暖通空调工程中换热器的应用分析 换热器的工程技术措施

　　摘要：本文对供热工程中应用较广的三种间壁式换热器：套管式换热器、板式换热器和列管式换热器进行了换热性能的测试和探索，说明了换热器的运行节能。以供大家参考。 　　关键词：换热器;换热量;阻力;节能
　　中图分类号： TB657文献标识码:A
　　换热器在暖通空调工程中应用广泛，为了在换热器通过实验对板式换热器、列管式换热器和套管式换热器的换热性能进行了研究。说明了换热器的运行节能。对于暖通空调工程中的其他系统不同形式的冷、热媒换热，由于都是流体之间的传热，推之也应该有着类似的规律，从而达到设备运行节能目的。
　　1实验方法和实验数据处理
　　1．1实验方法和数据的采集
　　本实验对供热工程中应用较广的三种间壁式换热器：套管式换热器、板式换热器和列管式换热器进行了换热性能的测试，实验台模拟了集中供热系统中的热力站，如图1所示。
　　1．冷水泵；2．冷水箱；3．冷水浮水流量计；4．冷水顺逆流横向阀门组；5．列管式热水器；6．电加热水箱；7．热水浮子流量计；8。回水箱；9．热水泵；lO．板式换热器；11套管式换热器。
　　 图1换热器实验台原理图
　　实验台的三个换热器均采用水一水换热的方式,热水先由热水泵9从回水箱8中抽出并送至电加热器6加热到设定温度。然后分别送到换热器5、10、11。在换热器中与冷水进行热交换后再流回回水箱。冷水由冷水泵1从冷水箱2中抽出并送至换热器与热水换热后流回冷水箱。三个换热器在管路系统中并联连接,实验时利用换热器进出口的阀门来控制使用哪一个换热器进行实验,并利用阀门组4来调节换热器的换热是逆流还是顺流。
　　三台换热器和相应管道均采用聚苯乙烯硬脂塑料进行保温隔热。电加热器采用数字温控仪控制和保持热水加热温度。冷水和热水在换热器的进出口都有铜一康铜热电偶进行温度采集．并用SWP-D80型数字巡检仪将采集的温度显示出来，测温灵敏度为±O.1°C。冷水和热水的流量采用LZB一15型转子流量计进行流量的测量，灵敏度控制在±1L／h。在水泵的进出口设有U型压力计和压力表以测量不同流量下换热器管网的阻力损失．测压灵敏度为±1OPa实验时，调节冷、热水管道阀门来改变流量，流量的调节以50L／h为调节变化量，待换热工况稳定后便进行温度、流量和压差的测量。由此就可以得到一组和流量有关的温度和压差实验数据。
　　1．2实验数据的处理
　　实验测得的数据有换热器进出口的温度、冷水和热水的流量以及换热器的压降。换热器的换热量采用公式：
　　利用以上公式计算出换热器平均换热量和换热器传热系数。结合测得的流量和压差在Excel中制得相应图表。
　　2 实验结果分析
　　实验记录了热水流量不变而改变冷水流量和冷水流量不变而改变热水流量的两组数据，发现这两组数据在3种换热器上都有着相似的规律。图2、图3、图4为改变冷水流量时传热系数、平均换热量和换热器阻力的变化曲线图。
　　2．1流量与传热效果的关系
　　从图中可以看出，随着流量的增加3种换热器的传热系数和平均换热量都有所增加，其中板式和套管式换热器增加更为显著，而列管式换热器增加较小。曲线几乎是水平的。这是由于流量的增加使流体雷诺数的大幅度增加，流体内的涡体越来越多。
　　图2板管式换热器变化关系曲线
　　图3列管式换热器变化关系曲线
　　图4套管式换热器变化关系曲线
　　掺混也越来越强烈，导致阻碍传热的层流底层越来越薄直至破坏，因而传热越来越强：至于列管式换热器换热为什么没有显著增加，这是因为其内部结构与另外两种换热器有所不同。在列管式换热器内部，冷水是在外管与列管之间的空间内流动并与列管内的热水换热，由于流动空间相对较大，增加冷水流量并不能使冷水的流速增加多少，也就不能使雷诺数增加到足以使阻碍传热的层流底层遭到破坏，因而流量的增加并不能很好地改善此种换热器的传热效果。
　　2．2流量与换热器阻力的关系
　　流量的增加在改善传热效果的同时也造成了换热器阻力的增加，由以上三个曲线图可以看出这一点，而且板式和套管式换热器表现得更为明显。这是由于流量的增加造成了流速的增加，而一般情况下流动阻力的变化是和流速成递增变化的。列管式换热器的速度由于冷水流动空间相对较大而增加最慢，所以阻力增加也最慢。
　　2．3换热器的最佳运行流量
　　流量的增加一方面提高了换热器的换热量，提高了能源的利用率；但另一方面也使流动阻力随之增加，从而增加了水泵的功耗从上面三个曲线图中可以看出阻力曲线的总体斜率是大于换热量和传热系数曲线的，说明随着流量的增加阻力损失的增
　　加更快换热量和传热系数的增加是有利的，向阻力损失的增加却是不利的这就必然存在着个流量值，使得两方面达到平衡，从总体能量的角度看，这个流量应该使换热器的平均换热虽减去换热器的管网阻力损耗所得差的最大，本文就称之为最佳运行流量换句话说，最佳运行流量就是希望以最小的水泵功耗换取最大的换热量。
　　求得最佳运行流量的方法如下，以列管式换热器为例，如图3水泵在某个时刻流量下的功耗为流量与换热器阻力的乘积，即M・H，而平均换热量与换热器的管网阻力损耗的差值为：
　　一见将原始数据经公式(6)计算后用表格列出，并以此得出结论。
　　表1列管式换热器最佳运行流量计算表
　　由上表数据可知该套管式换热器的最佳运行流量应该在0.083kg／s左右：用同样的方法求得板式换热器和列管式换热器的最佳运行流虽分别为O．109kg／s和O.069kg／s。
　　另外，从本文表1给出的数据看，水泵的能耗与平均换热量相比是很少的这并非水泵功耗可以忽略，而是由于实验台体积小，管道短的缘故，实际工程中管道的阻力要大得多。如果水泵再全天连续运行，水泵的功耗是不容忽视的。本实验台的所有管长加起来最多5m，以表1的最佳运行量点为例，水泵功耗与平均换热量的百分比为：
　　而对于一个500m长的室内供热管网来说，以沿程损失和局部损失各50％考虑，与实验台相比沿程损失增加到实验台的100倍，局部损失按同比例增加也是1 00倍，则水泵损失为：
　　由此概算可以看出实际工程中水泵的功耗所占能耗比重是不少的，对于室外区域供热更是不可低估。
　　结束语
　　总之，对于一台已投入运行的换热器，由于其内部结构和材质已定，所以提高其换热效率的关键在于对冷热媒流量的控制，同时还要兼顾增大流量带来的水泵功耗的增加，最佳运行流量应是两方面的有机统一。
　　参考文献
　　[1]吴晓寒.地源热泵与太阳能集热器联合供暖系统研究及仿真分析[D]. 吉林大学，2008.
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