暖通空調工程中換熱器的運行節能分析

范文斌

（山西四建集團有限公司 山西太原 030006）

0 引言

對于換熱器而言，其是暖通空調工程中常見的也是尤為重要的設備，同樣也是節約設備能耗的重點體現。提高換熱器的使用效率降低其能源消耗，無論對于能源緊張問題還是環境污染問題都能起到一定的緩解作用，而且還能推動暖通空調技術及其系統功能的更新。

1 簡析暖通空調節能的必要性及設計

依據我國有關部門的數據統計分析，對于整個建筑能耗設計而言，暖通空調工程的能源消耗可以占據總量的40%左右，一方面消耗與浪費了大量的能源，另一方面還會促進有關比例上漲，從而激化能源供求之間的矛盾[1]。也由于這一原因，關于其設計節能降耗已漸漸成為有關研究工作人員的重點工作方向。現下，我國的人均住宅面積呈現逐漸增加的趨勢，因此使用暖通空調的用戶也會隨之增加，在現實運作中必然會造成更大的能源消耗，這也是體現能源供需不協調的一方面。現階段，我國所使用的能源體系中依舊以不可再生能源為主，特別是電能。因為使用十分頻繁為能源總量帶去了巨大的壓力，還會引發一系列的生態污染問題。

對節能設計而言，主要有以下幾個設計方面：①變頻系統。在進行暖通空調有關節能設計時，第一選擇就是變頻系統，其重要作用是能夠減少能源損耗，還能對暖通空調系統存在的不足加以補充，從而減少運行成本投入。在進行節能設計時，通常都會留出一定的余量空間，從而有利于設備負荷能夠有序平穩的運轉。我們以建筑節能設計為例，在建筑物中的暖通空調中使用變頻系統，能夠對系統輸出功率進行及時調整，將負荷變動加以改變，由此增強空調的節能效果；②地源熱泵。這種空調主要使用的是地源熱泵系統，所使用埋管式系統不僅安裝十分靈活，而且易于控制。關于埋管方式主要采取立埋方法，將水當作冷熱量載體，從而讓機組和土壤之間能夠進行有效的熱量交換。該種空調系統由三部分組成，而各個系統間主要通過水或者是空氣實現熱量傳遞，地能和地源熱泵之間所使用的換熱介質是水，至于和暖通空調末端所使用的換熱介質可以是空氣也可以是水，從而達到恒濕與恒溫的效果[2]。

2 實驗案例分析

在文中的實驗案例中，主要進行的是換熱器自身換熱性能的實驗。實驗中的實驗對象為：套管式、板式提及列管式這三種換熱器。在長期使用換熱器很容易出現換熱器結垢、腐蝕等有關問題，不僅大大降低其傳熱性能，而且會增大空調能耗，甚至帶來一定的經濟損失。對此，首先文章將對換熱器受到腐蝕的主要原因進行簡要分析：①水質。水質含有的溶解成分、pH值、水溫等均會嚴重影響換熱器的腐蝕情況。而水的pH值、含氣量以及有關溶解成分的影響程度較大，可是卻能夠進行人工控制，所以在使用過程中應要尤為注重維護工作。對于換熱器系統而言，對其影響最大的因素就是管道中積存過量的空氣，一方面對水循環造成嚴重影響，另一方面氧氣極易使換熱器受到腐蝕。由于水中的空氣溶解度和溫度與壓力具有關聯性，要是水溫升高或是能夠管道阻力壓降低時，自然就會水中溶解。除此之外，要是pH值較低，十分有利于陰極反應的發生，金屬遭受腐蝕的速度會大大提升。所以，在應用冷卻液的過程中要尤為關注水質，最好使用堿性較高的水，由此降低pH值腐蝕換熱器蝕的速度。水中如果含有大量的陰離子，同樣也會腐蝕換熱器。所以要對離子濃度進行科學檢測，減低陰離子在水中的含量，可以加入適量的抗腐蝕物質有效保護換熱器；②材質。只是少數的換熱器所使用的制造材料是不銹鋼、玻璃等有關特殊材質，通常的換熱器主要使用的是碳鋼。關于碳鋼，其中還含有一定的錳、硅、硫等，在鋼材中主要影響其中碳含量的因素就是力學性能，和合金鋼比較，通常不會加入很多合金元素，因此極易出現生銹現象，而且抗腐蝕性能極低；③進出口溫度。隨著溫度的進一步升高腐蝕速度也會增快，也就是說二者之間是成正比例的。所以，在平時使用過程中一定要對供水溫度進行嚴格控制。

在三種換熱器只在對冷水流量加以改變的實驗中，針對其傳熱系數、阻力以及平均換熱量變化進行分析，結果如下：

（1）水流流量影響換熱器傳熱。通過該實驗，我們能夠得知要是水流流量不斷增加，這三種類型換熱器的平移換熱值以及傳熱系數也會隨之呈現逐漸上升的趨勢，當中上升趨勢相對明顯的為板式以及套管式，至于列管式上升趨勢并不明顯。之所以會產生該種情況的核心因素由于水流流量的增大而提高了流體雷諾數，所以在流體內部會生成一定的漩渦，使得流體摻混不斷增強，嚴重限制層流底層產生破裂，提高了傳熱速度。但是列管式、板式以及套管這三種換熱器的結構上存在著差異，其冷水和熱水發生換熱的位置位于列管與外觀之間，因此流動空間要遠大于其他兩種，即便是讓冷水流量增加很難提高其流速，那么也就不能有效提高流體雷諾數的，那么也就難以對層流底層破壞加以阻止，要想提高列管式的傳熱效果僅僅改變冷水流量是遠遠不夠的。

（2）水流流量影響換熱器阻力。在實驗分析過程中，我們能夠發現如果提高了水流流速，不僅可以對換熱器傳熱效果產生影響而且也使得換熱器阻力進一步增大，從實驗結果來看反映效果最為明顯的套管式與板式換熱器。因為流速變化和流動阻力變化之間的關系是正相關的，所以要是冷水流量增大會使得套管式以及板式中的流速提升，所以流動阻力也會隨之增強；但是對于列管式而言，與另外兩種的換熱器相比其冷水流動空間會更大一些，所以即使是增大流量也很難影響冷水的流動速度，所以其流動阻力也不是發生很大的變化。

（3）最佳運行流量。通過實驗與有關分析能夠知道，隨著水流流量的不然增大即使可以增加換熱量，在一定程度上能夠將換熱器實際運行效率有效提高，可也不能忽視其會讓流動阻力增大，進而加大了換熱器耗損程度。因此，從事暖通空調工程的有關研究人員應重視換熱器的深入研究，制定出一個相對精準的流量值，確保在損耗最小的情況下換取最大化的換熱量，而此時所明確的流量值就可以被稱之為換熱器的最佳運行流量。至于計算運行流量，文章認為應以總能量作為計算出發點，也就是換熱器最大的阻力耗損和平均換熱量之間的差值，即換熱器的最佳運行流量[3]。

3 結束語

通過本文的簡要分析，如果想提高換熱器的實際使用功效，就應該嚴格控制其內部熱水流量、冷水流量還有阻力因素。相關工作人員應對其最佳運行流量進行科學計算并做好運行節能分析，以此保證當換熱器換熱量最大時不會造成過大的耗損。