Новострой

Выбор теплообменника — советы эксперта

Выбор теплообменника - советы эксперта Все чаще в схемах теплоснабжения появляются теплообменники для гидравлического отделения внутренних систем теплоснабжения от тепловой сети, и такое присоединение называется независимым.

Независимое присоединение используется в следующих случаях:

- давление в теплосети не достаточно для заполнения отопительных приборов последних этажей;

- давление в обратном трубопроводе теплосети выше допустимого давления внутренней системы теплоснабжения;

- для повышения надежности внутренней системы теплоснабжения.

Кроме того, это решение регламентируется ДБН В.2.5-67: 2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» п 6.1.14:

«Систему водяного отопления и / или систему внутреннего теплоснабжения, достигает двенадцатого этажа здания и выше, необходимо присоединять к тепловой сети по независимой схеме. Систему водяного отопления и / или систему внутреннего теплоснабжения здания до двенадцати этажей рекомендуется присоединять к тепловой сети по независимой схеме — через теплообменник индивидуального теплового пункта ».

Подбор, или расчет, теплообменного аппарата выполняется в результате теплового расчета.

Основными входными данными расчета являются:

 - тепловая мощность;

- тип теплоносителей, их состав;

- температуры теплоносителей на входе и выходе теплообменника;

- допустимые потери давления в теплообменнике.

Часто, при заказе теплообменника клиент владеет информацией только по тепловой мощности, при этом никакого представления не имеет о температурах теплоносителей. Исходя из данных только по тепловой мощности, невозможно правильно подобрать теплообменник, и гарантировать его работу с достижением его расчетной тепловой мощности.

Рассмотрим, какие параметры влияют на тепловую мощность теплообменного аппарата и какое значение имеет точное владение информацией по температурам теплоносителей.

Пластинчатые теплообменники относятся к теплообменников поверхностного типа, в которых процесс передачи тепла от более горячего теплоносителя к более холодному происходит через тонкую стенку. Часть поверхности стенки, которая контактирует с греющим теплоносителем и нагревательным теплоносителем, называется поверхностью теплообмена.

Интенсивность теплопередачи между теплоносителями пропорциональна разнице температур греющего и нагревающего теплоносителя. Кроме того, она зависит от термического сопротивления пленок рабочих тел, которые находятся в контакте с поверхностью теплообмена, и термического сопротивления стенки.

Вследствие образования твердых отложений на поверхности теплообмена (накипь) термическое сопротивление увеличивается. При подборе теплообменника мы можем задаться термическим сопротивлением отложений, или вести расчет с чистыми поверхностями теплообмена и дополнительную поверхность (запас поверхности) для учета уменьшения тепловой мощности в результате загрязнения поверхности теплообмена (отложения). Если термическое сопротивление принимается в расчете на единицу площади теплообмена, тогда полная интенсивность теплопередачи пропорциональна также площади теплообмена в теплообменнике.

Все вышесказанное можно записать следующим уравнением:

q = F • Δt / R, или q = F • Δt • U,

где q — тепловая мощность теплообменника, Вт;

F — площадь поверхности теплообмена, м2;

Δt — средний температурный напор — средняя разница температур теплоносителей, К;

U — полный коэффициент теплопередачи (обратная величина R), Вт / (м2 • К).

В расчетах средний температурный напор рассчитывается как середньелогарифмическая разница температур, или среднеарифметическая разница температур:

Середньелогарифмическая разница температур:

Δt = Δtб-Δtм / ln Δtб / Δtм.

Среднеарифметическая разница температур:

Δt = (t’1 — t «1) / 2 — (t» 2 — t’2) / 2,

где t’1 — температура греющего теплоносителя на входе в теплообменник;

t»1 — температура греющего теплоносителя на выходе из теплообменника;

t’2 — температура нагревающего теплоносителя на входе в теплообменник;

t»2 — температура нагревающего теплоносителя на выходе из теплообменника.

Температурный напор (средняя арифметическая или логарифмическая разница температур) — один из основных факторов, который определяет интенсивность теплообмена. Чем больше температурный напор, тем меньше необходимо площади теплообмена для передачи тепла от одного теплоносителя другому.

В случае чистых поверхностей теплообмена полный термическое сопротивление R зависит в основном от:

- скоростей теплоносителей на поверхности теплообмена;

- плотности теплоносителей;

- вязкости теплоносителей;

- коэффициента теплопроводности;

- удельной теплоемкости теплоносителей.

Из выше перечисленных величин, наиболее зависимая от температурного режима является скорость теплоносителей. В зависимости от разницы температуры на входе в теплообменник и температуры на выходе из теплообменника расход теплоносителя будет разная. Например, чем больше разница температур, тем меньше расход теплоносителя, и тем меньше скорость теплоносителя в поверхности теплообмена, что приведет к уменьшению теплоотдачи. Уменьшение теплоотдачи повлияет на общую теплопередачу теплообменника. Также от температуры зависят плотность и вязкость, которые тоже влияют на теплопередачу. Например, чем больше температура тем меньше вязкость, улучшает теплообмен в середине потока теплоносителя за счет лучшего перемешивания, увеличивается турбулизация потока.

Рассмотрим подбор пластинчатых теплообменников на примере теплообменников Danfoss. Для подбора используется программа Hexact, которая предназначена для подбора, проверки и моделирования работы теплообменников паяных — типов XB, разборных — типов XG, XGM, XGF, XGC.

Таблица 1. Пример подбора теплообменника для передачи тепловой мощности 100 кВт при различных температурных режимах.

Вариант 1

Вариант 2

Мощность, кВт

100

100

t’1, °С

130

95

t»1, °С

65

65

t’2, °С

60

60

t»2, ° С

90

90

Теплоносители

вода

вода

Середньологарифмична разница температур, К

16,5

5

Подобранный теплообменник        

XB12M -1-26

            XB37Н-1-36

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К)

8841

10504

Площадь теплообмена, м2

0,67

1,90

Для расчетов вариант 1 и вариант 2 приняты одинаковые тепловые мощности — 100 кВт. Теплоноситель первичного и вторичного контуров вода. Ограничение потери давления — не более 30 кПа для каждого контура. Температура греющего теплоносителя на входе в теплообменник, для варианта 1 — 130 ° С, для варианта 2 — 95 ° С, другие температуры одинаковы.

В результате расчета получаем середньелогарифмичную разницу температур для варианта 1 — 16,8 К, для варианта 2 — 5 К. Согласно уравнению (1) это означает, что для варианта 2 необходимо в три раза больше площадь теплообмена чем для варианта 1, о чем свидетельствует подбор теплообменников. Для варианта 1 подобранный теплообменник XB12M-1-26 с площадью теплообмена 0,67 м2, для варианта 2 — XB37Н-1-36 с площадью теплообмена 1,9 м2. Коэффициент теплопередачи тоже разный: вариант 1 — 8841 Вт / (м 2 К), вариант 2 — 10504 Вт / (м 2 К).

Как мы видим, тепловая мощность теплообменника зависит от многих факторов, может изменяться в зависимости от температур теплоносителей и не может быть единственной характеристикой теплообменника для его подбора.

Понимание механизма теплопередачи дает возможность правильно подобрать теплообменник, прогнозировать его работу в зависимости от режима работы системы теплоснабжения, при переменном гидравлическом и температурном режимах.

Правильно подобранный теплообменник — залог надежного теплоснабжения, комфорта потребителей и энергосбережения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Current ye@r *