Le calcul de l'échangeur de chaleur ne prend actuellement pas plus de cinq minutes. En règle générale, toute organisation qui fabrique et vend de tels équipements fournit à chacun son propre programme de sélection. Vous pouvez le télécharger gratuitement sur le site Web de l'entreprise, ou leur technicien se rendra à votre bureau et l'installera gratuitement. Cependant, dans quelle mesure le résultat de ces calculs est-il correct, est-il possible de lui faire confiance et le fabricant n'est-il pas rusé lorsqu'il se bat dans un appel d'offres avec ses concurrents? La vérification d'un calculateur électronique nécessite des connaissances ou au moins une compréhension de la méthodologie de calcul pour les échangeurs de chaleur modernes. Essayons de comprendre les détails.
Qu'est-ce qu'un échangeur de chaleur
Avant de calculer l'échangeur de chaleur, rappelons-nous, de quel type d'appareil s'agit-il? Un appareil d'échange de chaleur et de masse (alias un échangeur de chaleur, alias un échangeur de chaleur, ou TOA) est un dispositif de transfert de chaleur d'un caloporteur à un autre. Lors du changement des températures des liquides de refroidissement, leurs densités et, par conséquent, les indicateurs de masse des substances changent également. C'est pourquoi de tels processus sont appelés transfert de chaleur et de masse.
Concepts de base du transfert de chaleur pour le calcul
Les échangeurs de chaleur sont calculés en utilisant des informations de base sur les lois d'échange de chaleur.
Dans cet article, nous examinerons certains des concepts utilisés dans ces calculs.
- Chaleur spécifique est la quantité d'énergie thermique nécessaire pour chauffer 1 kilogramme d'une substance par 1 degré Celsius. Sur la base des informations sur la capacité thermique, la quantité de chaleur accumulée est affichée. Pour les calculs d'énergie thermique, la valeur moyenne de la capacité thermique est prise dans une certaine plage d'indicateurs de température.
- La quantité d'énergie thermique nécessaire pour chauffer 1 kg d'une substance de zéro à la température requise est appelée enthalpie spécifique.
- Chaleur spécifique des transformations chimiques est la quantité d'énergie thermique libérée lors du processus de transformation chimique de toute unité de poids d'une substance.
- Chaleur spécifique des transformations de phase détermine la quantité d'énergie thermique absorbée ou libérée lors de la transformation de toute unité de masse d'une substance de l'état solide à l'état liquide, de l'état d'agrégation liquide à l'état gazeux, etc.
Un calculateur en ligne pour calculer un échangeur de chaleur à partir de vous aidera à obtenir une solution en 15 minutes. Vous pouvez également utiliser la théorie d'un échangeur de chaleur à plaques, décrite ci-dessous dans cet article, et effectuer vous-même les calculs nécessaires.
Types de transfert de chaleur
Parlons maintenant des types de transfert de chaleur - il n'y en a que trois. Radiation - le transfert de chaleur par rayonnement. Par exemple, vous pouvez penser à prendre un bain de soleil sur la plage par une chaude journée d'été. Et de tels échangeurs de chaleur peuvent même être trouvés sur le marché (aérothermes à tubes). Cependant, le plus souvent pour chauffer les pièces à vivre, les pièces d'un appartement, nous achetons des radiateurs au mazout ou électriques. Ceci est un exemple d'un autre type de transfert de chaleur - la convection. La convection peut être naturelle, forcée (hotte aspirante, il y a un récupérateur dans le caisson) ou induite mécaniquement (avec un ventilateur par exemple). Ce dernier type est beaucoup plus efficace.
Cependant, le moyen le plus efficace de transférer de la chaleur est la conductivité thermique, ou, comme on l'appelle aussi, la conduction (de l'anglais conduction - "conduction"). Tout ingénieur qui va effectuer un calcul thermique d'un échangeur de chaleur pense tout d'abord à choisir un équipement performant dans les plus petites dimensions possibles.Et ceci est réalisé précisément grâce à la conductivité thermique. Un exemple de ceci est le TOA le plus efficace aujourd'hui - les échangeurs de chaleur à plaques. La plaque TOA, par définition, est un échangeur de chaleur qui transfère la chaleur d'un liquide de refroidissement à un autre à travers la paroi qui les sépare. La zone de contact maximale possible entre deux supports, ainsi que les matériaux correctement sélectionnés, le profil des plaques et leur épaisseur, vous permet de minimiser la taille de l'équipement sélectionné tout en conservant les caractéristiques techniques d'origine requises dans le processus technologique.
Types d'échangeurs de chaleur
Avant de calculer l'échangeur de chaleur, ils sont déterminés avec son type. Tous les TOA peuvent être divisés en deux grands groupes: les échangeurs de chaleur récupératifs et régénératifs. La principale différence entre eux est la suivante: dans le TOA récupérateur, l'échange de chaleur se produit à travers une paroi séparant deux réfrigérants, et dans le TOA régénérateur, les deux milieux sont en contact direct l'un avec l'autre, se mélangeant souvent et nécessitant une séparation ultérieure dans des séparateurs spéciaux. Les échangeurs de chaleur à régénération sont divisés en échangeurs de mélange et échangeurs de chaleur avec garnissage (stationnaire, descendant ou intermédiaire). En gros, un seau d'eau chaude exposé au gel ou un verre de thé chaud placé au réfrigérateur pour refroidir (ne faites jamais ça!) Est un exemple d'un tel mélange TOA. Et en versant du thé dans une soucoupe et en le refroidissant de cette manière, on obtient un exemple d'échangeur de chaleur régénératif avec une buse (la soucoupe dans cet exemple joue le rôle d'une buse), qui entre d'abord en contact avec l'air ambiant et prend sa température , puis prend une partie de la chaleur du thé chaud qui y est versé., cherchant à amener les deux milieux en équilibre thermique. Cependant, comme nous l'avons déjà découvert précédemment, il est plus efficace d'utiliser la conductivité thermique pour transférer la chaleur d'un milieu à un autre, par conséquent, les TOA qui sont plus utiles en termes de transfert de chaleur (et largement utilisés) aujourd'hui sont, bien sûr, récupératrice.
Exemple de calcul d'échangeur de chaleur
Pour calculer la puissance requise (Q0), la formule du bilan thermique est utilisée. Ici mer agit comme une capacité calorifique spécifique (valeur tabulaire). Pour simplifier les calculs, vous pouvez prendre le niveau réduit de capacité thermique
Il convient de garder à l'esprit que conformément à la formule, quel que soit le côté sur lequel le calcul est effectué.
Ensuite, vous devez trouver la surface requise en fonction de l'équation de transfert de chaleur de base, où k est le coefficient de transfert de chaleur, et Journal ΔTav. - température moyenne logarithmique de la tête calculée par la formule:
Avec un coefficient de transfert de chaleur incertain, un échangeur de chaleur à plaques est calculé à l'aide d'une méthode plus complexe. La formule peut être utilisée pour calculer le critère de Reynolds.
Après avoir trouvé la valeur du critère de Prandtl dont nous avons besoin dans le tableau, nous pouvons calculer le critère de Nusselt de la formule, où n = 0,3 - lors du refroidissement du liquide, n = 0,4 - lors du chauffage du liquide.
En outre, sur la base de la formule, vous pouvez calculer le coefficient de transfert de chaleur de tout caloporteur vers le mur et, conformément à la formule, déterminer le coefficient de transfert de chaleur substitué dans la formule, avec laquelle la surface de transfert de chaleur est calculée.
Calcul thermique et structurel
Tout calcul d'un échangeur de chaleur à récupération peut être effectué sur la base des résultats des calculs thermiques, hydrauliques et de résistance. Ils sont fondamentaux, obligatoires dans la conception de nouveaux équipements et constituent la base de la méthode de calcul pour les modèles ultérieurs de la ligne du même type d'appareil. La tâche principale du calcul thermique du TOA est de déterminer la surface requise de la surface d'échange de chaleur pour le fonctionnement stable de l'échangeur de chaleur et le maintien des paramètres requis du milieu à la sortie.Très souvent, dans de tels calculs, les ingénieurs reçoivent des valeurs arbitraires des caractéristiques de masse et de taille du futur équipement (matériau, diamètre du tuyau, dimensions de la plaque, géométrie du faisceau, type et matériau des ailettes, etc.), par conséquent, après le thermique, un calcul constructif de l'échangeur de chaleur est généralement effectué. En effet, si à la première étape l'ingénieur calculait la surface requise pour un diamètre de tuyau donné, par exemple 60 mm, et que la longueur de l'échangeur de chaleur se révélait ainsi être d'une soixantaine de mètres, alors il est plus logique de supposer un transition vers un échangeur de chaleur multi-passe, ou vers un type tube-tube, ou pour augmenter le diamètre des tubes.
Calcul hydraulique
Des calculs hydrauliques ou hydromécaniques, ainsi que aérodynamiques sont effectués afin de déterminer et d'optimiser les pertes de charge hydrauliques (aérodynamiques) dans l'échangeur de chaleur, ainsi que de calculer les coûts énergétiques pour les surmonter. Le calcul de tout chemin, canal ou tuyau pour le passage du liquide de refroidissement pose une tâche principale pour une personne - intensifier le processus de transfert de chaleur dans cette zone. Autrement dit, un milieu doit transmettre et l'autre doit recevoir autant de chaleur que possible à l'intervalle minimum de son écoulement. Pour cela, une surface d'échange thermique supplémentaire est souvent utilisée, sous la forme d'une nervure de surface développée (pour séparer la sous-couche laminaire limite et améliorer la turbulisation de l'écoulement). Le rapport d'équilibre optimal des pertes hydrauliques, de la surface d'échange thermique, des caractéristiques de poids et de taille et de la puissance thermique extraite est le résultat d'une combinaison de calculs thermiques, hydrauliques et constructifs du TOA.
Calcul de vérification
Le calcul de l'échangeur de chaleur est effectué dans le cas où il est nécessaire de prévoir une marge pour la puissance ou pour la surface de la surface d'échange de chaleur. La surface est réservée pour diverses raisons et dans des situations différentes: si cela est requis selon les termes de référence, si le constructeur décide d'ajouter une marge supplémentaire afin d'être sûr qu'un tel échangeur de chaleur se mettra en service, et de minimiser erreurs commises dans les calculs. Dans certains cas, une redondance est nécessaire pour arrondir les résultats des dimensions de conception, dans d'autres (évaporateurs, économiseurs), une marge de surface est spécialement introduite dans le calcul de la capacité de contamination de l'échangeur de chaleur par l'huile de compresseur présente dans le circuit frigorifique. Et la mauvaise qualité de l'eau doit être prise en compte. Après un certain temps de fonctionnement ininterrompu des échangeurs de chaleur, en particulier à des températures élevées, le tartre se dépose sur la surface d'échange de chaleur de l'appareil, réduisant le coefficient de transfert de chaleur et conduisant inévitablement à une diminution parasite de l'évacuation de la chaleur. Par conséquent, un ingénieur compétent, lors du calcul de l'échangeur de chaleur eau-eau, accorde une attention particulière à la redondance supplémentaire de la surface d'échange thermique. Le calcul de vérification est également effectué afin de voir comment l'équipement sélectionné fonctionnera dans d'autres modes secondaires. Par exemple, dans les climatiseurs centraux (unités d'alimentation en air), les premier et deuxième appareils de chauffage, utilisés pendant la saison froide, sont souvent utilisés en été pour refroidir l'air entrant en fournissant de l'eau froide aux tubes de l'échangeur de chaleur à air. Comment ils fonctionneront et quels paramètres ils donneront vous permet d'évaluer le calcul de vérification.
Données requises
Pour calculer l'échangeur de chaleur, il est nécessaire de fournir les données suivantes:
- températures d'entrée et de sortie sur les deux circuits. Plus la différence entre eux est grande, plus les dimensions et le prix d'un échangeur de chaleur approprié sont petits;
- le niveau maximum de pression et de température du fluide de travail. Plus les paramètres sont bas, moins l'unité est bon marché;
- indicateur du débit massique du liquide de refroidissement dans les deux circuits. Détermine le débit des unités.La consommation d'eau est le plus souvent indiquée. Si vous multipliez les chiffres du débit et de la densité, vous obtenez le débit massique total;
- puissance thermique (charge). Détermine la quantité de chaleur dégagée par l'unité. Le calcul de la charge thermique de l'échangeur de chaleur est effectué selon la formule P = m × cp × δt, où m est le débit du fluide, cp est la capacité thermique spécifique et δt est la différence de température au entrée et sortie du circuit.
Pour calculer le transfert de chaleur de l'échangeur de chaleur, des caractéristiques supplémentaires devront être prises en compte. Le type de fluide de travail et son indice de viscosité déterminent le matériau de l'échangeur de chaleur. Vous aurez besoin de données sur la température moyenne de la tête (calculée par la formule) et sur le niveau de contamination de l'environnement de travail. Ce dernier paramètre est rarement pris en compte, car il n'est requis que dans des cas exceptionnels.
Le calcul de la puissance de l'échangeur de chaleur nécessite des informations précises sur les paramètres ci-dessus. Des informations peuvent être obtenues auprès du TU ou du contrat auprès de l'organisme de distribution de chaleur, ainsi que le mandat de l'ingénieur.
Calculs de recherche
Les calculs de recherche de TOA sont effectués sur la base des résultats obtenus des calculs thermiques et de vérification. En règle générale, ils sont nécessaires pour apporter les dernières modifications à la conception de l'appareil projeté. Ils sont également réalisés afin de corriger d'éventuelles équations posées dans le modèle de calcul implémenté TOA, obtenu de manière empirique (d'après des données expérimentales). Effectuer des calculs de recherche implique des dizaines, et parfois des centaines de calculs selon un plan spécial développé et mis en œuvre en production selon la théorie mathématique de la planification des expériences. Selon les résultats, l'influence de diverses conditions et grandeurs physiques sur les indicateurs de performance de TOA est révélée.
Autres calculs
Lors du calcul de la surface de l'échangeur de chaleur, n'oubliez pas la résistance des matériaux. Les calculs de résistance TOA incluent la vérification de l'unité conçue pour les contraintes, la torsion, pour appliquer les moments de fonctionnement maximum admissibles aux pièces et assemblages du futur échangeur de chaleur. Avec des dimensions minimales, le produit doit être durable, stable et garantir un fonctionnement sûr dans diverses conditions de fonctionnement, même les plus stressantes.
Un calcul dynamique est effectué afin de déterminer les différentes caractéristiques de l'échangeur de chaleur à des modes variables de son fonctionnement.
Échangeurs de chaleur tube à tube
Considérons le calcul le plus simple d'un échangeur de chaleur pipe-in-pipe. Structurellement, ce type de TOA est simplifié au maximum. En règle générale, un liquide de refroidissement chaud est introduit dans le tuyau intérieur de l'appareil pour minimiser les pertes, et un réfrigérant de refroidissement est lancé dans le boîtier ou dans le tuyau extérieur. La tâche de l'ingénieur dans ce cas est réduite à déterminer la longueur d'un tel échangeur de chaleur en fonction de la surface calculée de la surface d'échange thermique et des diamètres donnés.
Il faut ajouter ici que le concept d'échangeur de chaleur idéal est introduit en thermodynamique, c'est-à-dire un appareil de longueur infinie, où les fluides de refroidissement travaillent à contre-courant, et la différence de température est pleinement déclenchée entre eux. La conception tube-dans-tube se rapproche le plus de ces exigences. Et si vous exécutez les liquides de refroidissement dans un contre-courant, alors ce sera le soi-disant "contre-courant réel" (et non le flux croisé, comme dans la plaque TOA). La tête de température est déclenchée le plus efficacement avec une telle organisation du mouvement. Cependant, lors du calcul d'un échangeur de chaleur tuyau-dans-tuyau, il faut être réaliste et ne pas oublier le composant logistique, ainsi que la facilité d'installation. La longueur de l'eurotruck est de 13,5 mètres, et tous les locaux techniques ne sont pas adaptés au dérapage et à l'installation d'équipements de cette longueur.
Schémas de connexion
Un échangeur de chaleur fonctionnant sur le principe eau-eau a plusieurs schémas de raccordement différents, cependant, les boucles de type primaire sont montées sur les tuyaux de distribution du réseau de chauffage (il peut être privé ou vendu par les services de la ville), et le type secondaire des boucles sont montées sur la canalisation d'alimentation en eau.
Le plus souvent, cela dépend uniquement des décisions du projet concernant le type de connexion autorisé. En outre, le schéma d'installation et sa sélection sont basés sur les normes de "Conception des unités de chauffage" et dans la norme de coentreprise sous le numéro 41-101-95. Si le rapport et la différence entre le flux de chaleur d'eau maximum possible pour l'alimentation en eau chaude et le flux de chaleur pour le chauffage sont déterminés dans la plage ≤0,2 à ≥1, la base est le schéma de raccordement en une étape, et si de 0,2 ≤ à ≤1, puis de deux degrés ...
Standard
Le schéma le plus simple et le plus rentable à mettre en œuvre est le parallèle. Avec ce schéma, les échangeurs de chaleur sont montés en série par rapport aux vannes de régulation, c'est-à-dire la vanne d'arrêt, ainsi qu'en parallèle à l'ensemble du réseau de chauffage. Afin d'obtenir un échange thermique maximal au sein du système, des taux de consommation élevés de caloporteurs sont nécessaires.
Schéma en deux étapes
Système mixte à deux étages
Si vous utilisez un schéma en deux étapes, l'eau est chauffée soit dans une paire d'appareils indépendants, soit dans une installation monobloc. Il est important de se rappeler que le schéma d'installation et sa complexité dépendront de la configuration globale du réseau. D'un autre côté, avec un schéma en deux étapes, le niveau d'efficacité de l'ensemble du système augmente et la consommation de caloporteurs diminue également (jusqu'à environ 40 pour cent).
Avec ce schéma, la préparation de l'eau se déroule en deux étapes. Au cours de la première étape, de l'énergie thermique est appliquée, chauffant l'eau à 40 degrés, et pendant la deuxième étape, l'eau est chauffée à 60 degrés.
Connexion de type série
Schéma séquentiel en deux étapes
Un tel schéma est mis en œuvre dans le cadre de l'un des dispositifs d'échange de chaleur de l'alimentation en eau chaude, et ce type d'échangeur de chaleur est de conception beaucoup plus compliquée par rapport aux schémas standard. Cela coûtera également beaucoup plus cher.
Échangeurs de chaleur à calandre et à tubes
Par conséquent, très souvent, le calcul d'un tel appareil se transforme en douceur dans le calcul d'un échangeur de chaleur à calandre et à tube. Il s'agit d'un appareil dans lequel un faisceau de tuyaux est situé dans un seul boîtier (boîtier), lavé par divers liquides de refroidissement, en fonction de la destination de l'équipement. Dans les condenseurs, par exemple, le réfrigérant est acheminé dans la chemise et l'eau dans les tuyaux. Avec cette méthode de déplacement de supports, il est plus pratique et plus efficace de contrôler le fonctionnement de l'appareil. Dans les évaporateurs, au contraire, le réfrigérant bout dans les tubes, et en même temps ils sont lavés par le liquide refroidi (eau, saumures, glycols, etc.). Par conséquent, le calcul d'un échangeur de chaleur tubulaire se réduit à minimiser la taille de l'équipement. En jouant avec le diamètre de l'enveloppe, le diamètre et le nombre de tuyaux intérieurs et la longueur de l'appareil, l'ingénieur atteint la valeur calculée de la surface de la surface d'échange thermique.
Détermination du coefficient de transfert de chaleur
Pour les calculs préliminaires des équipements d'échange de chaleur et divers types de contrôles, des valeurs approximatives des coefficients sont utilisées, normalisées pour certaines catégories:
- coefficients de transfert de chaleur pour la condensation de la vapeur d'eau - de 4000 à 15000 W / (m2K);
- coefficients de transfert de chaleur pour l'eau circulant dans les tuyaux - de 1200 à 5800 W / (m2K);
- coefficients de transfert de chaleur du condensat vaporeux à l'eau - de 800 à 3500 W / (m2K).
Le calcul exact du coefficient de transfert de chaleur (K) est effectué selon la formule suivante:
Dans cette formule:
- α1 est le coefficient de transfert de chaleur du fluide chauffant (exprimé en W / (m2K));
- α2 est le coefficient de transfert de chaleur pour le caloporteur chauffé (exprimé en W / (m2K));
- δst - paramètre de l'épaisseur de la paroi du tuyau (exprimé en mètres);
- λst - coefficient de conductivité thermique du matériau utilisé pour le tuyau (exprimé en W / (m * K)).
Une telle formule donne un résultat «idéal», qui ne correspond généralement pas à 100% à l'état réel des choses. Par conséquent, un autre paramètre est ajouté à la formule - Rzag.
Ceci est un indicateur de la résistance thermique de divers contaminants qui se forment sur les surfaces chauffantes du tuyau (c.-à-d. Échelle ordinaire, etc.)
La formule de l'indicateur de pollution ressemble à ceci:
R = δ1 / λ1 + δ2 / λ2
Dans cette formule:
- δ1 est l'épaisseur de la couche de sédiments sur le côté intérieur de la conduite (en mètres);
- δ2 est l'épaisseur de la couche de sédiments à l'extérieur du tuyau (en mètres);
- λ1 et λ2 sont les valeurs des coefficients de conductivité thermique pour les couches de pollution correspondantes (exprimées en W / (m * K)).
Échangeurs de chaleur à air
L'un des échangeurs de chaleur les plus courants aujourd'hui est les échangeurs de chaleur tubulaires à ailettes. Ils sont également appelés bobines. Partout où ils ne sont pas installés, en commençant par des ventilo-convecteurs (de l'anglais fan + coil, c'est-à-dire "fan" + "coil") dans les blocs internes des systèmes split et se terminant par des récupérateurs de gaz de combustion géants (extraction de chaleur des fumées chaudes et transférez-le pour les besoins de chauffage) dans les chaudières de CHP. C'est pourquoi la conception d'un échangeur de chaleur à serpentin dépend de l'application dans laquelle l'échangeur de chaleur sera mis en service. Les refroidisseurs d'air industriels (VOP), installés dans des chambres de surgélation de viande, dans des congélateurs à basse température et sur d'autres objets de réfrigération alimentaire, nécessitent certaines caractéristiques de conception dans leurs performances. La distance entre les lamelles (nervures) doit être aussi grande que possible pour augmenter le temps de fonctionnement continu entre les cycles de dégivrage. Les évaporateurs pour centres de données (centres de traitement de données), au contraire, sont rendus aussi compacts que possible, en gardant l'espacement au minimum. De tels échangeurs de chaleur fonctionnent dans des "zones propres" entourées de filtres fins (jusqu'à la classe HEPA), par conséquent, un tel calcul de l'échangeur de chaleur tubulaire est effectué en mettant l'accent sur la minimisation de la taille.
Échangeurs de chaleur à plaques
Actuellement, les échangeurs de chaleur à plaques sont en demande stable. Selon leur conception, ils sont entièrement pliables et semi-soudés, brasés au cuivre et brasés au nickel, soudés et brasés par la méthode de diffusion (sans soudure). La conception thermique d'un échangeur de chaleur à plaques est suffisamment flexible et pas particulièrement difficile pour un ingénieur. Dans le processus de sélection, vous pouvez jouer avec le type de plaques, la profondeur de poinçonnage des canaux, le type de nervure, l'épaisseur de l'acier, les différents matériaux et, surtout, de nombreux modèles de taille standard d'appareils de différentes dimensions. Ces échangeurs de chaleur sont bas et larges (pour le chauffage de l'eau à la vapeur) ou hauts et étroits (échangeurs de chaleur de séparation pour les systèmes de climatisation). Ils sont souvent utilisés pour les milieux à changement de phase, c'est-à-dire comme condenseurs, évaporateurs, désurchauffeurs, pré-condenseurs, etc. Il est un peu plus difficile de réaliser le calcul thermique d'un échangeur de chaleur fonctionnant selon un schéma biphasé que un échangeur de chaleur liquide-liquide, mais pour un ingénieur expérimenté, cette tâche est résoluble et pas particulièrement difficile. Pour faciliter ces calculs, les concepteurs modernes utilisent des bases informatiques d'ingénierie, sur lesquelles vous pouvez trouver de nombreuses informations nécessaires, y compris des diagrammes de l'état de tout réfrigérant dans n'importe quelle analyse, par exemple, le programme CoolPack.
Calcul d'un échangeur de chaleur à plaques - comment déterminer correctement les paramètres?
Principes généraux de la conception des systèmes d'alimentation en chaleur
Le système d'alimentation en chaleur est un système de transport d'énergie thermique (sous forme d'eau chauffée ou de vapeur) d'une source de chaleur à son consommateur.
Le système de fourniture de chaleur se compose essentiellement de trois parties: une source de chaleur, un consommateur de chaleur, un réseau de chaleur - qui sert à transporter la chaleur d'une source à un consommateur.
- Chaudière à vapeur dans une cogénération ou une chaufferie.
- Échangeur de chaleur réseau.
- Pompe de circulation.
- Échangeur de chaleur pour système d'alimentation en eau chaude.
- Échangeur de chaleur du système de chauffage.
Rôle des éléments du circuit:
- unité de chaudière - une source de chaleur, transfert de la chaleur de combustion du combustible vers le liquide de refroidissement;
- équipement de pompage - créant une circulation du liquide de refroidissement;
- pipeline d'alimentation - fourniture de liquide de refroidissement chauffé de la source au consommateur;
- pipeline de retour - retour du caloporteur refroidi à la source du consommateur;
- équipement d'échange de chaleur - conversion d'énergie thermique.
Graphiques de température
Dans notre pays, une réglementation de haute qualité de la fourniture de chaleur aux consommateurs a été adoptée. Autrement dit, sans changer le débit du liquide de refroidissement à travers le système consommateur de chaleur, la différence de température à l'entrée et à la sortie du système change.
Ceci est réalisé en modifiant la température dans le tuyau de départ en fonction de la température extérieure. Plus la température extérieure est basse, plus la température de départ est élevée. En conséquence, la température du tuyau de retour change également en fonction de cette relation. Et tous les systèmes qui consomment de la chaleur sont conçus avec ces exigences à l'esprit.
Les graphiques de la dépendance de la température du liquide de refroidissement dans les conduites d'alimentation et de retour sont appelés le graphique de température du système d'alimentation en chaleur.
Le programme de température est défini par la source de chaleur en fonction de sa puissance, des besoins des réseaux de chaleur et des besoins des consommateurs. Les courbes de température sont nommées en fonction des températures maximales dans les canalisations d'alimentation et de retour: 150/70, 95/70 ...
Couper le graphique dans la partie supérieure - lorsque la chaufferie n'a pas une capacité suffisante.
Couper le graphique dans la partie inférieure - pour assurer le fonctionnement des systèmes ECS.
Les systèmes de chauffage fonctionnent principalement selon le programme 95/70 pour assurer une température moyenne dans le radiateur de 82,5 ° C à -30 ° C.
Si la température requise dans le tuyau d'alimentation est fournie par la source de chaleur, la température requise dans le tuyau de retour est fournie par le consommateur de chaleur avec son système consommateur de chaleur. S'il y a surestimation de la température de l'eau de retour du consommateur, cela signifie alors le fonctionnement insatisfaisant de son système et entraîne des fines, car cela conduit à une détérioration du fonctionnement de la source de chaleur. Dans le même temps, son efficacité diminue. Par conséquent, il existe des organisations de contrôle spéciales qui surveillent que les systèmes consommateurs de chaleur des consommateurs donnent la température de l'eau de retour en fonction du programme de température ou moins. Cependant, dans certains cas, une telle surestimation est autorisée, par exemple. lors de l'installation d'échangeurs de chaleur.
Le programme 150/70 permettra le transfert de chaleur d'une source de chaleur avec une consommation de caloporteur plus faible, cependant, un caloporteur avec une température supérieure à 105 ° C ne peut pas être fourni aux systèmes de chauffage domestique. Par conséquent, le calendrier est abaissé, par exemple, de 95/70. L'abaissement est effectué en installant un échangeur de chaleur ou en mélangeant l'eau de retour dans la canalisation d'alimentation.
Hydraulique du réseau de chaleur
La circulation de l'eau dans les systèmes d'alimentation en chaleur est assurée par des pompes de réseau au niveau des chaufferies et des points de chauffage. Étant donné que la longueur des conduites est assez grande, la différence de pression dans les conduites d'alimentation et de retour, que crée la pompe, diminue avec la distance de la pompe.
On peut voir sur la figure que le consommateur le plus éloigné a la plus petite perte de charge disponible. C'est à dire.pour le fonctionnement normal de ses systèmes consommateurs de chaleur, il est nécessaire qu'ils aient la résistance hydraulique la plus faible pour assurer le débit d'eau requis à travers eux.
Calcul des échangeurs de chaleur à plaques pour les systèmes de chauffage
L'eau de chauffage peut être préparée par chauffage dans un échangeur de chaleur.
Lorsque calcul d'un échangeur de chaleur à plaques pour obtenir de l'eau de chauffage, les données initiales sont prises pour la période la plus froide, c'est-à-dire lorsque les températures les plus élevées sont requises et, par conséquent, la consommation de chaleur la plus élevée. C'est le pire des cas pour un échangeur de chaleur conçu pour le chauffage.
Une particularité du calcul d'un échangeur de chaleur pour un système de chauffage est une température d'eau de retour surestimée côté chauffage. Ceci est autorisé exprès, car tout échangeur de chaleur de surface, en principe, ne peut pas refroidir l'eau de retour à la température du graphique, si de l'eau avec la température du graphique entre dans l'entrée de l'échangeur de chaleur du côté chauffé. Habituellement, une différence de 5 à 15 ° C est autorisée.
Calcul des échangeurs de chaleur à plaques pour les systèmes ECS
Lorsque calcul des échangeurs de chaleur à plaques pour les systèmes d'eau chaude Les données initiales sont prises pour la période de transition, c'est-à-dire que lorsque la température du liquide de refroidissement d'alimentation est basse (généralement 70 ° C), l'eau froide a la température la plus basse (2-5 ° C) et le système de chauffage fonctionne toujours. - ce sont les mois de mai à septembre. C'est le pire mode pour l'échangeur de chaleur ECS.
La charge de conception des systèmes d'ECS est déterminée en fonction de la disponibilité dans l'installation où sont installés les échangeurs de chaleur des réservoirs de stockage.
En l'absence de réservoirs, les échangeurs de chaleur à plaques sont conçus pour une charge maximale. Autrement dit, les échangeurs de chaleur doivent fournir le chauffage de l'eau même à une prise d'eau maximale.
Avec les réservoirs de stockage, les échangeurs de chaleur à plaques sont conçus pour une charge moyenne horaire. Les réservoirs d'accumulateurs sont constamment remplis pour compenser le prélèvement de pointe. Les échangeurs de chaleur ne doivent alimenter que les réservoirs.
Le rapport de la charge horaire maximale et moyenne atteint dans certains cas 4 à 5 fois.
Veuillez noter qu'il est pratique de calculer les échangeurs de chaleur à plaques dans notre propre programme de calcul "Ridan".
