Классическое определение теплообменника гласит, что это «техническое устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами, имеющими различные температуры». Нагрев одной среды за счёт высокой температуры другой — основная функция теплообменников, однако вместе с теплообменом в них также могут протекать процессы фазовых переходов (конденсация, испарение, смешение). Вряд ли можно представить себе техническое устройство, более востребованное цивилизацией. Теплообменные аппараты играют ключевую роль в различных сферах деятельности человека, от тяжёлой промышленности до повседневного бытового комфорта, обеспечивая эффективное использование энергии и оптимизацию тепловых процессов.
Теплообменники широко применяются в технологических процессах в нефтегазовой, химической и пищевой отраслях, в энергетике и коммунальном хозяйстве. Эффективность их функционирования напрямую влияет на рентабельность производства. В качестве конденсаторов или испарителей теплообменники присутствуют в окружающей нас бытовой технике, прежде всего в холодильниках и кондиционерах. Даже обычный радиатор является теплообменным аппаратом.
Большинство теплообменников различных конструкций, включая устройства для отопительных котлов, относятся к рекуперативному типу, то есть осуществляющие теплообмен движущиеся среды разделены в них стенкой.
Теплообменные аппараты являются прежде всего термически высоконагруженным узлами, которые, помимо этого, подвергаются ещё и интенсивному химическому и механическому воздействию. В настенных газовых котлах теплообменник располагается в топочной камере над горелкой и испытывает серьёзный «стресс» от высоких температур, копоти, агрессивных компонентов продуктов сгорания и продуктов их конденсации, прежде всего кислотных ангидридов, а также значительных механических нагрузок, возникающих из-за температурного расширения и вибрации. Температура в топочной камере современного котла обычно поддерживается на уровне 300–500°C, но может достигать и 900–2000°C, противостоять чему может только особенно жаропрочная конструкция.
Помимо этого, термические циклы расширения металла при нагреве и сжатия при охлаждении могут привести к ослаблению стенок аппарата. Поэтому исключительно важно, чтобы теплообменник был выполнен из материалов, способных выдерживать такой нагрев и устойчивых к коррозии, а также был качественно спроектирован и собран.
Конструкция
В зависимости от количества контуров (один или два), которые поддерживает отопительный газовый котёл, он может быть оснащён теплообменниками: первичным, вторичным или совмещённым (битермическим).
Первичный (основной) теплообменник предназначен для монтажа в однои двухконтурных котлах. В нём происходит самое главное — теплопередача от продуктов сгорания газа к теплоносителю системы отопления. Обычно основной теплообменник представляет собой полую трубку большого диаметра, изогнутую в одной плоскости в виде змеевика. Для увеличения рабочей поверхности (следовательно, и мощности устройства) на этой трубке размещают поперечные пластины разного размера. Такая конструкция является наиболее простой, прочной и безотказной. Теплообменник располагается горизонтально над горелкой в топочной камере котла, и через него снизу вверх проходят наиболее разогретые продукты сгорания. За сравнительно небольшое время прохождения теплоносителя по трубке-змеевику он успевает разогреться до требуемой температуры. Для системы отопления частного дома в самые морозные дни максимальный нагрев теплоносителя составляет не более 90–95°C, но обычно температура на выходе из котла поддерживается не более 60–75°C в зависимости от температуры «за окном».
Вторичный теплообменник устанавливается в двухконтурных котлах, в нём тепло передаётся от уже нагретого теплоносителя к санитарной воде в контуре ГВС, поэтому, собственно, такой теплообменный аппарат и называется «вторичным». Конструкционно вторичный теплообменный аппарат обычно выполняется пластинчатым и даже многоходовым, что предполагает многоразовое прохождение жидкости в разных направлениях, что помогает её лучшему прогреванию. Вторичный теплообменник отличается от первичного ещё и тем, что скорость течения взаимодействующих сред в нём существенно выше, что даёт благотворный эффект — меньшие отложения накипи на внутренних поверхностях.
В битермическом (совмещённом) теплообменнике происходит двойной теплообмен — от продуктов сгорания газа к теплоносителю и от теплоносителя к санитарной воде в системе ГВС. Обычно это простая коаксиальная система типа «труба в трубе», причём по внешней трубе (снабжённой поперечными пластинами) движется теплоноситель, а по внутренней — санитарная вода. Битермические теплообменники в настоящее время становятся всё менее популярны, поскольку внутренняя труба подвергается сильному нагреву, быстро «зарастает» накипью, вследствие чего использование двух раздельных теплообменников оказывается гораздо надёжнее.
Материалы и технологии
В отличие от напольных газовых котлов средней и большой мощности, теплообменные аппараты которых выполняются из чугуна, нержавеющей стали, меди или силумина (эвтектический сплав «алюминий — кремний»), для изготовления первичных теплообменников настенных газовых котлов в основном применяется нержавеющую сталь, реже — электролитическую медь. Иногда для улучшения жаростойкости теплообменник покрывается силуминовым сплавом. Вторичные теплообменники изготавливают также прежде всего из нержавеющей стали, иногда из меди и алюминия. Как правило, во вторичном теплообменнике применяется омеднение поверхностей стальных пластин, что дополнительно повышает коррозионную стойкость прибора.
Теплообменники могут быть изготовлены различными способами, каждый из которых имеет свои преимущества. Для соединения отдельных элементов теплообменника используется пайка или сварка. Наиболее распространённая пайка обеспечивает высокую герметичность и прочность соединений и чаще всего применяется для медных и стальных теплообменников. Сварка обеспечивает надёжные соединения для теплообменников с толстыми стенками, но обычно используется для производства теплообменных аппаратов, работающих при высоком давлении и температуре.
Проблемы с теплообменником
Перечислим некоторые симптомы проблем, которые могут возникнуть с теплообменником. Стоит отметить, что некоторые из них могут быть признаком совсем других скрытых неприятностей. Если вы беспокоитесь о безопасности вашего газового котла, лучше всего вызвать квалифицированного сервисного инженера.
Снижение температуры теплоносителя
Если радиаторы не нагреваются должным образом, или тёплые полы недостаточно подогреты, это может указывать на проблемы с теплообменником, однако далеко не в первую очередь. Причин неудовлетворительного функционирования системы отопления слишком много, чтобы сразу винить в этом теплообменник.
Жёлтое или искажённое пламя
Когда газовый котёл включён, пламя его горелки должно быть спокойным, устойчивым и иметь голубой цвет. Если пламя жёлтое и нестабильное, дрожит или колеблется, то это может быть признаком того, что горелка загрязнена (скорее всего) или в первичном теплообменнике есть повреждение (трещина).
Утечка воды
Трещина в пластинах или дефект его уплотнений может привести к утечке теплоносителя из теплообменника. Капать скорее всего будет из нижней части корпуса котла. Если вы заметили утечку и не можете определить её местоположение, вызовите сервисного специалиста, чтобы он провёл более тщательный осмотр.
Звучит сигнализация об угарном газе
Следует установить датчик угарного газа рядом с вашим котлом. Он предупредит о возможных утечках, которые могут привести к отравлению угарным газом. Если сработала сигнализация, следует выключить котёл и не включать его снова, пока прибор не будет полностью проверен сервисным инженером.
Угарный газ может являться следствием трещины в теплообменнике, или может быть забит дымоход. В любом случае эту проблему необходимо быстро решить.
Странные запахи
Трещина или повреждение теплообменника может вызвать необычный запах, похожий на запах формальдегида. Этот химический запах может вызвать головные боли и другие симптомы, такие как слезотечение.
Стук или свист
Стук или свист свидетельствует об образовании и локальном осаждении накипи (отложения солей жёсткости) внутри теплообменника. В этом месте вода становится горячее и быстро закипает, скопление пузырьков и пара вызывает свистящий звук. Накипь может в конечном итоге привести к трещине теплообменника, поэтому важно ежегодно его чистить.
Серьёзной проблемой теплообменников газового котла могут стать грязь и шлам, попавшие в него из системы отопления, поэтому фильтрация, водоподготовка и умягчение теплоносителя (и санитарной воды) являются обязательными атрибутами нормальной системы отопления.
Техническое обслуживание теплообменников газовых котлов
Регулярное техническое обслуживание теплообменников является важным аспектом их надёжной работы и долговечности. Рассмотрим ключевые моменты обслуживания:
1. Регулярные осмотры. Ежегодные проверки котла квалифицированными специалистами помогут выявить признаки износа, накипи и утечек, а также провести диагностику.
2. Очистка. Чистка теплообменника от накипи и шлама особенно важна для поддержания его эффективности. Это может включать механическую или химическую очистку, основанную на рекомендациях производителя.
3. Контроль качества воды. Обеспечение соответствия качества воды в системе поможет избежать коррозии и накипи. Использование систем водоподготовки, прежде всего умягчители, является обязательной практикой.
4. Замена. Если теплообменник сильно корродирован или имеет трещины, его замена станет необходимостью. Важно использовать только совместимые и качественные заменители для поддержания эффективности работы котла.
5. Важность квалифицированного ремонта. Ещё раз отметим, что все работы по ремонту и обслуживанию теплообменников должны проводиться только квалифицированными специалистами. Неправильный монтаж или ремонт котла могут привести к серьёзным проблемам, включая повреждение теплоагрегата и его неэффективную работу.
Важность регулярного техобслуживания самого котла
Для обеспечения надёжной и безопасной работы отопительного котла крайне важно проводить его регулярное техническое обслуживание. Газовые котлы работают с потенциально опасным топливом, и несоблюдение сроков ТО может привести как к снижению теплоотдачи и увеличению расхода газа, а также механическим поломкам оборудования, так и к утечкам газа или образованию угарного газа, что быстро повлечёт за собой возникновение тяжёлой аварийной ситуации.
Для надёжной работы отопительного котла необходимо выполнять ежегодный минимальный «комплект» проверок, оценивая и проверяя:
- внешний вид и непроницаемость прокладок газового контура и камеры сгорания котла;
- состояние и правильное положение электрода зажигания и электрода — датчика пламени;
- состояние горелки и её крепление к фланцу;
- отсутствие пыли, грязи и скоплений копоти внутри камеры сгорания (для очистки камеры сгорания используют пылесос или продувку сжатым воздухом);
- правильную настройку газового клапана котла;
- давление в системе отопления;
- давление в расширительном баке;
- правильную работу вентилятора;
- отсутствие загрязнений внутри дымохода и воздуховода.
Всё это может сделать только лицензированный сервисный специалист, обладающий соответствующими навыками и тестовым оборудованием. Если вы не являетесь квалифицированным «сервисменом», не пытайтесь самостоятельно выполнить перечисленный объём работ. Не стоит даже снимать кожух котла и рассматривать его «внутренности».
Заключение
Теплообменник газового котла — это сложное и жизненно важное устройство, от которого зависит эффективность и надёжность всей системы отопления. Понимание его устройства, типов, возможных проблем и важности регулярного обслуживания поможет обеспечить долговечную и безопасную эксплуатацию вашего газового котла. Обращение к профессиональным сервисным специалистам для выполнения ремонтов и обслуживания поможет избежать серьёзных проблем в будущем и обеспечит надёжную работу системы отопления.
