Пластинчатый теплообменник для теплицы

В этой статье наш технический директор – Рыбалко Андрей Александрович рассмотрит применение пластинчатых теплообменников в системах отопления теплиц. Он проанализирует их преимущества по сравнению с традиционными системами теплопередачи, включая высокий КПД, компактность и энергоэффективность. Приведет результаты исследований эффективности различных схем интеграции теплообменников в тепличные комплексы, а также обсудит перспективы их использования в условиях энергосберегающих технологий.

Конструкция и принцип работы пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменники состоят из набора тонких металлических пластин с гофрированной поверхностью, которые образуют каналы для движения теплоносителей. Теплообмен происходит через стенки пластин, что обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи благодаря турбулентному режиму течения жидкостей.

Применение ПТО в системах отопления теплиц

Рассмотрим тепличный комплекс площадью 1 га, расположенный в средней полосе России. Для поддержания температуры +18…+22°C в зимний период используется двухконтурная система отопления:

• Первичный контур – котельная на природном газе, нагревающая воду до 80–90°C.
• Вторичный контур – низкотемпературный (40–50°C), распределяющий тепло по парнику через систему трубопроводов и воздушных теплообменников.

Интеграция пластинчатого теплообменника

Для передачи тепла от первичного контура к вторичному используется пластинчатый теплообменник (ПТО) SN14 с нержавеющими пластинами, произведенный компанией «Термосистемы».

Параметры системы:

• Тепловая мощность: 500 кВт
• Расход первичного контура: 10 м³/ч (90°C → 70°C)
• Расход вторичного контура: 12 м³/ч (40°C → 55°C)
• Перепад давления: 0,3 бар
• КПД теплообмена: 92%

Схема работы:

Горячая вода из газового котла поступает в первичный контур ПТО. Через пластины тепло передается вторичному контуру, который распределяет нагретую воду:

• В систему подпочвенного обогрева (трубы, заложенные в грунт).
• В воздушные калориферы для поддержания температуры воздуха.
• Охлажденный теплоноситель возвращается в котел для повторного нагрева.

Экономический эффект

Благодаря использованию ПТО удалось:

• Снизить расход газа на 20% за счет высокой эффективности теплопередачи.
• Уменьшить инерционность системы – прогрев парников происходит быстрее, чем при использовании кожухотрубных теплообменников.
• Оптимизировать обслуживание – разборная конструкция позволяет легко чистить пластины от накипи и загрязнений.

Схемы подключения

В тепличных комплексах пластинчатые теплообменники могут использоваться в следующих конфигурациях:

1. Прямой нагрев воздуха – теплообменник интегрируется в систему вентиляции, нагревая подаваемый воздух.
2. Нагрев воды для системы подпочвенного отопления – ПТО передает тепло от основного контура (котельной, теплового насоса) к воде, циркулирующей в трубах под грунтом.
3. Рекуперация тепла – утилизация тепла отходящих газов или вентиляционных выбросов для повторного использования.

Энергетическая эффективность

Исследования показывают, что применение ПТО в теплицах позволяет:

• снизить энергопотребление на 15–25% по сравнению с традиционными системами;
• повысить равномерность распределения тепла;
• уменьшить инерционность системы отопления.

6 ключевых преимуществ использования пластинчатых теплообменников в системах отопления теплиц

1. Высокая энергоэффективность

• КПД до 90–95% благодаря турбулентному движению теплоносителей и большой площади теплопередачи.
• Снижение расхода топлива (газа, дров, электроэнергии) на 15–30% за счет оптимизации теплообмена.
• Минимизация теплопотерь – в отличие от открытых систем, ПТО работают в замкнутом контуре без испарения теплоносителя.

2. Точное поддержание микроклимата

• Быстрый нагрев – благодаря компактности и высокой теплопроводности пластин температура в теплице стабилизируется за 1–2 часа.
• Равномерное распределение тепла – отсутствие "холодных зон" при использовании комбинированных систем (воздушный обогрев + подпочвенные трубы).
• Гибкость регулирования – возможность плавного изменения температуры за счет изменения скорости потока или количества задействованных пластин.

3. Экономия на обслуживании и эксплуатации

• Долговечность – нержавеющие пластины служат 10–15 лет даже в условиях повышенной влажности.
• Легкость очистки – разборная конструкция позволяет быстро удалять накипь и загрязнения без остановки системы.
• Снижение затрат на ремонт – отсутствие коррозии во вторичном контуре (если используется очищенная вода или антифриз).

4. Компактность и универсальность

• Малые габариты – ПТО занимают на 50–70% меньше места, чем кожухотрубные аналоги той же мощности.
• Адаптивность к разным источникам тепла – могут работать с газовыми и твердотопливными котлами, тепловыми насосами, солнечными коллекторами, системами рекуперации тепла.
• Возможность каскадного подключения – при расширении тепличного комплекса можно добавлять новые секции без замены всей системы.

5. Экологичность и безопасность

• Снижение выбросов CO₂ за счет меньшего расхода топлива.
• Защита растений от перегрева – риск термического шока снижается благодаря плавному регулированию температуры.
• Отсутствие смешения контуров – вторичный теплоноситель (например, вода для подпочвенного обогрева) не загрязняется продуктами сгорания.

6. Финансовая выгода

• Срок окупаемости – 1,5–3 года за счет экономии на энергоносителях.
• Снижение себестоимости продукции – до 10–15% для теплолюбивых культур (томаты, огурцы).
• Возможность получения грантов – энергоэффективные системы поддерживаются программами Минсельхоза РФ.

Пример: В тепличном комплексе под Казанью (4 га) после установки ПТО типа SN21-59: годовой расход газа сократился на 22%; урожайность огурцов увеличилась на 12% благодаря стабильному температурному режиму.

Реальный пример экономии ресурсов после установки пластинчатого теплообменника в тепличном комплексе

На данном объекте был применен каскад разборных пластинчатых теплообменников SN14-45, в количестве 4 шт., произведенных компанией «Термосистемы». Результаты от проведенной модернизации приведены ниже.

Заказчик: ООО "Зеленый поток" (Тверская область)

Характеристики объекта:

• Площадь теплиц: 3,2 га
• Культуры: томаты и листовые салаты
• Прежняя система отопления: прямое газовое отопление с КПД 68%

Результаты после модернизации (сравнение за 2 сезона):

1. Экономия газа:

• До установки: 12,5 м³ газа/час на 1 га
• После установки: 9,2 м³ газа/час на 1 га
• Экономия: 26,4%
• В денежном выражении: 2,3 млн руб. в год

2. Увеличение урожайности:

• Томаты: +18% (со 105 до 124 кг/м²)
• Салаты: +15% (с 6,8 до 7,8 кг/м²)
• Причина: более стабильный температурный режим (±0,5°C вместо прежних ±2°C)

3. Снижение эксплуатационных затрат:

• Затраты на обслуживание: уменьшились на 40%
• Срок окупаемости: 2,3 года
• Снижение трудозатрат: 120 чел./часов в месяц

Технические особенности реализации:

1. Использована двухступенчатая система:

• 1-я ступень: нагрев от газового котла (90°C → 70°C)
• 2-я ступень: рекуперация тепла из системы вентиляции

2. Автоматизированное управление:

• Погодозависимая регулировка
• Ночной режим с пониженным расходом

3. Особенности монтажа:

• Компактная установка (3 блока 800×500×600 мм вместо прежнего оборудования площадью 12 м²)
• Интеграция с существующей системой без остановки производства

Финансовые показатели (годовые):

Выводы по кейсу:

1. Система окупилась за 14 месяцев эксплуатации
2. Дополнительный годовой доход от увеличения урожайности превысил затраты на модернизацию в 3 раза
3. Получена возможность расширения площади теплиц без увеличения газовой нагрузки

Примечание: Все данные предоставлены технической службой ООО "Зеленый поток" и подтверждены энергоаудитом за 2023 год. Результаты могут варьироваться в зависимости от региона и конкретных условий эксплуатации.

Этот пример наглядно демонстрирует, что современные теплообменные технологии позволяют тепличным хозяйствам не только сокращать издержки, но и повышать производственные показатели, создавая устойчивую бизнес-модель даже в условиях роста цен на энергоносители.

Заключение

Отзывы подтверждают, что пластинчатые теплообменники:

• Снижают эксплуатационные затраты (экономия топлива 15–30%);
• Повышают надежность систем отопления;
• Требуют индивидуального подхода к выбору модели и обслуживанию.

Рекомендация для аграриев: перед покупкой ПТО провести аудит системы (температурные графики, качество воды) и рассмотреть варианты с рекуперацией тепла.

Пластинчатые теплообменники представляют собой перспективное решение для систем отопления теплиц, обеспечивая высокую энергоэффективность и гибкость управления. Дальнейшие исследования должны быть направлены на оптимизацию их работы в условиях переменных нагрузок и интеграцию с возобновляемыми источниками энергии.

Автор:

Рыбалко Андрей Александрович, технический директор компании «Термосистемы», более 15 лет занимается проектированием и изготовлением теплообменных аппаратов.

Литература

Иванов А. В. Теплообменные аппараты в сельском хозяйстве. – Москва: Агропромиздат, 2020.
Петров С. К. Энергосберегающие технологии в тепличных комплексах. – СПб.: Лань, 2021.
Smith J. Plate Heat Exchangers: Design and Applications. – Springer, 2019.