплоносителя до 10 атмосфер. Для сравнения, стандартные стальные теплообменники обычных котлов рассчитаны на давление до 3 атмосфер, и его превышение может привести к повреждению. Поэтому в комплекте с каждым котлом идёт предохранительный клапан, рассчитанный на 3 атмосферы.
Чугунные котлы, в свою очередь, могут работать при давлении до 6 атмосфер. Таким образом, гидронный котёл превосходит по этому параметру не только стальные, но и чугунные котлы любого производителя.
Гидронный теплообменник отличается высокой ремонтопригодностью благодаря своей модульной конструкции с пассивной системой безопасности. Без использования дополнительных приборов, датчиков и автоматизации, разборный гидронный теплообменник защищает себя от следующих аварийных ситуаций:
* перегрев;
* разморозка;
* превышение давления.
Все эти факторы могут привести к быстрому выходу из строя чугунного котла, причём пострадать могут не только отдельные секции, но и несколько соседних. Это потребует дорогостоящего ремонта, связанного с заменой секций на новые. В случае с гидронным котлом AR-S Lutex ремонт займёт гораздо меньше времени и потребует только стандартного инструмента, а также комплекта специальных прокладок и хомутов, которые стоят недорого.
Конструкция гидронного теплообменника из оребренной трубы существует на рынке уже более 70 лет и успешно проверена и доработана. Мы не располагаем информацией о том, что хомуты могут выйти из строя из-за заводского брака. Хомут может сломаться только по двум причинам: из-за разморозки теплообменника или из-за закипания воды в нём. В этих аварийных ситуациях, когда высокое давление теплоносителя в котле может повредить сам теплообменник, хомут выступает в роли клапана сброса давления. Разрушаясь, он позволяет спасти секции теплообменника. В чугунном котле такой пассивной защиты от разморозки или закипания нет.
Стоит отметить, что при разморозке стального котла (классические пластинчатые и жаротрубные) происходит вздутие полостей теплообменника, а также возможен разрыв металла по швам или в местах наибольшего скопления льда. В случае небольших повреждений возможен ремонт, но в большинстве случаев требуется замена теплообменника на новый. Согласитесь, что замена теплообменника — это дорогостоящая процедура по сравнению с заменой прокладок и хомутов.
Минусы котлов Lutex ARS, превращенные в плюсы
Котлы серии ARS обладают более высоким гидравлическим сопротивлением, чем традиционные стальные или чугунные модели. Это связано с особенностями их теплообменника, который имеет множество изгибов труб и поворотов на 90 градусов без использования отводов. Для работы котлов ARS требуется высокоскоростной насос. Однако, несмотря на это, их стоимость ниже, чем у моделей с чугунным теплообменником, что делает их установку экономически выгодной.
Использование насоса в котлах ARS открывает множество преимуществ:
* **Быстрый и равномерный прогрев системы отопления**: Высокоскоростной насос обеспечивает более быстрое и эффективное распределение тепла по всему дому, что способствует быстрому и равномерному прогреву помещений.
* **Поддержание одинаковой температуры теплоносителя**: Насос поддерживает постоянную температуру теплоносителя во всей системе, что гарантирует стабильность и комфорт в доме.
* **Точная настройка и регулировка температуры**: Возможность точной настройки и регулировки температуры в отдельных зонах помещения или для каждого радиатора с помощью термоголовок или электронных систем умного дома позволяет создать идеальный микроклимат в доме.
* **Использование систем тёплого пола**: Насос делает возможным применение систем тёплого пола, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему помещению.
* **Защита от примесей и мусора**: Высокая скорость потока препятствует попаданию примесей и мусора в систему, что значительно снижает риск образования накипи внутри труб.
Кроме того, использование насоса в котлах ARS обеспечивает:
* **Высокий КПД**: Насос поддерживает высокий коэффициент полезного действия на протяжении всего срока эксплуатации котла, что позволяет экономить на энергозатратах.
* **Предотвращение образования накипи**: Насос предотвращает образование накипи при нагреве воды, что значительно снижает вероятность возникновения проблем.
* **Защиту от нежелательных отложений**: Мощный циркуляционный насос обеспечивает постоянную промывку теплообменника, что предотвращает образование отложений и обеспечивает его долгий срок службы.
Угловатая конструкция калачей в теплообменнике, которая может показаться недостатком, на самом деле является преимуществом. Высокая скорость движения теплоносителя приводит к тому, что вода постоянно ударяется о повороты труб, перемешивается и завихряется, что обеспечивает эффективную промывку конструкции.
Использование антифризов в качестве теплоносителя также возможно, однако требует постоянного контроля состояния системы и своевременной замены антифриза, обычно каждые 3-5 лет. В противном случае возможно повреждение других элементов отопительной системы.
В целом, использование высокоскоростного насоса в котлах ARS обеспечивает эффективную передачу тепла от стенок трубы теплообменника через оребрённые кольца. При низкой скорости потока внутри теплообменника вода движется слоями, что приводит к образованию устойчивой плёнки жидкости рядом с металлической поверхностью. Эта плёнка препятствует полноценной передаче тепла в систему. Только высокая скорость потока воды способна сорвать этот слой и обеспечить максимальный КПД. Чем выше скорость потока, тем эффективнее теплообмен.
Эксперименты показали, что использование высокоскоростного насоса позволяет повысить скорость передачи тепла примерно в 5 раз по сравнению с котлом, работающим на естественной циркуляции.
Использование высокоскоростного насоса в котлах ARS также позволяет минимизировать затраты на химическую подготовку воды. Если использовать воду с содержанием железа не более 0,3 мг/л и карбонатной жёсткостью 1 мг-экв/л, то химическая подготовка не требуется. Это позволяет добиться идеального срока службы более 15 лет.
Таким образом, использование высокоскоростного насоса в котлах ARS не является недостатком, а скорее преимуществом. Не стоит бояться более мощного насоса, так как тема его использования на рынке уже давно проработана.
Для сравнения можно рассмотреть параметры любого производителя котла со стальным пластинчатым или жаротрубным теплообменником на 100 кВт. В среднем, объём теплоносителя в таких котлах варьируется от 80 до 110 литров. В водогрейных газовых напольных котлах ARS-100 объём воды составляет 13,6 литра, что примерно в 8 раз меньше.
По паспорту расход воды через котёл с пластинчатым или жаротрубным теплообменником должен быть в диапазоне от 3 до 4 м3 в час, а в котле ARS 100 — 4,3 м3 в час. Разница небольшая.
Для сравнения можно рассмотреть насосы от одного производителя для котлов с принципиально разным конструктивом теплообменника. Для первого варианта подойдёт насос Wester WCP 25/60 с производительностью 2,7 м3 в час, который стоит 3000 рублей. Для ARS подойдёт насос Wester WCP 25/80 с производительностью 8,5 м3 в час, который стоит 6000 рублей. Разница в цене насосов составляет 3000 рублей, но при этом сам котёл ARS дешевле примерно на 30 тысяч рублей.
Ещё одним важным моментом, который стоит учесть, является полная зависимость работы котла от напряжения в электросети 220 В. Электроэнергия необходима не только для насоса, так как конструкция теплообменника не позволяет использовать естественную циркуляцию теплоносителя, но и для работы автоматики.
Чтобы котёл функционировал бесперебойно, необходимо либо постоянно иметь доступ к электросети, либо использовать автономный бензогенератор с автоматическим запуском двигателя, который будет работать совместно с источником бесперебойного питания. Для некоторых этот момент может стать решающим.
Один из наших клиентов отказался от покупки стального котла ARS в пользу чугунного, несмотря на зависимость от электросети. Однако благодаря этому, котёл соответствует современным технологиям и обладает удобными функциями: электроподжиг, дистанционное управление через смартфон или веб-браузер, а также другие настройки.
Эти возможности стали возможны благодаря использованию газовых клапанов производства Honeywell (США) и SIT GROUP (Италия). Для моделей мощностью от 150 до 500 кВт применяются газовые клапаны производства Термобрест (Беларусь), Овен (Россия, с функцией погодозависимого программирования) и автомат розжига БРАХМА (Италия).
Если у вас возникли вопросы или вам требуется дополнительная информация, документация, паспорт, фотоинструкция или любая другая помощь, мы будем рады помочь вам.
В заключение, вот ключевые выводы:
1. Разборная конструкция теплообменника обеспечивает удобство обслуживания и ремонта.
2. Высокая скорость потока и компактные размеры теплообменника снижают вероятность образования конденсата до минимума.
3. Безопасность гарантируется благодаря пассивной защите от теплового удара, которая обеспечивается разделением теплообменника на секции и автоматическим сбросом давления в случае аварийной ситуации.
4. Котлы идеально подходят для установки в образовательных, медицинских и социальных учреждениях.
5. Отсутствие потерь «горячего резерва» позволяет существенно экономить газ.
6. Компактные размеры и небольшой вес котла значительно снижают затраты на доставку, монтаж и транспортировку, а также уменьшают металлоёмкость конструкции.
7. Атмосферная горелка из нержавеющей стали обеспечивает надежность и экономичность работы.
8. Стальной секционный скоростной теплообменник из оребренных труб отличается высокой ремонтопригодностью и разборностью.
9. Удаленный дистанционный контроль и управление, погодозависимое регулирование, автоматический электроподжиг и запас надёжности плат управления делают эксплуатацию котла удобной и безопасной.
10. Автоматика от проверенных производителей обеспечивает стабильность и надежность работы котла.
11. Возможность подключения к системе «Умный дом» открывает дополнительные возможности для управления и контроля.
Если у вас возникли вопросы, свяжитесь с нами по телефонам +7 (999) 401-90-00 и +7(908) 148-02-97 или напишите на нашу электронную почту e5klimat@yandex.ru.
Подписывайтесь на наш блог, чтобы быть в курсе последних новостей в сфере отопления и климата.
Материал подготовлен на базе контента из микроблога специалистов компании ЭС КЛАСС КЛИМАТ в Яндекс ДЗЕН.
Предлагаем ознакомиться с другими нашими статьями на тему отопления:
-
К чему приводит ремонт чугунного котла КЧМ-7, КЧМ-5 Кировский завод? Реальная история
-
Как выбег насоса отопительного котла изменил потребление электричества
-
Автоматика РГУ: простыми словами о универсальном газовом регуляторе
-
Феникс - котельная больше не нужна. Уличный котел наружного размещения
-
Как насос уменьшает расход газа? Простыми словами о сложном в отоплении
-
Взрывобезопасность газовых котлов. Современные конструктивные технологии защиты
-
Инструкция к автоматике САБК-М. Технические особенности и монтаж. Настройка и ремонт. Пуск котла
-
Боринское – история котлов под названием ИШМА. Модельный ряд
-
8 прогрессивных шагов, из-за которых стоит задуматься о замене чугунного котла
С уважением к Вам, ООО "ЭС КЛАСС КЛИМАТ", где каждый клиент, всегда становится другом!
