暖通空調(diào)工程中換熱器的運(yùn)行節(jié)能分析

袁濤

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

暖通空調(diào)中的換熱器傳遞著冷流體、熱流體之間的能量，換熱器在整個(gè)暖通空調(diào)的運(yùn)行過程中能源消耗的比重非常高，為了提高資源的利用效率，應(yīng)該注重?fù)Q熱器運(yùn)行的節(jié)能控制，在換熱器中全面落實(shí)運(yùn)行節(jié)能的方法，完善換熱器在暖通空調(diào)中的運(yùn)用，確保換熱器具備節(jié)能降耗的條件。換熱器的類型包括：波節(jié)管式、板式、螺紋擾動(dòng)盤管式、螺旋螺紋管式。供暖用換熱器，一臺(tái)停止工作時(shí)，運(yùn)行的換熱器的設(shè)計(jì)換熱量應(yīng)保證基本供熱量的需求，寒冷地區(qū)不應(yīng)低于設(shè)計(jì)供熱量的65%，嚴(yán)寒地區(qū)不應(yīng)低于設(shè)計(jì)供熱量的70%。

1 暖通空調(diào)工程中換熱器運(yùn)行節(jié)能的方法

本文結(jié)合暖通空調(diào)空調(diào)的運(yùn)行，例舉換熱器運(yùn)行節(jié)能中的3 點(diǎn)方法，提高換熱器運(yùn)行節(jié)能的實(shí)踐水平。

1.1 蒸汽節(jié)能方法

暖通空調(diào)中換熱器運(yùn)行節(jié)能時(shí)提出“節(jié)約蒸汽”的要求，采用蒸汽節(jié)能方法，輔助減少暖通空調(diào)的能耗[1]。暖通空調(diào)在建筑工程中負(fù)責(zé)采暖和生活熱水，換熱器運(yùn)行節(jié)能中實(shí)行蒸汽節(jié)能，可以重新利用蒸汽資源，緩解換熱器在運(yùn)行期間的能耗壓力，換熱器蒸汽節(jié)能措施中專門針對(duì)汽水加熱節(jié)能、蒸汽溫控節(jié)能、凝結(jié)水熱能回收節(jié)能進(jìn)行應(yīng)用，重新利用蒸汽中的熱量，暖通空調(diào)的系統(tǒng)供應(yīng)商方面，可以調(diào)節(jié)蒸汽的控制方式，促使換熱器具備蒸汽換熱節(jié)能的條件，同時(shí)在換熱器運(yùn)行期間回收二次蒸汽，達(dá)到運(yùn)行節(jié)能的目標(biāo)。換熱器蒸汽節(jié)能在工業(yè)建筑暖通空調(diào)中與民用建筑有著明顯的差異，工業(yè)建筑中換熱器的蒸汽節(jié)能措施中主要以廢氣再利用為核心，提出尾氣余熱回收再利用、換熱機(jī)組集成、系統(tǒng)節(jié)能的要求，合理利用蒸汽節(jié)能的方法，可使換熱器在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

1.2 電能節(jié)約方法

暖通空調(diào)換熱器的電能節(jié)約也是運(yùn)行節(jié)能中的一項(xiàng)重要工作。暖通空調(diào)在換熱器電能節(jié)約中采用了兩種方法，第一種是低沸點(diǎn)溶劑蒸餾回流工藝，換熱器在無冷卻介質(zhì)的條件下就可以完成冷凍的工作，此類工藝減少了介質(zhì)冷凍時(shí)電機(jī)的能源消耗，在很大程度上節(jié)約了電能資源；第二種是換熱器的精細(xì)化生產(chǎn)工藝，精細(xì)化生產(chǎn)減少了換熱器蒸餾時(shí)消耗的時(shí)間，有利于提高換熱器的工作效率，由此實(shí)現(xiàn)了電能節(jié)約。

1.3 成本節(jié)約方法

暖通空調(diào)工程的成本投資較大，換熱器節(jié)能運(yùn)行過程中提倡成本節(jié)約，主要是通過換熱器的成本節(jié)約來減少暖通空調(diào)工程建設(shè)時(shí)的成本投資規(guī)模[2]。一是改進(jìn)暖通空調(diào)中換熱器的生產(chǎn)工藝，降低換熱器的投資成本，換熱器結(jié)構(gòu)中的冷凝器可以選擇一級(jí)設(shè)備，在提高設(shè)備運(yùn)行水平的同時(shí)做到成本節(jié)約；二是在暖通空調(diào)工程的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，規(guī)劃換熱器的安裝位置和安裝方式，因?yàn)閾Q熱器的安裝費(fèi)用比較高，所以安裝時(shí)要注意暖通工程中新建項(xiàng)目、整改項(xiàng)目的協(xié)調(diào)性，換熱器中設(shè)備、管道安裝要合理，避免出現(xiàn)二次返工的情況；三是換熱器運(yùn)行時(shí)中間體、溶劑使用量的成本節(jié)約，回收換熱器中的溶劑再次投入到換熱工藝中；最后是暖通空調(diào)工程中換熱器的維護(hù)、保養(yǎng)，此類工作可以降低換熱器的故障發(fā)生機(jī)率，延長(zhǎng)換熱器的使用壽命。

2 暖通空調(diào)工程換熱器運(yùn)行節(jié)能實(shí)驗(yàn)研究

暖通空調(diào)工程換熱器運(yùn)行節(jié)能實(shí)驗(yàn)研究中，選擇列管式換熱器與板式換熱器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，探討換熱器運(yùn)行節(jié)能的效果。實(shí)驗(yàn)?zāi)M了暖通空調(diào)換熱器的換熱過程，記錄了實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.1 實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)換熱器在暖通空調(diào)中的運(yùn)行方式，模擬實(shí)驗(yàn)以前拼接好換熱裝置，換熱器外部敷設(shè)硬質(zhì)塑料，防止換熱器熱量散失[3]。模擬實(shí)驗(yàn)中換熱器上要接入溫控器和加熱器，向換熱器提供持續(xù)加熱的條件。換熱器選擇“水-水”換熱方式，熱水泵中抽出換熱器的水，并且把水傳輸?shù)诫娂訜崞鲀?nèi)，待水溫上漲到規(guī)定數(shù)值后，向換熱器內(nèi)輸送冷水完成換熱的過程。該實(shí)驗(yàn)中兩種熱水器并聯(lián)在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，運(yùn)用閥門控制換熱器的應(yīng)用，方便記錄模擬實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

模擬實(shí)驗(yàn)中研究換熱器運(yùn)行節(jié)能的主要數(shù)據(jù)有：換熱器壓降數(shù)據(jù)、熱水流量、冷水流量、進(jìn)口溫度、出口溫度，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出換熱器的換熱量，具體的計(jì)算公式如下：

上述公式中，Q1是指換熱器熱水的平均放熱量，Q2是指換熱器冷水的平均吸熱量，M1是指熱水流量，M2是指冷水流量，cp1是指熱水狀態(tài)下?lián)Q熱器的定壓比熱，cp2是指冷水狀態(tài)下?lián)Q熱器的定壓比熱，T1是熱水進(jìn)口溫度，T2是熱水出口溫度，t1是冷水的進(jìn)口溫度，t2是冷水的出口溫度。換熱器平均換熱量Q 的計(jì)算方法如下：

暖通空調(diào)換熱器傳熱系數(shù)K 的計(jì)算方式為：

公式中，F(xiàn) 表示換熱器自身的換熱面積，本實(shí)驗(yàn)中兩種換熱器的換熱面積是不同的，△tm 是指逆向流換熱，△t 是指換熱器運(yùn)行工作過程中的平均溫度差，其中△tm 的計(jì)算方法為：

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)?zāi)M和計(jì)算后，得出列管式換熱器與板式換熱器的最佳運(yùn)行流量，如下表1 和表2，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)分析可以看出，列管式換熱器與板式換熱器在整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中，節(jié)能效益最大時(shí)的水流速約為0.083kg/s，列管式換熱器獨(dú)立運(yùn)行到最佳效益狀態(tài)時(shí)的流速是0.069kg/s，而板式換熱器流速是0.109kg/s，此類數(shù)據(jù)為暖通空調(diào)工程中換熱器的運(yùn)行節(jié)能提供了相關(guān)的參考依據(jù)。

表1 列管式換熱器最佳運(yùn)行流量計(jì)算表

表2 板式換熱器最佳運(yùn)行流量計(jì)算表

2.3 結(jié)果分析

暖通空調(diào)工程中換熱器運(yùn)行節(jié)能模擬實(shí)驗(yàn)中，表明了流量與傳熱效果的關(guān)系、流量與換熱器阻力的關(guān)系、換熱器最佳流速等參數(shù)，為運(yùn)行節(jié)能設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，在換熱器運(yùn)行節(jié)能設(shè)計(jì)中，不論是蒸汽節(jié)能還是電能節(jié)約，均可以參考模擬實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，積極提高換熱器在暖通空調(diào)工程中的節(jié)能效益。

3 總結(jié)

暖通空調(diào)工程中換熱器運(yùn)行的過程中，全面落實(shí)節(jié)能方法，降低暖通空調(diào)工程的能耗，積極提高暖通空調(diào)的能源效益和經(jīng)濟(jì)效益。在研究暖通空調(diào)中換熱器運(yùn)行節(jié)能時(shí)采用實(shí)驗(yàn)分析的方法，同時(shí)為換熱器運(yùn)行節(jié)能提出可行的建議，促使換熱器運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)最大化的節(jié)能降耗。