關于換熱器能效檢測方法探析

劉睿

摘 要：本文針對換熱器能效檢測方法進行探析，對換熱器檢測方法和原理的深入研究，致力于對換熱器的節能減排，使換熱器為國民經濟的發展和能源節約方面作出自己的貢獻，為換熱器在今后的研究發展奠定一定的基礎。

關鍵詞：換熱器；能效檢測；檢測方法；節能減排

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.007

0 引言

在我國北方，熱力站中的換熱器在城市供暖中起到了重要的作用，換熱器的效率高低就決定了城市對于能源的轉換效率高低，提高換熱器的換熱效率對于提高城市的供暖質量，降低能源消耗都有重要的意義。

1 換熱器能效綜合評價模型

（1）換熱器能效評價模型。我們首先需要建立一個影響待評價對象的各種因素組成的集合，這個集合我們稱之為評因素集。我們將評價結果U作為一個集合，U中包含了的它的子集U1、U2、U3，U1代表設計因素，U2代表制造因素，U3代表運行因素。每個子集中又包含各自的子集，設計因素U1中包含了介質流速、冷熱端溫差（u11），設備的結構、形式、材質、厚度和傳熱面積預留系數（u12），新型、高效換熱設備（u13），防垢、清洗（u14）；制造因素U2中包含了制造標準與當前標準（u21），制造工藝文件、資料規范性與齊全性（u22），零部件加工質量檢測手段與檢測水平（u23），工業換熱設備的裝配質量與檢測水平（u24）；運行因素U3中包含了定期檢查、維修設備，附件保持完好（u31），定期檢修、更換計量儀表（u32），保溫，保冷測定分析，定期檢查冷熱損失（u33），清除污垢、附著物（u34）。

這些集合可以用數學表達式來更清楚的表示它們們之間的關系，數學表達式如下：

U={U1，U2，U3}，其中U1，U2，U3又包含了各自的子集，即U1={U11，U12，U13，U14}，U2={U21，U22，U23，U24}，U3={U31，U32，U33，U34}。

在建立好因素集合之后，我們需要建立的是評價集合，所謂評價集合就是各種評價結果組成的一個集合，這些評價結果包括v1（好），v2（較好），v3（一般），v4（差）四種，因此評價集合的表達式可以并表示為V={v1，v2，v3，v4}。

（2）構建權重關系。確定權重的方法有許多，例如專家估測法、頻數統計法、相關系數法、變異系數法、夾角余弦賦權法、熵值法、主客觀綜合賦權法、兩兩比較法等等，若要直接給出給因素的權重往往需要大量的數據以及豐富的經驗，我們可以采取的是比較任意兩個因素之間的相對權重，在本文中采取兩兩比較法來加以研究。

我們可以設ui1，ui2，…uin是與上層因素Ui關聯的n個因素，對于j，k=1，2…n，以ajkI表示uij與uik關于Ui的影響比值。這樣就得到了這n個因素關于Ui的兩兩比較的判斷矩陣。

2 試驗與數據處理分析

2.1 試驗與模擬方案

（1）試驗。本文采取的試驗設備是地埋管換熱器，試驗分兩組進行，都采用連續運行方式，試驗1為U埋管間距5m夏季試驗，試驗2是U埋管間距3m夏季試驗，試驗1采用的工作井為1#、2#、4#、5#，測試井為3#，試驗時間為20天。試驗1進行完后再進行試驗2，但需要注意的是在進行試驗2之前需要等待土壤恢復初始溫度，這個過程需要10天，試驗2的的工作井選擇2#、4#、6#、8#，測試井選擇10#，試驗時間與試驗1相同，也為20天。整個實驗的目的是為了研究試驗過程中土壤溫度的變化情況以及地下埋管換熱器熱量的變化情況，將兩組試驗得到的數據進行對比分析，從而與模擬計算的結果進行對面，驗證本文選擇的模擬方案的可靠性。

（2）模擬方案。為了保證模擬的準確度，模擬的采取與試驗同時進行的方案，模擬中各項參數根據試驗中的各項條件來設定，保證與實驗的條件一致。模擬中地下埋管的材料選取與試驗相同的PE管，PE管的參數如下：外徑35cm，管壁厚度為5cm。

模擬方案中選擇的數值模擬軟件為Fluent，在利用Fluent進行數值模擬時，設定的各項參數如下：埋管中的流體介質設置為水，水的密度選擇998kg/m3，比熱容選擇4200J/（kg· k），埋管內的水流速設置為2m/s，埋管的埋設深度為60m，埋管進口溫度設置為35℃，模型的邊界條件根據具體情況可進行改動，模擬的時間與試驗時間相同，為20天。數值模擬與試驗的目的相同，都是為了分析埋管周圍土壤的溫度變化情況以及埋管換熱器熱量的變化情況，將試驗與數值模擬的結果進行對比分析，具有更高的可靠性。

2.2 結果分析

試驗的結果中埋管周圍不同深度的土壤溫度變化情況如下：試驗的前5天土壤的溫度上升較快，這是由于剛進行試驗時，埋管的溫度與土壤溫度的溫差較大；第5至試驗結束土壤溫度上升率有所下降，這是由于在埋管與土壤之間進行熱交換后，土壤的溫度上升，土壤與埋管之間的溫差縮小，因此土壤的溫度上升率下降。不同深度的土壤溫度變化率也不同，這是由于不同深度的土壤自身的溫度值不同，越深的土壤與埋管的溫差越小，因此溫度變化率也越小。

3 結論

本文首先建立了換熱器的能效綜合評價模型，詳細地論述了綜合模型中采取的權重確定方法，然后通過試驗和數值模擬同時對地下埋管換熱器的換熱特性進行了研究，通過研究得出一些數據，在將試驗與數值模擬的結果進行對比分析，兩者的基本吻合證明了試驗與數值模擬的結果可靠，具有有一定的價值。換熱器的能效檢測對于換熱器的節能改造以及能源的節約都有十分重要的意義，因此值得我們進一步的研究與探討。

參考文獻：

[1]杜詩民，劉業鳳，艾永杰，李續，馬俊琳.地埋管換熱器傳熱特性模擬與試驗研究[J].流體機械，2015（01）：1-6.

[2]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].高等教育出版社，2009.endprint