節(jié)能設計應用在板式換熱器供熱系統(tǒng)設計中的具體方法

劉健

文章編號：2095-6835（2016）07-0088-02

摘 要：在社會不斷發(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，受到了人們的關注和重視。但對于板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，一直存在很多問題，比如供熱系統(tǒng)的設計存在偏差、耗損較大等。從目前社會的發(fā)展情況看，節(jié)能屬于人們比較關注的問題之一。因此，如何糾正系統(tǒng)的設計偏差，從而設計出更好的供熱節(jié)能系統(tǒng)，是當前供熱系統(tǒng)的工作人員必須解決的問題之一。

關鍵詞：節(jié)能設計；板式換熱器；供熱系統(tǒng)；板片

中圖分類號：TK172 文獻標識碼：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用。板式換熱器與其他換熱器相比，具有應用效率高、占地面積小、材料耗費較少等特點。因此，板式換熱器在化工、石油和供熱等行業(yè)中的應用較為廣泛。但板式換熱器的選擇過程十分復雜，且需要優(yōu)化供熱系統(tǒng)。因此，本文主要分析了節(jié)能設計在板式換熱器供熱系統(tǒng)中的具體應用方法，并分別對供熱系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)設計中存在的問題和供熱系統(tǒng)優(yōu)化設計的方法等進行了分析。

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板片組裝而成，且各個板片間均留有一定的空隙。當流體經(jīng)過板片時，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)板片時的速度較快，易形成湍流，湍流間會形成較大的波紋。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，湍流波紋還會增強板片的剛度，當兩種流體流過板片四個角的孔洞后會在板式換熱器中形成流道，最后形成順向或逆向流動。此時，可將板片當作流通介質(zhì)實現(xiàn)熱量的交換，進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)可進一步了解其存在的問題，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用等。根據(jù)以上分析，我們應不斷優(yōu)化與板式換熱器結(jié)構有關的設計，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)存在的問題

圖1為板式換熱器供熱系統(tǒng)存在的問題。

2.1 換熱與降壓的匹配問題

對于板式換熱器而言，換熱系數(shù)與通道中流體的流速成正比，即當通道內(nèi)流體的速度較快時，換熱系數(shù)會增大，且流速加快會導致流體受到的阻力不斷增加，進而加大了流體壓力的損耗。因此，應選取適當?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

板式換熱器在我國的起步較晚、研究時間較短，這在一定程度上限制了供熱系統(tǒng)的發(fā)展，進而對供熱系統(tǒng)的節(jié)能設計造成了影響。此外，我國對板式換熱器的研究不夠深入，缺乏一定的技術專利。因此，相關部門應加大資金投入，購買相應的專利。

2.3 應用場合受到限制

板式換熱器具有獨特的優(yōu)勢，但也存在一些問題。就當前供熱系統(tǒng)的設計而言，存在很多缺陷，比如節(jié)能設計在供熱系統(tǒng)中的應用受到了限制，主要表現(xiàn)在換熱器難以在高溫、高壓的環(huán)境中運行。這是因為板式換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的承受壓力的能力。由此可見，對于板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，突破以往應用場合的限制是其應用節(jié)能設計的基本條件之一。

3 供熱系統(tǒng)節(jié)能設計的優(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。對于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設計而言，應充分考慮其影響因素，不斷優(yōu)化供熱設計中的各個子系統(tǒng)，具體方法如圖2所示。

3.1 不斷優(yōu)化整體設計

對于整個板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，節(jié)能設計不只是在供熱系統(tǒng)的設計環(huán)節(jié)中需要考慮的問題，在換熱器方面也需考慮該問題。因此，在優(yōu)化供熱系統(tǒng)板片的同時，還應優(yōu)化板式換熱器的結(jié)構和功能，從整體上實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，從而實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設計。此外，對于不同的應用要求和場合，應合理選擇優(yōu)化的方法和系數(shù)。

3.2 不斷優(yōu)化板片設計

在板式換熱器供熱系統(tǒng)中，優(yōu)化板片是非常關鍵的環(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)化板片強度及其表面的波紋。應仔細分析板片波紋的類型、高度和波紋角等。只有合理優(yōu)化板片設計，才有可能實現(xiàn)板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設計。

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，從而準確推算出流體在流經(jīng)通道時的壓降和流速，從而找到一種壓降值最大的設計方法，并找到比較合適的換熱系數(shù)與降壓匹配，從而增強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，就需要應用混聯(lián)型流程的流道安排。因此，對于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設計而言，既要考慮板式換熱器的應用場合，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，才能設計出比較優(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

總而言之，在優(yōu)化板式換熱器供熱系統(tǒng)的設計方法時，設計人員應明確優(yōu)化的目標和方向，從而實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設計，并從供熱系統(tǒng)設計的具體方法入手，在此基礎上進行整體性的優(yōu)化設計。只有這樣，才能真正地設計出與人們需求相符的板式換熱器供熱系統(tǒng)。

參考文獻

[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，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].中國科技論文，2015，13（11）.

〔編輯：張思楠〕