節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用在板式換熱器供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的具體方法

劉健

文章編號(hào)：2095-6835（2016）07-0088-02

摘 要：在社會(huì)不斷發(fā)展的大背景之下，很多城市的集中供熱事業(yè)取得了較快的發(fā)展。板式換熱器屬于一種比較新穎的換熱器，受到了人們的關(guān)注和重視。但對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，一直存在很多問(wèn)題，比如供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在偏差、耗損較大等。從目前社會(huì)的發(fā)展情況看，節(jié)能屬于人們比較關(guān)注的問(wèn)題之一。因此，如何糾正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)偏差，從而設(shè)計(jì)出更好的供熱節(jié)能系統(tǒng)，是當(dāng)前供熱系統(tǒng)的工作人員必須解決的問(wèn)題之一。

關(guān)鍵詞：節(jié)能設(shè)計(jì)；板式換熱器；供熱系統(tǒng)；板片

中圖分類號(hào)：TK172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.088

隨著城市集中供熱事業(yè)的不斷發(fā)展，板式換熱器得到了較好的應(yīng)用。板式換熱器與其他換熱器相比，具有應(yīng)用效率高、占地面積小、材料耗費(fèi)較少等特點(diǎn)。因此，板式換熱器在化工、石油和供熱等行業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛。但板式換熱器的選擇過(guò)程十分復(fù)雜，且需要優(yōu)化供熱系統(tǒng)。因此，本文主要分析了節(jié)能設(shè)計(jì)在板式換熱器供熱系統(tǒng)中的具體應(yīng)用方法，并分別對(duì)供熱系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法等進(jìn)行了分析。

1 板式換熱器供熱系統(tǒng)的工作原理分析

板式換熱器主要由多個(gè)板片組裝而成，且各個(gè)板片間均留有一定的空隙。當(dāng)流體經(jīng)過(guò)板片時(shí)，板片之間的間隙能起到冷熱交換的作用。由于流道空間非常小，流體在流經(jīng)板片時(shí)的速度較快，易形成湍流，湍流間會(huì)形成較大的波紋。湍流波紋的影響大大提升了板式換熱器的換熱性能。與一般的換熱器相比，其換熱性能優(yōu)于一般的換熱器，這是板式換熱器可代替一般換熱器的重要原因之一。此外，湍流波紋還會(huì)增強(qiáng)板片的剛度，當(dāng)兩種流體流過(guò)板片四個(gè)角的孔洞后會(huì)在板式換熱器中形成流道，最后形成順向或逆向流動(dòng)。此時(shí)，可將板片當(dāng)作流通介質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱量的交換，進(jìn)而完成板式換熱器的供熱環(huán)節(jié)。分析板式換熱器供熱系統(tǒng)可進(jìn)一步了解其存在的問(wèn)題，比如板片的承受能力、流程安排能否改變、湍流波紋能否得到有效應(yīng)用等。根據(jù)以上分析，我們應(yīng)不斷優(yōu)化與板式換熱器結(jié)構(gòu)有關(guān)的設(shè)計(jì)，從而提升換熱器供熱系統(tǒng)的換熱性能。

2 板式換熱器供熱系統(tǒng)存在的問(wèn)題

圖1為板式換熱器供熱系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

2.1 換熱與降壓的匹配問(wèn)題

對(duì)于板式換熱器而言，換熱系數(shù)與通道中流體的流速成正比，即當(dāng)通道內(nèi)流體的速度較快時(shí)，換熱系數(shù)會(huì)增大，且流速加快會(huì)導(dǎo)致流體受到的阻力不斷增加，進(jìn)而加大了流體壓力的損耗。因此，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)牧魉倩驅(qū)で髩毫p耗與換熱系數(shù)的平衡，從而不斷提升板式換熱器供熱系統(tǒng)的綜合性能。

2.2 研究不夠完善

板式換熱器在我國(guó)的起步較晚、研究時(shí)間較短，這在一定程度上限制了供熱系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)而對(duì)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)造成了影響。此外，我國(guó)對(duì)板式換熱器的研究不夠深入，缺乏一定的技術(shù)專利。因此，相關(guān)部門應(yīng)加大資金投入，購(gòu)買相應(yīng)的專利。

2.3 應(yīng)用場(chǎng)合受到限制

板式換熱器具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但也存在一些問(wèn)題。就當(dāng)前供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，存在很多缺陷，比如節(jié)能設(shè)計(jì)在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了限制，主要表現(xiàn)在換熱器難以在高溫、高壓的環(huán)境中運(yùn)行。這是因?yàn)榘迨綋Q熱器中的核心元件為較薄的金屬片，其承受壓力的能力有限，而板式換熱器常用于重工業(yè)生產(chǎn)中，這就需要板式換熱器具備較強(qiáng)的承受壓力的能力。由此可見(jiàn)，對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，突破以往應(yīng)用場(chǎng)合的限制是其應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)的基本條件之一。

3 供熱系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

在分析了板式換熱器的工作原理后，深入了解了影響其換熱性能的因素，比如板片的波紋、流速、換熱系數(shù)、流道的安排等。對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)而言，應(yīng)充分考慮其影響因素，不斷優(yōu)化供熱設(shè)計(jì)中的各個(gè)子系統(tǒng)，具體方法如圖2所示。

3.1 不斷優(yōu)化整體設(shè)計(jì)

對(duì)于整個(gè)板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，節(jié)能設(shè)計(jì)不只是在供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要考慮的問(wèn)題，在換熱器方面也需考慮該問(wèn)題。因此，在優(yōu)化供熱系統(tǒng)板片的同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化板式換熱器的結(jié)構(gòu)和功能，從整體上實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。此外，對(duì)于不同的應(yīng)用要求和場(chǎng)合，應(yīng)合理選擇優(yōu)化的方法和系數(shù)。

3.2 不斷優(yōu)化板片設(shè)計(jì)

在板式換熱器供熱系統(tǒng)中，優(yōu)化板片是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，主要包括以下2步：①板片承受壓力的能力對(duì)板式換熱器供熱系統(tǒng)的性能影響很大，因此，需要研制一些性能良好的制作材料，這也屬于研發(fā)換熱器的主要研究方向之一。②優(yōu)化板片強(qiáng)度及其表面的波紋。應(yīng)仔細(xì)分析板片波紋的類型、高度和波紋角等。只有合理優(yōu)化板片設(shè)計(jì)，才有可能實(shí)現(xiàn)板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

3.3 匹配換熱系數(shù)與壓降

換熱系數(shù)與壓降的匹配主要指平衡流體所受壓力的損耗和換熱系數(shù)。通常情況下，可采用傳熱的單元數(shù)法、對(duì)數(shù)的平均溫差法和單側(cè)的壓降最大化的利用法等。這樣做的主要目的是有效分析板片可承受的最大壓降或最適宜的壓降，從而準(zhǔn)確推算出流體在流經(jīng)通道時(shí)的壓降和流速，從而找到一種壓降值最大的設(shè)計(jì)方法，并找到比較合適的換熱系數(shù)與降壓匹配，從而增強(qiáng)板片承受壓力的能力。

3.4 合理安排流道

流道安排的合理性與板式換熱器供熱系統(tǒng)的性能有直接關(guān)系。串聯(lián)型、混聯(lián)型的流道安排存在較大的差異，比如在換熱系數(shù)與壓降存在很大的差距時(shí)，就需要應(yīng)用混聯(lián)型流程的流道安排。因此，對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)而言，既要考慮板式換熱器的應(yīng)用場(chǎng)合，又要考慮其能承受的壓力和流體流速。只有不斷綜合分析各種因素，才能設(shè)計(jì)出比較優(yōu)秀的換熱器供熱系統(tǒng)，即最節(jié)能的板式換熱器供熱系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在優(yōu)化板式換熱器供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確優(yōu)化的目標(biāo)和方向，從而實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，并從供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方法入手，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。只有這樣，才能真正地設(shè)計(jì)出與人們需求相符的板式換熱器供熱系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳山雨，李銳.集中供熱系統(tǒng)板式換熱器熱工性能研究[J].建筑科學(xué)，2014，10（08）.

[2]安艷平，田琦，程鎖明.板式換熱器智能故障診斷系統(tǒng)研究[J].中國(guó)科技論文，2015，13（11）.

〔編輯：張思楠〕