Змеевиковый теплообменник — это спиральная трубка (гладкая стальная, эмалированная или гофрированная из нержавеющей стали), погруженная внутрь бака-накопителя для передачи тепла между двумя водяными контурами без их смешивания. В практике солнечных систем площадь змеевика подбирают примерно 0,2–0,3 м² поверхности теплообменника на 1 м² площади коллектора; бойлерам для тепловых насосов нужна площадь змеевика примерно втрое больше, чем у эквивалентного бойлера для котла.
Что делает змеевиковый теплообменник в баке-накопителе?
Змеевик косвенного нагрева разделяет два водяных контура, но позволяет теплу переходить между ними. Первичный контур — солнечный теплоноситель, вода системы отопления от теплового насоса или вода котла — прокачивается через змеевик; накопленная вода вокруг него нагревается за счет естественной конвекции через стенку змеевика. Контуры никогда не смешиваются, что принципиально, когда в первичной стороне находится антифриз пропиленгликоль или непитьевая вода системы отопления, а в баке хранится питьевая вода.
Змеевики косвенного нагрева — стандартный способ передачи тепла в европейских бойлерах. EN 12897, стандарт на накопительные водонагреватели косвенного нагрева закрытого типа, определяет, как такие баки и их теплообменники задаются и испытываются, а EN 12977-3 проверяет, насколько хорошо солнечные накопители заряжаются и разряжаются через них.
Какие типы змеевиков применяются в баках для горячей воды?
- Гладкотрубный стальной змеевик — классический солнечный змеевик или змеевик котла, эмалируемый вместе с баком в бойлерах со стеклоэмалевым покрытием.
- Гофрированный змеевик из нержавеющей стали — гофрирование позволяет разместить больше поверхности на каждый метр трубы; применяется как змеевик проточного нагрева питьевой воды в гигиеническом баке.
- Двустенный защитный змеевик — две стенки трубы с зазором для обнаружения утечек; требуется некоторыми сантехническими нормами там, где солнечный теплоноситель граничит с питьевой водой.
- Схемы с двумя змеевиками — солнечный змеевик в нижней части бака и змеевик котла или теплового насоса выше; стандартная конфигурация комбинированных солнечных бойлеров.
Сколько поверхности змеевика нужно баку?
| Применение | Ориентировочное правило подбора | Пример |
|---|---|---|
| Солнечный змеевик для ГВС | 0,2–0,3 м² на 1 м² коллектора | 5 м² коллекторов → змеевик 1,0–1,5 м² |
| Змеевик догрева от котла | ~0,5–1,0 м² для семейного бойлера | Бойлер 200–300 л |
| Змеевик ГВС теплового насоса | ~0,25–0,3 м² на 1 кВт мощности | Тепловой насос 8 кВт → змеевик 2,5–3 м² |
| Гигиенический змеевик ГВС | Подбирается по пиковому расходу | Гофрированная нержавеющая сталь, на всю высоту бака |
Заниженный размер змеевика — классическая ошибка на практике: слишком маленький змеевик не может передать полную мощность источника, поэтому зарядка замедляется, а источник работает при более высокой температуре, чем необходимо.
Почему тепловым насосам нужны более крупные змеевики?
Теплопередача через змеевик определяется разностью температур между первичной водой и накопленной водой. Котел с температурой 80 °C, нагревающий бойлер до 60 °C, создает температурный напор 20 К; у теплового насоса, дающего воду 55 °C, он составляет, возможно, 5–10 К. Чтобы передать ту же мощность при разности температур в четыре раза меньше, змеевику нужна поверхность в несколько раз больше. Слишком маленький змеевик вынуждает тепловой насос повышать температуру подачи, а каждый лишний 1 °C температуры конденсации стоит примерно 2–3% COP (рекомендации EHPA по проектированию). Поэтому в специальных бойлерах для тепловых насосов установлены змеевики 2,5–4 м², тогда как бойлерам для котлов хватает около 1 м².
Где внутри бака расположены змеевики — и почему это важно?
Положение определяется стратификацией. Солнечный змеевик расположен в самом низу, где бак холоднее всего, потому что КПД коллектора резко растет, когда на него подается холодная вода. Змеевик котла или теплового насоса расположен в средней и верхней зоне, чтобы догрев затрагивал только дежурный объем в верхней части бака, а не разрушал холодную зону, необходимую солнечному контуру. Змеевик питьевой воды в гигиеническом баке проходит почти по всей высоте, используя температурную лестницу от холодного входа до горячего выхода. В эмалированных бойлерах питьевой воды змеевик эмалируется вместе с емкостью и защищается тем же магниевым анодом. Solimpeks производит бойлеры с одним и двумя змеевиками и гигиенические накопители на своем заводе в Конье, подбирая поверхность змеевика под поле коллекторов или мощность теплового насоса.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между бойлером с одним змеевиком и бойлером с двумя змеевиками?
В бойлере с одним змеевиком один теплообменник для одного источника тепла, обычно котла или теплового насоса. Бойлер с двумя змеевиками добавляет второй, нижний змеевик для солнечных коллекторов, позволяя солнцу предварительно нагревать весь объем, тогда как верхний змеевик доводит температуру до нужной. Бойлер с двумя змеевиками — стандартный выбор для солнечных систем ГВС.
Змеевик в баке или внешний пластинчатый теплообменник — что лучше?
Внутренние змеевики проще: не нужен дополнительный насос, нет автоматики, нет узких зазоров, склонных к загрязнению. Внешние пластинчатые теплообменники передают значительно больше мощности на единицу размера и подходят для больших полей коллекторов и станций приготовления ГВС. Для жилых домов обычно оптимален внутренний змеевик.
Можно ли заменить вышедший из строя внутренний змеевик?
Нет — змеевики вварены в емкость и не являются обслуживаемыми деталями. Отказы редки, потому что змеевик находится в той же защищенной среде, что и бак; если отказ все же произошел, на практике выходом становится установка внешнего пластинчатого теплообменника или замена бака.
Разрушает ли змеевик стратификацию во время работы?
Правильно расположенный змеевик поддерживает стратификацию: тепло, выделяемое на одном уровне, плавно поднимается в слой, соответствующий его плотности. Перемешивание вызывают высокоскоростные прямые входы, а не поверхности змеевика.