這是布林特節能環保的第1563期文章

　　如何選擇換熱機組，怎么選擇合適的換熱機組？

　　換熱機組英文名：Heat exchanger unit。該產品適應于住宅、機關、廠礦、醫院、賓館、學校等場合的采暖、洗澡和空調系統。整體式換熱機組既可用于水—水交換，也可用于汽—水交換。該換熱機組是由換熱器、循環泵、補水泵、電控柜、過濾器、底座、管路、閥門、儀表等組成，并可加裝自動定壓補水裝置、水處理設備、水箱、水泵變頻控制、溫控閥、遠程通訊控制等，從而構成一個完整的熱交換站。該機組具有標準化、模塊化的設計，配置齊全，安裝方便、高效節能，已廣泛應用于小區集中供熱、中央空調、生活用水、企業生產工藝用水等系統中。

　　換熱機組工作原理：

　　板式換熱機組是把一次網得到熱量，自動連續的轉換為用戶需要的生活用水及采暖用水。即熱水從機組的一次側入口進入板式換熱器進行熱交換后，從機口一次側出口流出；二次側回水經過過濾器除去污垢后，通過二次側循環水泵進入板式換熱器進行熱交換，生產出于采暖、空調、地板采暖或生活用水等不同溫度的熱水，以滿足用戶的需求。

　　二次水經過過濾除污，經由循環進入換熱器，被蒸汽或高溫水加熱后進行供熱。蒸汽或高溫水進入板式換熱器后，變成凝結水或高溫回水返回熱源，進行一、二次供熱系統的回路循環。補水泵將軟水打入系統中以保持系統壓力的恒定。

　　應用構造：

　　1. 溫度控制

　　用電動調節閥控制一次網流量，使二次網出口保持設定溫度。

　　用自立式溫度調節閥控制一次網流量，使二次網出口保持設定溫度。

　　根據室外溫度自動調節二次網的出口溫度。

　　2.壓力、壓差控制

　　二次側供回水壓差控制、二次側回水壓力控制

　　3. 自動補水

　　變頻補水，用二次網回水的壓力信號控制變頻器的輸出，達到自動補水，使系統保持恒壓。

　　用電接點壓力表電氣控制，采用二次網系統壓較往年的上、下限來控制補水泵的啟停，使系統保持恒壓。

　　4.就地優化

　　回水溫度限制、熱流量（水流量）限制、回水溫差限制、結垢檢測

　　5.顯示報警

　　對一、二次網的進、出口的溫度、壓力、熱量、流量及室外溫度等參數實現微機自動化監測與控制，并對系統超壓、電機過熱、電源缺相、除污器堵塞等進行自動報警。

　　6. 通訊功能

　　機組的控制器具有標準485通訊接口，可在主動與被動方式下與監控中心通過下時輪巡采集勢力站控制器參數，當控制器報警時及時上傳。

　　7.機組的控制區功能根據換熱站實地情況而定，可實現無人值守。

　　板式換熱機組選型的參數包括：

　　1、板式換熱器的公稱壓力規定為0.6、1.0、1.25、2.0、2.5mpa，則試驗壓力是工作壓力的2.5倍即可；

　　2、板式換熱器的材質主要是分為：不銹鋼304、不銹鋼316L、碳鋼等三種材質，**不銹鋼材質的性能好。

　　板式換熱器選型計算的方法及公式：

　　(1) 求熱負荷Q Q=G．ρ．ＣP．Δt

　　(2) 求冷熱流體進出口溫度 t2=t1+ Q /G ．ρ ．ＣP

　　(3) 冷熱流體流量 Ｇ= Q / ρ ．ＣP ．(t2-t1

　　(4) 求平均溫度差Δtm Δtm= (T1-t2)-(T2-t1)/In(T1-t2)/(T2-t1)或Δtm=(T１-t2)+(T2-t1)/2

　　(5) 選擇板型 若所有的板型選擇完，則進行結果分析。

　　(6) 由Ｋ值范圍，計算板片數范圍Ｎmin，Ｎmax Ｎmin = Q / Kmax ．Δtm ．F P ．β Ｎmax = Q / Kmin ．Δtm ．F P ．β

　　(7) 取板片數N（Ｎmin≤Ｎ≤Ｎmax ） 若N已達Ｎmax，做（5）。

　　(8) 取N的流程組合形式，若組合形式取完則做（7）。

　　(9) 求Re，Nu Re = W ．de / ν Nu =a1．Re a 2．Pra 3

　　(10)求a，K傳熱面積Ｆ a = Nu ．λ / de K= 1 / 1/ah+1/ac+γc+γc+δ/λ0 F= Q /K ．Δtm ．β

　　(11)由傳熱面積Ｆ求所需板片數ＮＮ ＮＮ= F/ Fp+ 2

　　(12)若N＜NN，做（８）。

　　(13)求壓降Δp Eu = a4．Rea 5 Δp = Eu ．ρ．W 2 ．ф

　　(14) 若Δp＞Δ允 ，做（８）； 若Δp≤Δ允 ，記錄結果 ，做（８）。 注: 1．（1）、（2）、（3）根據已知條件的情況進行計算。

　　2．當 T1-t2=T2-t1時采用Δtm = (T１-t2)+(T2-t1)/2

　　3．修正系數β一般0.7～0.9。

　　4．壓降修正系數ф ，單流程ф度=1～1.2 ，二流程、三流程ф=1.8～2.0，四流程ф=2.6～2.8。

　　．a1、a2、a3、a4、a5為常系數。

　　板式換熱器的優化選型：

　　1 平均溫差△tm

　　從公式Q＝K△tmA，△tm＝1／A∫A（t1－t2）dA中可知，平均溫差△tm是傳熱的驅動力，對于各種流動形式，如能求出平均溫差，即板面兩側流體間溫差對面積的平均值，就能 計算 出換熱器的傳熱量。平均溫差是一個較為直觀的概念，也是評價板式換熱器性能的一項重要指標。

　　1.1 對數平均溫差的計算

　　當換熱器傳熱量為dQ，溫度上升為dt時，則C＝dQ／dt，將C定義為熱容量，它表示單位時間通過單位面積交換的熱量，即dQ＝K（th－tc）dA＝K△tdA，兩種流體產生的溫度變化分別為dth＝－dQ／Ch，dtc＝－dQ／Cc，d△t＝d（th－tc）＝dQ（1／Cc－1／Ch）,則dA＝[1／k（1／Cc－1／Ch）]·（d△t／△t），當從A＝0積分至A＝A0時，A0＝[1／k（1／Cc－1／Ch）]·㏑[（tho－tci）／（thi－tco）]，了解到由于兩種流體間交換的熱量相等，即Q＝Ch（thi－tho）＝Cc（tco－tci），經簡化后可知，Q＝KA0｛[（tho－tci）－（thi－tco）]／㏑[（tho－tci）／（thi－tco）]｝，若△t1＝thi－tco，△t2＝tho－tci，則Q＝KA0[（△t1－△t2）／㏑（△t1／△t2）]＝KA0△tm，式中的△tm＝（△t1－△t2）／㏑（△t1／△t2）。 順流 △tm＝[（thi－tci）－（tho－tco）] ／㏑[（thi－tci）／（tho－tci）] 逆流 △tm＝[（thi－tco）－（tho－tci）] ／㏑[（thi－tco）／（tho－tci）]

　　對于各種流動型式，在相同的進口、出口溫度條件下，逆流的平均溫差*大。

　　當板式換熱器入口和出口兩流體的溫差△t1和△t2之間的差不大時，可采用算術平均溫差（△t1＋△t2）／2，一般△t1／△t2小于1.5時，可采用，若△t／△t2為3時，則誤差約為10%。

　　1.2 傳熱單元數法

　　在傳熱單元數法中引入一個無量綱參數NTU，稱為傳熱單元數，它表示板式換熱器的總熱導（即換熱器傳熱熱阻的倒數）與流體熱容量的比值NTU＝KA／MC，它表示相對于流體熱容流量，該換熱器傳熱能力的大小，即換熱器的無量綱“傳熱能力”。對于板式換熱器來說，KA／MC＝△t／△tm，式中△t／△tm稱為溫差比，上式中的右邊的工藝過程用NTUp表示，左邊的換熱設備的條件用NTUE表示。NTUp是流體溫度的變化與平均溫差的比值，表示的是用1℃△tm的變化引起幾度流體溫度變化的值，當△tm大時，NTUp則小；當△tm小時，它有變大的傾向。相反，在NTUp變大的過程中，△tm的溫度變化較大，NTUp較小時，其

　　△tm的溫度變化較小（見表1）。

　　板式換熱器的優化設計計算，就是在已知溫差比NTUE的條件下，合理地確定其型號、流程和傳熱面積，使NTUp等于NTUE。

　　1.3 換熱過程和NTU

　　與供熱空調相關的換熱過程如下如示： ⑴ 用蒸汽加熱水

　　⑵ 水—水換熱

　　a. 蒸汽 133→133℃ b. 蒸汽 133→133℃

　　c. 一次水 65→60℃ 水 5→65℃（生活熱水） 二次水 45←40℃（采暖）

　　d. 一次水 14→9℃ 水 55→65℃（采暖） 二次水 13←7℃（制冷）

　　e. 一次水 29→24℃ 二次水 26←21℃（制冷機的冷卻）

　　以上5例工藝過程的NTUp（見表2）

　　1.4 板式換熱器和NTUE

　　NTUE表示板式換熱器的能力，換熱器的面積是具有一定傳熱長度的單位傳熱體的組合，

　　總傳熱長度是單位長度和流程數的乘積。當NTUE是總數時，若每1流程數為NTUe時，則NTUE＝n·NTUe（其中n是流程數）。當NTUe＝NTUE＝NTUp時，換熱器為單程。若NTUe﹤NTUp時，則換熱器應為多流程，故設計時應先預定n。由于每種板片單程的NTUe值基本上是定值，如適合表2中e的流量為25m3／h的單程

　　板式換熱器的NTUe為17㎡。從NTUe＝A·K／MC可知，當NTUe為定值時，A·K成反比，仍以e為例，當K＝500kcal／㎡·h·℃時，A＝1.67×／500＝83.5㎡，流程數n＝83.5／17≈5。當K＝2500kcal／㎡·h·℃時，A＝16.7㎡，流程數n＝1。每**程的NTUe如下所示：K＝500，NTUe＝NTUE／n＝0.33，K＝2500時，NTUe＝1.67。由此可知，根據NTUe即可求出換熱器的流程數，傳熱系數和傳熱面積。從以上 分析 可知，若板式換熱器設計不合理，可能使換熱面積過大，也可能使板間流速太高，阻力過大。1.5 板式換熱器制造技術的進步，板片種類的增加，提高了板式換熱器對各種工藝過程的適應性。

　　1）大NTU（∽8），小△tm（∽1～2）的板式換熱器滿足了區域供冷和熱泵機組蒸發器、

　　冷凝器的要求。從以上分析可知，△tm是換熱的驅動力，若△tm小，即意味著驅動力小，要實現兩種流體之間的換熱，必須增大傳熱系數，增大傳熱面積，為了使傳熱面積不至過大，**的 方法 是增大傳熱系數K。

　　2.1 板式換熱器的傳熱系數和阻力

　　換熱器中常使用換熱器的“傳熱面積”和“傳熱系數”述語，這是一種習慣的有特定含義的名稱。因為換熱器間壁兩側的表面積可能不同，所謂“換熱器的傳熱面積”實際上是指約定的某一側的表面積，習慣上一般把換熱系數較小的一側的流體所接觸的壁面表面積稱為該換熱器的傳熱面積，相對于該傳熱面積，單位時間、單位面積、在單位溫差下所傳遞的熱流量，稱為該換熱器的傳熱面積，因此傳熱系數也是相對于約定的某一側的表面積而言的。在換熱器結構和估算中使用“傳熱面積”和“傳熱系數”是方便的。而在換算器傳熱 分析 中，則用傳熱熱阻1／（KA）。板式換熱器的熱阻 計算 式如下：

　　1／KA＝1／AW（1／〆1＋γF1＋δ／λ＋γF2＋1／〆2）

　　式中，K—傳熱系數，W／㎡·℃； A—表面積，㎡； AW—平壁面積，㎡； δ—板片厚度，m； γF—污垢系數，㎡·℃／W。

　　下標：1—與流體1接觸側；2—與流體2接觸側。

　　2.1.1 換熱系數 ① 對于紊流狀態，不同形狀板片的換熱 規律 ，一般可歸納為如下形式， Nu＝CRenPrm（μ／μw）p 式中，Nu及Re中的特征尺寸用當量直徑d，d＝4Wb／（2W＋2b） W—板片寬度，m； b—板片間距，m。 c、n、m、p值的大致范圍如下： c＝0.15～0.40，n＝0.65～0.85 m＝0.30～0.45（通常用1／3），p＝0.05～0.20 臨介雷諾數在10～400左右，取決于板片形狀。 ② 對于層流狀態，板片的換熱規律可歸納為：Nu＝C（RePrd／L）n（μ／μw）p 式中，c、n、p值的范圍一般為c＝1.86～4.50，n＝0.25～0.33，p＝0.1～0.2（通常為0.14） L—板片長度，m。

　　由于板片形狀復雜，必須根據試驗測定所得的換熱規律，作為該板片換熱器傳熱計算的依據。

　　2.1.2 阻力

　　板式換熱器總的流體阻力可用下式表示：△p＝f·（L／d）（ρυ2／2）·n （Pa） 式中，υ—流道中速度，m／s； n—流程數； f—板片通道摩擦阻力系數。 對于不同形狀的板片，其通道的摩擦阻力系數相差很大，必須以試驗數據作為阻力計算的依據。

　　2.2 在常用間壁式換熱器中板式換熱器的傳熱系數較大

　　2.2.1 板式換熱器的傳熱系數（見表3），從表3可知，板式換熱器的傳熱系數約為管殼式的2～3倍。

　　2.3 非對稱流道提高了板式換熱器的傳熱系數，降低了阻力。

　　當忽略板片的導熱熱阻后，板式換熱器的傳熱系數K＝〆1·〆2／（〆1＋〆2），從該式可知，傳熱系數K與〆1、〆2有關，且小于二者中較小的一個。為了提高傳熱系數，必須同時提高冷、熱流體與板面之間的對流換熱系數，如果其中一側〆值較低的話，板式換熱就不能很好地發揮它的效益。在城市集中供熱系統中，根據熱力網設計規范，國內所采用的一次熱媒的溫度一般為150～80℃，130～80℃和110～80℃三種，二次熱媒的溫度一般為95～70℃。在這樣的設計參數下，板式換熱器一次熱媒流道內的流量一般為二次熱媒流通內流量的一半左右，對于對稱性流道來說，一次熱媒的流速僅為二次熱媒流速的50%左右，則一次熱媒流道內流體與板面間的對流換熱系數約為二次熱媒流通內的70%，傳熱系數約為2500～3700W／㎡·℃。若將一次熱媒流道內的對流換熱系數提高到原來的1.5倍，則總傳熱系數將增加到3000～4500 W／㎡·℃。

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