Немного об истории вопроса. Советский ГОСТ 27330 [1] (действует в РФ) на стальные воздухонагреватели (калориферы) дает минимально возможное число вариантов конструкции — всего две (трехрядные и четырехрядные) для каждого типоразмера нагревателя. Всех типоразмеров калориферов в данном ГОСТе заявлено 12 штук, но выпускаются только семь: КСк6, КСк7, КСк8, КСк9, КСк10, КСк11 и КСк12. Итого 14 штук калориферов на все возможные виды установок, такое вот небогатое наследство от СССР.

Современная «технология медно-алюминиевых теплообменников» (назовем ее так) позволяет создать более 100+ решений в одном размере и много (более 1000+) разных габаритов установок, что дает 100000+ реальных решений, и это очень сложный выбор для разработчиков и проектировщиков.

Расширенный набор теплообменников в ЦК самого крупного и популярного производителя вентиляционных установок (KORF и NED) содержит примерно 1000+ решений, вручную подобранных и проверенных сотрудниками завода «ТехноГрупп».

Выбор теплообменников для ЦК в базовой программе расчета ЦК («Два Облака») — это 100+ решений (что примерно в 20 раз меньше, чем у «ТехноГрупп»), причем они также вручную проверены и утверждены.

Помимо ошибок проектирования теплообменников, есть чисто конструктивные ошибки, в том числе основанные на «спорном» расчете, этим грешит как программа ROEN EST, так и «Два Облака».

Суммирование ошибок выбора теплообменников в программе подбора и ошибок самого изготовителя дают вероятность получить «плохое» решение в 30–50% изделий, что уже опасно для потребителя вентустановки. Дефицит опытных проектировщиков — расчетчиков теплообменников — создает очередь на выполнение расчетов и увеличивает сроки ожидания ответа поставщика.

Перечислим основные ошибки конструкции и подбора теплообменников, входящих в состав установок центрального кондиционирования:

1. «Несливаемость» трубок в нагревателях и охладителях. Проверка на «сливаемость» возможна только вручную. Более 50% нагревателей и 90% охладителей имеют «несливаемые» исполнения конструкции. Разморозка зимой отключенных охладителей с остатками водяного холодоносителя происходит постоянно. Разморозка «несливаемых» нагревателей часто происходит в вертикальных тепловых завесах. К сожалению, Россия не теплая Италия, где насчет пресловутой «сливаемости» беспокоится не нужно.

Программная проверка на «сливаемость» (специальный расчетный модуль Unilab) приобретается за отдельную плату. Многие производители искренне считают, что «сливаемость» всех 100% теплообменников невозможна, однако это заблуждение вызвано малым опытом.

Например, старейшая фирма из Фрязино использует собственный софт для расчета «сливаемых» схем в тяжелых многорядных охладителях, другие фирмы выполняют расчет вручную.

2. Несимметричность числа трубок в контурах для нагревателей и фреоновых испарителей. «Медленные» контуры имеют бóльшее число трубок, повышенное гидросопротивление и фактически плохо работают (что приводит к недогреву, разморозке по воде), а также забиваются грязью. «Быстрые» и короткие контуры с меньшим числом трубок, наоборот, пропускают теплоноситель с повышенным расходом, тем самым обделяя «медленные» контуры. Сочетание в одной схеме «медленных» и «быстрых» контуров создает неравномерную циркуляцию теплоносителя в теплообменнике. Фреоновые «длинные» контуры также плохо работают и собирают компрессорное масло. Одновременно через «короткие» контуры того же фреонового теплообменника проходит избыточный поток фреона вне расчетного режима с неполным вскипанием/конденсацией. Все расчеты в программе принимаются для условия, что скорость теплоносителя в трубках одинаковая, но выполнить это в реальном изделии зачастую трудно или невозможно, и такой расчет становится «спорным».

Программы расчета «Два Облака» (Россия) и ROEN EST (Италия) допускают несимметричные контуры. Много лет фирма «Купол» и другие производят калориферы с раскладками трубок «два + четыре хода», где четырехходовые контуры работают сильно хуже, поскольку весь теплоноситель уходит в «короткие» двухходовые контуры.

Пример: популярный двухрядный нагреватель — высота 1050 мм, шаг трубок 25 мм — общее число трубок 84 штуки, программа предлагает 28 контуров.

Расчет схемы раскладки контуров:

84 трубки = (14 контуров два хода) + (14 четыре хода), и подобная схема выпускается фирмой «Купол» более 20 лет и постоянно выходит из строя.

Правильная раскладка — или «42 контура два хода», или «21 контур четыре хода». Фактически программа дала расчет трехходового теплообменника:

28 контуров × три хода = 84 трубки, при этом физически изготовить такой теплообменник невозможно, и производитель создает спорное решение.

3. Слишком плотный шаг алюминиевых ребер — 1,2–1,6 мм. Данное спорное решение вызвано «экономией», то есть банальной жадностью, ведь можно трехрядный нагреватель с шагом ребер 2,1 мм заменить на двухрядный с шагом 1,4 мм. Слишком густое оребрение быстро забивается грязью (фильтры тут не помогают), не выдает расчетную мощность нагрева и снижает расход воздуха. Спорная экономия на числе рядов заканчивается полной заменой теплообменника.

4. Зажатый шаг оребрения менее 2,5 мм для охладителей. Шаг ребер менее 2,5 мм при активном выходе конденсата запрещен по немецкому стандарту RLT-01 [2]. Грязь, прилипшая к конденсату на ребрах, плохо очищается. Испаритель с мелким шагом ребер превращается в кусок льда, снижается температура кипения фреона. Вот такие спорные решения существуют для охладителей. Полезно знать, что для «честного» уплотнения шага ребер необходимо использовать специальную фольгу с гидрофильным покрытием «голубого» цвета, которая не производится в РФ.

5. Избыток поверхности для нагревателей более 10%. Переразмеренный нагреватель — спорное решение, которое создает перегрев воздуха, что сильно хуже, чем недогрев. Избыточный запас поверхности нагрева 15–20% приводит к проблемам в работе автоматики и к разморозке. Проблема может решиться применением более дорогой схемы смесительного узла, но дешевле изначально изготовить правильный теплообменник. Точность наладки систем вентиляции составляет ±10–15%, поэтому лучше снизить расход воздуха, чем использовать нагреватель с запасом 10%.

6. Слишком малые скорости теплоносителя в трубках. Снижение сопротивления протоку теплоносителя за счет малых скоростей в трубках — популярное спорное решение. Теплоноситель в трубках нагревателя при скорости менее 0,5 м/с просто замерзает. Также на малых скоростях сильно падает теплоотдача теплоносителя и уменьшается мощность, что критично для охладителей. Отложение грязи в трубках происходит из-за низких скоростей. Оптимальные скорости теплоносителя — 1,0–1,5 м/с. Максимальные скорости — не выше 2,0–2,5 м/с. Многие программные расчеты вообще не показывают скорость в трубках, и здесь необходим ручной проверочный пересчет.

7. Заниженная толщина стенок трубок менее 0,32 мм для нагревателей. Медь критически дорожает, и «экономия» идет везде, в том числе на толщине трубок. В 1995 году старейшая фирма из Фрязино использовала трубки с толщиной стенки 0,5 мм, в 2000-м толщина составляла 0,4 мм, в 2005-м — 0,35 мм и, наконец, в 2012 году — 0,32 мм. Быстрый абразивный износ от грязного теплоносителя тонких трубок происходит за три-пять лет, трубка протирается изнутри до сквозных дыр, как носки или каблуки на обуви. Разрушение и замена теплообменников каждые пять лет выгодны продавцам. Для фреоновых теплообменников применение тонких трубок ограничивает переход на новые хладагенты R410a и R32 с высоким давлением конденсации.

Заниженная толщина ребер менее 0,15 мм для охладителей и менее 0,12 мм для нагревателей дает также сильную потерю мощности 20% и более от расчетной. Спорное решение — делать расчет в программе для оребрения толщиной от 0,15 до 0,20 мм, но производить реальное изделие из «фольги» 0,10–0,12 мм.

Бóльшая часть производителей прячет толщины трубок и ребер в описании своих теплообменников.

8. Центральные Т-врезки в коллекторах. Это проблема, особенно критичная для нагревателей. Сильная неравномерность распределения давления в коллекторе создает падение скоростей теплоносителя в трубках верхней и нижней части калорифера. Оптимальное решение здесь — L-врезки патрубков в коллектор для создания равной эпюры давлений во всех контурах. Причем объяснить свои решения производители зачастую не могут и указывают на то, что «скопировали» у кого-то из Европы.

9. Жесткая «посадка» медных трубок в трубных досках для крупных нагревателей шире 1000 мм. Коэффициент тепловой деформации меди в полтора раза выше, чем у стали, кроме того, сам корпус калорифера остается холодным и не увеличивается в длину, как горячие трубки. Циклическое удлинение и укорачивание трубок от тепловой деформации приводит к перетиранию снаружи трубок и неремонтопригодным протечкам.

Отдельные фирмы применяют плавающую систему или скользящую защиту из «ложной» ламели, что можно легко увидеть простым осмотром нагревателя. Проблема тепловой деформации трубок проявляется сильнее при теплоносителе с температурой выше +100°C, которого фактически нет в теплой Европе, как и морозов −50…-30°C.

10. Применение Ю-трубок в водяных нагревателях шире 1000 мм. Ю-трубки были разработаны для уменьшения объемов пайки в фреоновых системах и снижения общей стоимости изделия. Фактически это решение для отказа от применения калачей. Ремонт Ю-трубок невозможен или нецелесообразен. Общий ресурс сокращается до трех-пяти лет. Стоит понимать, что при сгибании Ю-трубок стенка трубки истончается до −30% от начальной толщины трубки.

Типовое решение надежного нагревателя — трубки толщиной 0,35 мм, калачи — 0,45 мм. Если используется Ю-трубка 0,35 мм, то в самом тонком наружном месте внешнего изгиба будет толщина не более 0,25 мм, что сокращает ресурс.

11. Зажатая гидравлика теплоносителя в контурах. Грубая и бесспорная ошибка — попытка «впихнуть невпихуемое», то есть прокачать больше теплоносителя, чем может пропустить теплообменник. Это происходит при использовании изделий вообще без расчетов, из наличия «что есть на складе». Зажатые сечения водяных и фреоновых коллекторов, размеров «пауков» (дистрибьюторов жидкости) и диаметров капилляров, а также заниженное суммарное живое сечение всех отводов от коллектора — это типовые ошибки проектирования и производства гидравлической схемы теплообменников. Стоит помнить, что всегда есть жесткое ограничение по расходу теплоносителя и тепловой/холодильной мощности на одну трубку отвода от коллектора. Такое же ограничение есть для расхода холода в один капилляр отвода от «паука», причем максимальный расход холода сильно отличается для «старых» и «новых» фреонов.

Характерная исторически сложившаяся ошибка для фреоновых испарителей происходит как раз при выборе «паука». Многие программы не рассчитывают капиллярную систему «паука». Для продукции KORF и NED в 2022 году оптимизация всех испарителей была выполнена за четыре месяца. Анализ ранее используемых испарителей от завода «Купол» показал критические ошибки с капиллярами 5,0 мм — недостаточную пропускную способность, применения капилляров 6,0 мм и 8,0 мм ранее не было.

Подводя итоги, можно зафиксировать, что доверять можно теплообменникам, к которым прилагаются подробные расчетные листы из верифицированной импортной расчетной программы, например, Unilab, Guentner, Lloyd (Leel), Luve, Calc98, Friterm и пр., и полного набора информации в виде габаритного чертежа с указанием используемых материалов. Такие изделия дороже, но зато будут исправно служить 10–20 лет. Самый большой риск грубых ошибок несут изделия «нонейм» от посредников, без габаритного чертежа и подробного расчетного листа.