Теплообменник для отопления: независимая схема подключения, подбор и типовые ошибки

ООО «ПРОМТЕХРЕШЕНИЯ» · 

Теплообменник в системе отопления разделяет тепловую сеть и внутренний контур здания. Сетевая вода отдаёт тепло через пластины и уходит обратно на источник, а в радиаторах циркулирует своя вода со своим давлением и температурой. Такое присоединение называют независимым. Для новых зданий, которые подключают к централизованному теплоснабжению, оно стало базовым требованием СП 510.1325800.2022.

Коротко

•      Новые, реконструируемые и капитально ремонтируемые здания при централизованном теплоснабжении подключают по независимой схеме через ЦТП или ИТП (п. 6.2 СП 510.1325800.2022).

•      Поверхность теплообменника считают при температуре сети для расчётной температуры наружного воздуха и закладывают запас 20% (п. 8.2.4).

•      Если здание не допускает перерывов в подаче тепла, ставят два параллельных аппарата, каждый на 100% нагрузки (п. 8.2.7).

•      Для подбора нужны нагрузка, температурные графики обоих контуров, давления и допустимые потери давления.

•      В тепловых пунктах чаще работают разборные пластинчатые теплообменники: их можно разобрать, промыть и нарастить пакет пластин.

Как устроена независимая схема

В схеме два контура. Первичный идёт от тепловой сети или котельной, вторичный обслуживает систему отопления здания. Между ними стоит пластинчатый теплообменник: сетевая вода течёт по одним каналам, вода системы отопления по соседним, и тепло переходит через тонкую стенку пластины. Среды не смешиваются, давление сети в здание не передаётся.

У вторичного контура свой циркуляционный насос, свой расширительный бак и своя подпитка. Контур замкнутый: его заполняют один раз, дальше он теряет совсем немного воды. По п. 5.10 СП 510.1325800.2022 заполнять и подпитывать такие системы можно водой из обратного трубопровода тепловой сети, насосом или напором самой сети, если его хватает.

Зависимая и независимая схема: в чём разница

Когда нужна независимая схема

•      Новое строительство, реконструкция и капремонт. П. 6.2 СП 510.1325800.2022 требует подключать такие здания по независимой схеме через встроенный или пристроенный ЦТП или ИТП. Исключение одно: случаи, когда реконструкция системы теплоснабжения не выполняется.

•      Давление в сети выше допустимого для системы здания. Радиаторы, трубы и арматура внутри дома рассчитаны на своё давление. Теплообменник отсекает давление сети, и система работает в своём диапазоне.

•      Низкотемпературные потребители. Тёплые полы, конвекторы, вентиляция с другим графиком проще работают от своего контура.

•      Особый теплоноситель. Незамерзающий раствор можно залить только во вторичный контур, сетевая вода остаётся водой.

•      Требование теплоснабжающей организации. Схему присоединения прописывают в технических условиях, поэтому перед подбором их стоит перечитать.

Для промышленных зданий свод правил допускает обе схемы с учётом технологических особенностей (п. 5.3). Требования к внутренним системам отопления смотрят вместе с СП 60.13330 (п. 6.1).

Из чего состоит узел отопления с теплообменником

1.    Теплообменник. В тепловых пунктах это обычно разборный пластинчатый аппарат. Пластины по п. 8.2.3 делают из нержавеющей стали, марку подбирают по качеству воды.

2.    Регулирующий клапан с электроприводом на первичной стороне. П. 5.5 требует ставить регулирующие клапаны на обвязке водоподогревателей, чтобы отпуск тепла шёл по графику наружной температуры. Клапаном управляет погодный контроллер.

3.    Циркуляционные насосы вторичного контура. По п. 5.6 их ставят на обратный трубопровод перед теплообменником. Насосы работают весь отопительный период, для систем с переменным расходом рекомендован частотный привод (п. 8.3.2).

4.    Расширительный бак и предохранительные клапаны. При независимой схеме расширительное оборудование обязательно (п. 8.6.1). Мембранный бак ставят на обратный трубопровод после фильтра и перед циркуляционным насосом (п. 8.6.2), бак оснащают предохранительным клапаном (п. 8.6.6).

5.    Подпитка из обратного трубопровода тепловой сети (п. 5.10).

6.    Грязевики и фильтры. Грязевик ставят на подающем трубопроводе на вводе сразу после первой запорной арматуры, фильтры на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами, насосами и приборами учёта. Ячейка сетки фильтра не больше 1,0 мм (п. 8.5.13).

7.    Запорная арматура, манометры, термометры, воздухоотводчики и дренажи на входе и выходе каждого контура. По перепаду давления на аппарате видно, когда пора на промывку.

Схемы ГВС с одноступенчатым и двухступенчатым подключением мы разбирали в статье о теплообменнике для ГВС. Особенности подбора и монтажа в тепловых пунктах собраны в материале о теплообменниках для ЦТП и ИТП.

Какие данные нужны для подбора

Для замены старого аппарата проект часто и не нужен. Хватит фото шильда, паспорта или фактических температур и расходов. Как читать шильд, мы разбирали в статье про маркировку.

Пример расчёта теплообменника отопления

Оценим площадь аппарата для здания с нагрузкой 500 кВт. Сеть работает по графику 130/70 °C, система отопления по 80/60 °C, теплообменник включён по противотоку.

Шаг 1. Расходы

G = Q / (c × Δt), где c = 1,163 Вт·ч/(кг·К)

•      Вторичный контур: 500 000 / (1,163 × 20) ≈ 21 500 кг/ч, около 21,5 т/ч.

•      Первичный контур: 500 000 / (1,163 × 60) ≈ 7 170 кг/ч, около 7,2 т/ч.

Шаг 2. Среднелогарифмический температурный напор

На горячем конце аппарата разница температур 130 − 80 = 50 К, на холодном 70 − 60 = 10 К.

LMTD = (50 − 10) / ln(50 / 10) ≈ 24,9 К

Шаг 3. Площадь и запас

F = Q / (k × LMTD)

Для пары вода-вода в пластинчатом аппарате коэффициент теплопередачи k обычно лежит в диапазоне 3000-6000 Вт/(м²·К). Возьмём 4000: F = 500 000 / (4000 × 24,9) ≈ 5,0 м². С запасом 20% по п. 8.2.4 СП 510.1325800.2022 выходит около 6,0 м².

Самое чувствительное место расчёта: холодный конец. Если сеть в мороз отдаёт меньше расчётных 130 °C из-за срезки графика, напор падает, и аппарат на пике нагрузки недодаёт тепло. Фактическую температуру подачи при расчётной наружной лучше уточнить у теплоснабжающей организации до подбора.

Один теплообменник или два

П. 8.2.7 СП 510.1325800.2022 в редакции Изменения № 1 говорит прямо: для систем отопления зданий, которые не допускают перерывов в подаче тепла, ставят два параллельно включённых теплообменника, каждый на 100% производительности. Для остальных зданий норма количество не задаёт, и чаще ставят один аппарат с обслуживанием летом.

В районах вечной мерзлоты требования строже: не меньше двух аппаратов по 75% производительности, а для зданий без права на перерыв по 100% (п. 14.3.5).

Второй аппарат на 100% заметно удорожает узел. Зато он даёт промыть или перебрать пакет посреди зимы, и отопление при этом работает.

Разборный или паяный

Для ИТП и ЦТП стандартный выбор: разборный пластинчатый теплообменник. Сетевая вода редко бывает чистой, и аппарат со временем придётся открывать: разборная промывка, замена уплотнений, иногда доборка пластин под выросшую нагрузку. Паяный аппарат компактнее и дешевле, его ставят в небольших закрытых контурах с чистой водой, например в частном доме. Подробное сравнение есть в статье «Разборный или паяный теплообменник».

Материал пластин подбирают по воде: AISI 304 для закрытых контуров с подготовленной водой, AISI 316 при хлоридах и в ГВС. Подробно об этом в разборе материалов пластин. Уплотнения для сетевой воды обычно EPDM с запасом по температуре графика, подробности в статье про уплотнения.

Типовые ошибки

1.    Подбор по одной мощности. Без графиков и допустимых потерь давления легко получить аппарат, который на бумаге даёт 500 кВт, а в узле упирается в насос.

2.    Расчёт по средней температуре сети. Поверхность считают при температуре, которая соответствует расчётной наружной (п. 8.2.4). Аппарат, посчитанный по осенним параметрам, мороз не вытянет.

3.    Лишний запас. Нормативных 20% хватает. Когда запас раздувают в полтора-два раза, скорость в каналах падает, и пакет зарастает быстрее.

4.    Нет грязевика и фильтров. Шлам и окалина из сети забивают каналы, перепад давления растёт, мощность падает.

5.    Перепутаны патрубки. При прямотоке вместо противотока аппарат теряет заметную часть мощности.

6.    Насос вторичного контура подобран без учёта сопротивления аппарата. Расход выходит ниже расчётного, дальние стояки недогреваются.

7.    Пуск с пустым вторичным контуром. Если открыть сеть раньше, чем вторичный контур заполнен и поднят по давлению, пластины нагружаются с одной стороны и могут прогнуться. Сначала заполняют и развоздушивают вторичный контур, потом медленно открывают первичный.

8.    Резкие переключения задвижек. Быстрое закрытие арматуры на вводе даёт гидроудар, который выдавливает уплотнения из канавок.

Как подбираем теплообменник для отопления в ПромТехРешения

Инженеры ПромТехРешения делают теплотехнический расчёт бесплатно, срок от 3 часов. Считаем по ТЗ, опросному листу, проекту или по шильду старого аппарата. Если нужна замена импортного теплообменника, подбираем аналог Alfa Laval, Ридан, Danfoss, Funke, Sondex или ЭТРА с сохранением характеристик. Производство от 5 рабочих дней, доставка по всей России.

Для расчёта пришлите нагрузку, графики обоих контуров, давления и фото места установки. Заявку можно оставить на странице подбора теплообменника или выбрать модель в каталоге разборных пластинчатых теплообменников.

Частые вопросы

Чем независимая схема отопления отличается от зависимой?

В независимой схеме сетевая вода и вода системы отопления разделены теплообменником и не смешиваются, у каждого контура своё давление. В зависимой сетевая вода идёт прямо в радиаторы через элеватор или смесительный узел.

Обязательна ли независимая схема для нового здания?

Да, если здание подключают к централизованному теплоснабжению. П. 6.2 СП 510.1325800.2022 требует подключать новые, реконструируемые и капитально ремонтируемые здания по независимой схеме через ЦТП или ИТП. Исключение: случаи, когда реконструкция системы теплоснабжения не выполняется.

Какой запас площади закладывать при подборе теплообменника отопления?

По п. 8.2.4 СП 510.1325800.2022 запас поверхности нагрева водо-водяных подогревателей составляет 20%. Больший запас снижает скорость в каналах и ускоряет загрязнение аппарата.

Нужен ли второй теплообменник на отопление?

Для зданий, которые не допускают перерывов в подаче тепла, ставят два параллельных аппарата по 100% нагрузки каждый (п. 8.2.7 СП 510.1325800.2022). Для остальных зданий норма количество не задаёт, обычно ставят один аппарат и обслуживают его летом.

Какой теплообменник лучше для ИТП: разборный или паяный?

Для ИТП и ЦТП чаще берут разборный пластинчатый: его можно разобрать, промыть, заменить уплотнения и добавить пластины. Паяный подходит для небольших закрытых контуров с чистой водой.

Можно ли залить антифриз во вторичный контур?

Свод правил допускает во вторичном контуре другие теплоносители, если они соответствуют санитарным нормам и расчётным параметрам (п. 4.1 СП 510.1325800.2022). Раствор гликоля переносит тепло хуже воды, поэтому теплообменник и насосы пересчитывают под него.