Płytowy wymiennik ciepła do dostarczania ciepłej wody. Na co zwrócić uwagę przy wyborze.

Obliczenie wymiennika ciepła zajmuje obecnie nie więcej niż pięć minut. Każda organizacja, która produkuje i sprzedaje taki sprzęt, z reguły zapewnia każdemu własny program selekcji. Możesz go pobrać bezpłatnie ze strony internetowej firmy, lub ich technik przyjdzie do Twojego biura i bezpłatnie go zainstaluje. Jednak na ile poprawny jest wynik takich obliczeń, czy można mu zaufać i czy producent nie jest przebiegły, walcząc w przetargu z konkurentami? Sprawdzenie kalkulatora elektronicznego wymaga znajomości lub przynajmniej zrozumienia metodologii obliczeń dla nowoczesnych wymienników ciepła. Spróbujmy dowiedzieć się szczegółów.

Co to jest wymiennik ciepła

Przed obliczeniem wymiennika ciepła pamiętajmy, jakie to urządzenie? Urządzenie do wymiany ciepła i masy (inaczej wymiennik ciepła, inaczej wymiennik ciepła lub TOA) to urządzenie do przenoszenia ciepła z jednego nośnika ciepła do drugiego. W procesie zmiany temperatur chłodziwa zmieniają się również ich gęstości i odpowiednio wskaźniki masy substancji. Dlatego takie procesy nazywane są wymianą ciepła i masy.

Podstawowe pojęcia dotyczące wymiany ciepła do obliczeń

Wymienniki ciepła są obliczane na podstawie podstawowych informacji o prawach wymiany ciepła.

W tym artykule rozważymy niektóre pojęcia używane w takich obliczeniach.

• Ciepło właściwe to ilość energii cieplnej potrzebnej do ogrzania 1 kilograma substancji na 1 stopień Celsjusza. Na podstawie informacji o pojemności cieplnej pokazano, ile ciepła jest akumulowane. Do obliczeń energii cieplnej przyjmuje się średnią wartość pojemności cieplnej w pewnym zakresie wskaźników temperatury.

• Nazywa się ilość energii cieplnej potrzebnej do ogrzania 1 kg substancji od zera do wymaganej temperatury specyficzna entalpia.

• Ciepło właściwe przemian chemicznych to ilość energii cieplnej uwolnionej w procesie przemiany chemicznej dowolnej jednostki masy substancji.

• Ciepło właściwe przemian fazowych określa ilość energii cieplnej pochłoniętej lub uwolnionej podczas przemiany dowolnej jednostki masy substancji ze stanu stałego w ciekły, z ciekłego w gazowy stan skupienia itp.

Kalkulator online do obliczania wymiennika ciepła z pomoże Ci uzyskać rozwiązanie w 15 minut. Możesz też skorzystać z teorii płytowego wymiennika ciepła, opisanego poniżej w tym artykule, i samodzielnie wykonać niezbędne obliczenia.

Rodzaje wymiany ciepła

Porozmawiajmy teraz o rodzajach wymiany ciepła - są tylko trzy z nich. Promieniowanie - przenoszenie ciepła poprzez promieniowanie. Jako przykład możesz pomyśleć o opalaniu się na plaży w ciepły letni dzień. I takie wymienniki ciepła można spotkać nawet na rynku (rurowe nagrzewnice powietrza). Jednak najczęściej do ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych, pomieszczeń w mieszkaniu kupujemy grzejniki olejowe lub elektryczne. To jest przykład innego rodzaju wymiany ciepła - konwekcji. Konwekcja może być naturalna, wymuszona (okap, aw skrzynce znajduje się rekuperator) lub indukowana mechanicznie (np. Z wentylatorem). Ten drugi typ jest znacznie wydajniejszy.

Jednak najbardziej efektywnym sposobem przekazywania ciepła jest przewodnictwo cieplne lub, jak to się nazywa, przewodzenie (z angielskiego „przewodnictwo” - „przewodzenie”). Każdy inżynier, który ma zamiar przeprowadzić obliczenia termiczne wymiennika ciepła, w pierwszej kolejności myśli o doborze wydajnego sprzętu o jak najmniejszych wymiarach.Osiąga się to właśnie dzięki przewodności cieplnej. Przykładem tego jest obecnie najwydajniejszy TOA - płytowe wymienniki ciepła. Płyta TOA z definicji jest wymiennikiem ciepła, który przenosi ciepło z jednego chłodziwa do drugiego przez oddzielającą je ściankę. Maksymalna możliwa powierzchnia styku między dwoma mediami, wraz z odpowiednio dobranymi materiałami, profilem płyt oraz ich grubością, pozwala na zminimalizowanie gabarytów wybranego sprzętu przy zachowaniu pierwotnych parametrów technicznych wymaganych w procesie technologicznym.

Rodzaje wymienników ciepła

Przed obliczeniem wymiennika ciepła określa się je jego typem. Wszystkie TOA można podzielić na dwie duże grupy: rekuperacyjne i regeneracyjne wymienniki ciepła. Główna różnica między nimi jest następująca: w rekuperacyjnym TOA wymiana ciepła zachodzi przez ścianę oddzielającą dwa chłodziwa, natomiast w regeneracyjnym TOA oba media mają bezpośredni kontakt ze sobą, często mieszając się i wymagając późniejszej separacji w specjalnych separatorach. Regeneracyjne wymienniki ciepła dzielimy na mieszające i wymienniki ciepła z wypełnieniem (stacjonarne, opadające lub pośrednie). Z grubsza mówiąc, kubeł gorącej wody wystawiony na działanie mrozu lub szklanka gorącej herbaty włożona do lodówki do ostygnięcia (nigdy tego nie rób!) To przykład takiego mieszania TOA. A wlewając herbatę do spodka i schładzając w ten sposób otrzymujemy przykład regeneracyjnego wymiennika ciepła z dyszą (spodek w tym przykładzie pełni rolę dyszy), który najpierw styka się z otaczającym powietrzem i pobiera jego temperaturę , a następnie pobiera część ciepła z nalanej do niej gorącej herbaty, starając się doprowadzić oba media do równowagi termicznej. Jednak, jak już się dowiedzieliśmy wcześniej, bardziej efektywne jest wykorzystanie przewodnictwa cieplnego do przenoszenia ciepła z jednego ośrodka do drugiego, dlatego TOA, które są dziś bardziej przydatne z punktu widzenia wymiany ciepła (i są szeroko stosowane), są oczywiście rekuperacyjny.

Przykład obliczenia wymiennika ciepła

Aby obliczyć wymaganą moc (Q0) stosowany jest wzór bilansu cieplnego. Tutaj Poślubić działa jako specyficzna pojemność cieplna (wartość tabelaryczna). Aby uprościć obliczenia, możesz przyjąć zmniejszony poziom pojemności cieplnej

Należy pamiętać, że zgodnie ze wzorem, niezależnie od strony, po której przeprowadzane są obliczenia.

Następnie musisz znaleźć wymaganą powierzchnię na podstawie podstawowego równania przenikania ciepła, gdzie k jest współczynnikiem przenikania ciepła, i ΔTav log. - średnia logarytmiczna wysokość podnoszenia temperatury, obliczona ze wzoru:

Przy niepewnym współczynniku przenikania ciepła płytowy wymiennik ciepła jest obliczany przy użyciu bardziej złożonej metody. Wzór można wykorzystać do obliczenia kryterium Reynoldsa.

Znalazwszy w tabeli wartość kryterium Prandtla, którego potrzebujemy, możemy obliczyć kryterium Nusselta wzoru, gdzie n = 0,3 - podczas chłodzenia cieczy, n = 0,4 - podczas podgrzewania cieczy.

Ponadto na podstawie wzoru można obliczyć współczynnik przenikania ciepła z dowolnego nośnika ciepła do ściany i zgodnie ze wzorem określić współczynnik przenikania ciepła podstawiony do wzoru, za pomocą którego obliczana jest powierzchnia wymiany ciepła.

Obliczenia termiczne i strukturalne

Wszelkie obliczenia rekuperacyjnego wymiennika ciepła można wykonać na podstawie wyników obliczeń termicznych, hydraulicznych i wytrzymałościowych. Są fundamentalne, obowiązkowe przy projektowaniu nowego sprzętu i stanowią podstawę metody obliczeniowej dla kolejnych modeli linii tego samego typu aparatów. Głównym zadaniem obliczeń termicznych TOA jest określenie wymaganego obszaru powierzchni wymiany ciepła dla stabilnej pracy wymiennika ciepła i utrzymania wymaganych parametrów medium na wylocie.Dość często w takich obliczeniach inżynierom podaje się dowolne wartości mas i wymiarów charakterystyk przyszłego sprzętu (materiał, średnica rur, wymiary płyt, geometria belki, rodzaj i materiał użebrowania itp.), Dlatego po termiczny, zwykle przeprowadza się konstruktywne obliczenia wymiennika ciepła. Rzeczywiście, jeśli na pierwszym etapie inżynier obliczył wymaganą powierzchnię dla danej średnicy rury, na przykład 60 mm, a długość wymiennika ciepła okazała się w ten sposób około sześćdziesięciu metrów, to bardziej logiczne jest założenie przejście na wielobiegowy wymiennik ciepła lub na typ płaszczowo-rurowy lub w celu zwiększenia średnicy rur.

Obliczenia hydrauliczne

Przeprowadzane są obliczenia hydrauliczne lub hydromechaniczne, a także aerodynamiczne w celu określenia i optymalizacji hydraulicznych (aerodynamicznych) strat ciśnienia w wymienniku ciepła, a także obliczenia kosztów energii, aby je przezwyciężyć. Obliczenie dowolnej ścieżki, kanału lub rury do przejścia chłodziwa stanowi dla człowieka podstawowe zadanie - zintensyfikować proces wymiany ciepła w tym obszarze. Oznacza to, że jedno medium powinno przenosić, a drugie powinno otrzymywać jak najwięcej ciepła przy minimalnym odstępie jego przepływu. W tym celu często stosuje się dodatkową powierzchnię wymiany ciepła w postaci rozwiniętego żebrowania powierzchniowego (w celu oddzielenia granicznej podwarstwy laminarnej i zwiększenia turbulizacji przepływu). Optymalny stosunek bilansowy strat hydraulicznych, powierzchni wymiany ciepła, charakterystyki wagi i wielkości oraz odprowadzonej mocy cieplnej jest wynikiem połączenia obliczeń termicznych, hydraulicznych i konstrukcyjnych TOA.

Obliczenie weryfikacyjne

Obliczenie wymiennika ciepła przeprowadza się w przypadku, gdy konieczne jest położenie marginesu mocy lub obszaru powierzchni wymiany ciepła. Powierzchnia jest zarezerwowana z różnych powodów i w różnych sytuacjach: jeśli jest to wymagane zgodnie ze specyfikacją istotnych warunków zamówienia, jeśli producent zdecyduje się na dodanie dodatkowego marginesu, aby mieć pewność, że taki wymiennik ciepła zacznie działać, i zminimalizować błędy popełnione w obliczeniach. W niektórych przypadkach wymagana jest redundancja, aby zaokrąglić wyniki wymiarów projektowych, w innych (parowniki, ekonomizery) do obliczenia zdolności wymiennika ciepła do zanieczyszczenia olejem sprężarkowym obecnym w obiegu chłodniczym wprowadza się specjalnie margines powierzchni. Trzeba też liczyć się z niską jakością wody. Po pewnym czasie nieprzerwanej pracy wymienników ciepła, zwłaszcza w wysokich temperaturach, na powierzchni wymiany ciepła aparatu osadza się kamień, obniżając współczynnik przejmowania ciepła i nieuchronnie prowadząc do pasożytniczego spadku odprowadzania ciepła. Dlatego też kompetentny inżynier przy obliczaniu wymiennika ciepła woda / woda zwraca szczególną uwagę na dodatkową redundancję powierzchni wymiany ciepła. Obliczenia weryfikacyjne są również wykonywane w celu sprawdzenia, jak wybrany sprzęt będzie działał w innych, drugorzędnych trybach. Na przykład w klimatyzatorach centralnych (jednostkach napowietrzających) pierwsza i druga nagrzewnica, używana w zimnych porach roku, jest często używana latem do chłodzenia napływającego powietrza, doprowadzając zimną wodę do rur powietrznego wymiennika ciepła. To, jak będą działać i jakie parametry podadzą, pozwala ocenić obliczenia weryfikacyjne.

Wymagane dane

Aby obliczyć wymiennik ciepła, konieczne jest podanie następujących danych:

• temperatury na wlocie i wylocie w obu obwodach. Im większa różnica między nimi, tym mniejsze wymiary i cena odpowiedniego wymiennika ciepła;
• maksymalny poziom ciśnienia i temperatury czynnika roboczego. Im niższe parametry, tym tańsza jednostka;
• wskaźnik masowego natężenia przepływu chłodziwa w obu obwodach. Określa przepustowość jednostek.Najczęściej wskazywane jest zużycie wody. Jeśli pomnożymy liczby dotyczące przepustowości i gęstości, otrzymamy całkowity przepływ masowy;
• moc cieplna (obciążenie). Określa ilość ciepła wydzielanego przez urządzenie. Obliczenie obciążenia cieplnego wymiennika ciepła przeprowadza się według wzoru P = m × cp × δt, gdzie m oznacza natężenie przepływu medium, cp to pojemność cieplna właściwa, a δt to różnica temperatur na wlot i wylot obwodu.

Aby obliczyć przenoszenie ciepła przez wymiennik ciepła, należy wziąć pod uwagę dodatkowe cechy. Rodzaj czynnika roboczego i jego wskaźnik lepkości decydują o materiale wymiennika ciepła. Będziesz potrzebował danych o średniej wysokości podnoszenia (obliczonej ze wzoru) oraz o poziomie zanieczyszczenia środowiska pracy. Ten ostatni parametr jest rzadko brany pod uwagę, ponieważ jest wymagany tylko w wyjątkowych przypadkach.

Obliczenie mocy wymiennika wymaga dokładnych informacji o powyższych parametrach. Informacje można uzyskać od TU lub umowy z organizacją dostaw ciepła, a także z TOR inżyniera.

Obliczenia badawcze

Obliczenia badawcze TOA przeprowadza się na podstawie otrzymanych wyników obliczeń termicznych i weryfikacyjnych. Z reguły są one niezbędne do dokonania ostatnich poprawek w konstrukcji projektowanej aparatury. Prowadzone są również w celu skorygowania wszelkich równań z zaimplementowanego modelu obliczeniowego TOA, uzyskanego empirycznie (na podstawie danych eksperymentalnych). Wykonywanie obliczeń badawczych obejmuje dziesiątki, a czasem setki obliczeń według specjalnego planu opracowanego i wdrożonego do produkcji zgodnie z matematyczną teorią planowania eksperymentu. Zgodnie z wynikami ujawniono wpływ różnych warunków i wielkości fizycznych na wskaźniki wydajności TOA.

Inne obliczenia

Obliczając powierzchnię wymiennika ciepła, nie zapomnij o odporności materiałów. Obliczenia wytrzymałościowe TOA obejmują sprawdzenie zaprojektowanej jednostki pod kątem naprężeń, skręcenia, w celu zastosowania maksymalnych dopuszczalnych momentów roboczych do części i zespołów przyszłego wymiennika ciepła. Przy minimalnych wymiarach produkt musi być trwały, stabilny i gwarantować bezpieczną pracę w różnych, nawet najbardziej stresujących warunkach eksploatacji.

Obliczenia dynamiczne przeprowadza się w celu określenia różnych charakterystyk wymiennika ciepła w różnych trybach pracy.

Wymienniki ciepła typu rura w rurze

Rozważmy najprostsze obliczenia dotyczące wymiennika ciepła typu rura w rurze. Strukturalnie ten typ TOA jest maksymalnie uproszczony. Z reguły gorący płyn chłodzący jest wpuszczany do wewnętrznej rury aparatu, aby zminimalizować straty, a chłodziwo chłodzące jest wprowadzane do obudowy lub do rury zewnętrznej. Zadanie inżyniera sprowadza się w tym przypadku do określenia długości takiego wymiennika ciepła na podstawie obliczonej powierzchni powierzchni wymiany ciepła i zadanych średnic.

W tym miejscu należy dodać, że pojęcie idealnego wymiennika ciepła jest wprowadzane do termodynamiki, czyli aparatu o nieskończonej długości, w którym chłodziwa pracują w przeciwprądzie, a różnica temperatur między nimi jest w pełni wyzwalana. Konstrukcja rura w rurze jest najbardziej zbliżona do spełnienia tych wymagań. A jeśli uruchomisz chłodziwa w przeciwprądzie, to będzie to tak zwany „rzeczywisty przeciwprąd” (a nie przepływ krzyżowy, jak w płycie TOA). Przy takiej organizacji ruchu najskuteczniej wyzwala się głowicę temperaturową. Jednak obliczając wymiennik ciepła typu rura w rurze, należy być realistycznym i nie zapominać o komponencie logistycznym, a także o łatwości montażu. Długość eurotrucka wynosi 13,5 metra, a nie wszystkie pomieszczenia techniczne są przystosowane do zrywki i montażu urządzeń tej długości.

Schematy połączeń

Wymiennik ciepła działający na zasadzie woda / woda ma kilka różnych schematów połączeń, jednak obwody typu pierwotnego są montowane do rur rozdzielczych sieci ciepłowniczej (może być prywatny lub sprzedawany przez służby miejskie), a typ wtórny obwody są montowane do rurociągu doprowadzającego wodę.
Najczęściej tylko od decyzji w projekcie zależy, jakiego typu połączenia można użyć. Również schemat instalacji i jego dobór opierają się na normach „Projektowanie urządzeń grzewczych” oraz w standardzie joint venture pod numerem 41-101-95. Jeżeli stosunek i różnica maksymalnego możliwego przepływu ciepła wody do dostarczania ciepłej wody do przepływu ciepła do ogrzewania jest określony w przedziale od ≤0,2 do ≥1, to podstawą jest schemat połączeń jednostopniowych, a jeżeli od 0,2 ≤ do ≤1, a następnie o dwa stopnie ...

Standard

Najprostszy i najbardziej opłacalny schemat do wdrożenia jest równoległy. W tym schemacie wymienniki ciepła są montowane szeregowo względem zaworów regulacyjnych, czyli zaworu odcinającego, a także równolegle do całej sieci grzewczej. Aby osiągnąć maksymalną wymianę ciepła w systemie, wymagane są wysokie wskaźniki zużycia nośników ciepła.

Schemat dwustopniowy

Dwustopniowy system mieszany
Jeśli używasz schematu dwustopniowego, to wraz z nim woda jest podgrzewana w parze niezależnych urządzeń lub w instalacji monoblokowej. Należy pamiętać, że schemat instalacji i jego złożoność będą zależały od ogólnej konfiguracji sieci. Z drugiej strony, przy schemacie dwustopniowym, poziom sprawności całego układu wzrasta, a także maleje zużycie nośników ciepła (do około 40 proc.).

W tym schemacie przygotowanie wody odbywa się w dwóch etapach. W pierwszym etapie doprowadzana jest energia cieplna podgrzewająca wodę do 40 stopni, natomiast w drugim etapie woda jest podgrzewana do 60 stopni.

Połączenie szeregowe

Schemat dwuetapowy sekwencyjny
Taki schemat jest realizowany w ramach jednego z urządzeń do wymiany ciepła dostarczania ciepłej wody, a ten typ wymiennika ciepła jest znacznie bardziej skomplikowany w konstrukcji w porównaniu ze standardowymi schematami. Będzie to również kosztować znacznie więcej.

Wymienniki płaszczowo-rurowe

Dlatego bardzo często obliczenia takiego urządzenia płynnie wpływają na obliczenia płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła. Jest to aparat, w którym wiązka rur umieszczona jest w jednej obudowie (płaszczu), mytych różnymi chłodziwami, w zależności od przeznaczenia urządzenia. Na przykład w skraplaczach czynnik chłodniczy przedostaje się do płaszcza, a woda do rur. Dzięki tej metodzie przenoszenia mediów wygodniejsze i wydajniejsze jest sterowanie pracą urządzenia. Z kolei w parownikach czynnik chłodniczy wrze w rurkach, podczas gdy jest on przemywany przez schłodzoną ciecz (wodę, solanki, glikole itp.). Dlatego obliczenia dotyczące płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła są zredukowane do zminimalizowania wielkości sprzętu. Bawiąc się średnicą obudowy, średnicą i liczbą rur wewnętrznych oraz długością aparatu, inżynier uzyskuje obliczoną wartość pola powierzchni wymiany ciepła.

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła

Do wstępnych obliczeń urządzeń do wymiany ciepła i różnego rodzaju kontroli stosuje się przybliżone wartości współczynników, znormalizowane dla niektórych kategorii:

• współczynniki przenikania ciepła dla procesu kondensacji pary wodnej - od 4000 do 15000 W / (m2K);
• współczynniki przenikania ciepła dla wody przepływającej rurami - od 1200 do 5800 W / (m2K);
• współczynniki przenikania ciepła z parowego kondensatu do wody - od 800 do 3500 W / (m2K).

Dokładne obliczenie współczynnika przenikania ciepła (K) przeprowadza się według następującego wzoru:

W tym wzorze:

• α1 to współczynnik przenikania ciepła czynnika grzewczego (wyrażony w W / (m2K));
• α2 to współczynnik przenikania ciepła dla ogrzewanego nośnika ciepła (wyrażony w W / (m2K));
• δst - parametr grubości ścianki rury (wyrażony w metrach);
• λst - współczynnik przewodzenia ciepła materiału użytego na rurę (wyrażony w W / (m * K)).

Taka formuła daje „idealny” wynik, który zwykle nie odpowiada w 100% rzeczywistemu stanowi rzeczy. Dlatego do formuły zostaje dodany kolejny parametr - Rzag.

Jest to wskaźnik oporu cieplnego różnych zanieczyszczeń, które tworzą się na powierzchniach grzewczych rury (np. Zwykła zgorzelina itp.)

Wzór na wskaźnik zanieczyszczenia wygląda następująco:

R = δ1 / λ1 + δ2 / λ2

W tym wzorze:

• δ1 to grubość warstwy osadu po wewnętrznej stronie rury (w metrach);
• δ2 to grubość warstwy osadu na zewnątrz rury (w metrach);
• λ1 i λ2 to wartości współczynników przewodzenia ciepła dla odpowiednich warstw zanieczyszczenia (wyrażone w W / (m * K)).

Powietrzne wymienniki ciepła

Jednym z najpopularniejszych obecnie wymienników ciepła są żebrowane rurowe wymienniki ciepła. Nazywa się je również cewkami. Wszędzie tam, gdzie nie są zamontowane, począwszy od klimakonwektorów (od angielskiego wentylatora + cewki, czyli "wentylator" + "cewka") w blokach wewnętrznych układów typu split, a skończywszy na gigantycznych rekuperatorach spalin (odprowadzanie ciepła z gorących spalin i przenieść go na potrzeby grzewcze) w kotłowniach w elektrociepłowni. Dlatego konstrukcja wężownicowego wymiennika ciepła zależy od zastosowania, w którym wymiennik ciepła będzie działał. Przemysłowe chłodnice powietrza (VOP) instalowane w komorach szokowego zamrażania mięsa, w zamrażarkach o niskich temperaturach oraz w innych obiektach chłodniczych do żywności wymagają pewnych cech konstrukcyjnych w ich działaniu. Odległość między lamelami (lamelami) powinna być jak największa, aby wydłużyć czas ciągłej pracy między cyklami odszraniania. Natomiast parowniki dla centrów danych (centrów przetwarzania danych) są wykonane tak kompaktowo, jak to tylko możliwe, ograniczając odstępy do minimum. Takie wymienniki ciepła pracują w „strefach czystych”, otoczonych drobnymi filtrami (do klasy HEPA), dlatego przy takich obliczeniach rurowego wymiennika ciepła kładzie się nacisk na minimalizację wymiarów.

Płytowe wymienniki ciepła

Obecnie zapotrzebowanie na płytowe wymienniki ciepła jest stabilne. Zgodnie ze swoją konstrukcją są całkowicie składane i częściowo spawane, lutowane miedzią i niklem, spawane i lutowane metodą dyfuzyjną (bez lutu). Konstrukcja termiczna płytowego wymiennika ciepła jest wystarczająco elastyczna i nie jest szczególnie trudna dla inżyniera. W procesie doboru można bawić się rodzajem blach, głębokością wykrawania kanałów, rodzajem użebrowania, grubością stali, różnymi materiałami, a co najważniejsze - licznymi standardowymi wymiarami modeli urządzeń o różnych wymiarach. Wymienniki te są niskie i szerokie (do podgrzewania wody parą) lub wysokie i wąskie (oddzielne wymienniki ciepła w systemach klimatyzacji). Często są używane do mediów zmieniających fazę, to znaczy jako skraplacze, parowniki, schładzacze, skraplacze wstępne itp. Nieco trudniej jest wykonać obliczenia cieplne wymiennika ciepła pracującego według schematu dwufazowego niż wymiennik ciepła ciecz-ciecz, ale dla doświadczonego inżyniera zadanie to jest rozwiązalne i nie jest szczególnie trudne. Aby ułatwić takie obliczenia, współcześni projektanci korzystają z komputerowych baz inżynierskich, w których można znaleźć wiele potrzebnych informacji, w tym wykresy stanu dowolnego czynnika chłodniczego w dowolnym skanie, na przykład w programie CoolPack.

Obliczanie płytowego wymiennika ciepła - jak określić prawidłowe parametry?

Ogólne zasady projektowania schematów zaopatrzenia w ciepło

System zaopatrzenia w ciepło to system transportu energii cieplnej (w postaci podgrzanej wody lub pary) od źródła ciepła do odbiorcy.
System zaopatrzenia w ciepło składa się zasadniczo z trzech części: źródła ciepła, odbiorcy ciepła, sieci ciepłowniczej - która służy do transportu ciepła ze źródła do konsumenta.

1. Kocioł parowy w elektrociepłowni lub kotłowni.
2. Sieciowy wymiennik ciepła.
3. Pompa cyrkulacyjna.
4. Wymiennik ciepła do systemu zaopatrzenia w ciepłą wodę.
5. Wymiennik ciepła instalacji grzewczej.

Rola elementów obwodu:

• jednostka kotłowa - źródło ciepła, przenoszenie ciepła spalania paliwa do chłodziwa;
• sprzęt pompujący - tworzenie cyrkulacji chłodziwa;
• rurociąg zasilający - dostawa podgrzanego chłodziwa od źródła do konsumenta;
• rurociąg powrotny - powrót schłodzonego chłodziwa do źródła od konsumenta;
• sprzęt do wymiany ciepła - konwersja energii cieplnej.

Wykresy temperatur

W naszym kraju przyjęto regulację jakości dostaw ciepła do odbiorców. Oznacza to, że bez zmiany natężenia przepływu chłodziwa przez układ zużywający ciepło zmienia się różnica temperatur na wlocie i wylocie układu.

Osiąga się to poprzez zmianę temperatury w rurze zasilającej w zależności od temperatury zewnętrznej. Im niższa temperatura zewnętrzna, tym wyższa temperatura zasilania. Odpowiednio, temperatura rury powrotnej również zmienia się zgodnie z tą zależnością. Wszystkie systemy, które zużywają ciepło, są projektowane z uwzględnieniem tych wymagań.

Wykresy zależności temperatury chłodziwa w rurociągach zasilających i powrotnych nazywane są wykresami temperatury systemu zaopatrzenia w ciepło.

Harmonogram temperatur jest ustalany przez źródło ciepła w zależności od jego wydajności, wymagań sieci ciepłowniczych i wymagań odbiorców. Krzywe temperatur są nazywane zgodnie z maksymalnymi temperaturami w rurociągach zasilającym i powrotnym: 150/70, 95/70 ...

Odcięcie wykresu w górnej części - gdy kotłownia nie ma wystarczającej wydajności.

Odcięcie wykresu w dolnej części - w celu zapewnienia sprawności systemów CWU.

Systemy grzewcze działają głównie zgodnie z harmonogramem 95/70, aby zapewnić średnią temperaturę w podgrzewaczu 82,5 ° C przy -30 ° C.

Jeżeli wymagana temperatura w rurze zasilającej jest zapewniana przez źródło ciepła, wówczas wymaganą temperaturę w rurze powrotnej zapewnia odbiornik ciepła za pomocą swojego systemu zużywającego ciepło. Jeśli nastąpi przeszacowanie temperatury wody powrotnej od konsumenta, oznacza to niezadowalające działanie jego systemu i pociąga za sobą grzywny, ponieważ prowadzi to do pogorszenia działania źródła ciepła. Jednocześnie spada jego wydajność. Dlatego istnieją specjalne organizacje kontrolne, które monitorują, czy systemy zużywające ciepło konsumentów podają temperaturę wody powrotnej zgodnie z harmonogramem temperatur lub niższą. Jednak w niektórych przypadkach takie przeszacowanie jest na przykład dozwolone. podczas instalowania wymienników ciepła do ogrzewania.

Harmonogram 150/70 pozwoli na oddanie ciepła ze źródła o niższym zużyciu nośnika ciepła, jednak nośnik ciepła o temperaturze powyżej 105 ° C nie może być dostarczony do domowych systemów grzewczych. Dlatego harmonogram zostaje obniżony np. O 95/70. Opuszczanie odbywa się poprzez zainstalowanie wymiennika ciepła lub zmieszanie wody powrotnej z rurociągiem zasilającym.

Hydraulika sieci ciepłowniczej

Cyrkulacja wody w systemach zaopatrzenia w ciepło odbywa się za pomocą pomp sieciowych w kotłowniach i punktach grzewczych. Ponieważ długość przewodów jest wystarczająco duża, różnica ciśnień w rurociągach zasilających i powrotnych, które wytwarza pompa, zmniejsza się wraz z odległością od pompy.

Na rysunku widać, że najbardziej odległy konsument ma najmniejszy dostępny spadek ciśnienia. To znaczy.do normalnej pracy systemów zużywających ciepło konieczne jest, aby miały one najniższy opór hydrauliczny, aby zapewnić wymagany przepływ wody przez nie.

Obliczanie płytowych wymienników ciepła do systemów grzewczych

Wodę grzewczą można przygotować przez ogrzewanie w wymienniku ciepła.

Kiedy obliczenia płytowego wymiennika ciepła w celu uzyskania wody grzewczej, dane początkowe są pobierane dla najzimniejszego okresu, to znaczy, kiedy wymagane są najwyższe temperatury i odpowiednio, najwyższe zużycie ciepła. To najgorszy przypadek w przypadku wymiennika ciepła przeznaczonego do ogrzewania.

Szczególną cechą obliczania wymiennika ciepła dla systemu grzewczego jest zawyżona temperatura wody powrotnej po stronie ogrzewania. Jest to celowo dozwolone, ponieważ każdy powierzchniowy wymiennik ciepła w zasadzie nie może schłodzić wody powrotnej do temperatury wykresu, jeśli woda o temperaturze wykresu wpływa do wlotu do wymiennika ciepła po stronie ogrzewanej. Zwykle dopuszczalna jest różnica 5-15 ° C.

Obliczanie płytowych wymienników ciepła dla systemów CWU

Kiedy obliczenia płytowych wymienników ciepła dla systemów ciepłej wody Wstępne dane pobierane są dla okresu przejściowego, to znaczy, gdy temperatura zasilającego nośnika ciepła jest niska (zwykle 70 ° C), zimna woda ma najniższą temperaturę (2-5 ° C), a system grzewczy nadal pracuje. eksploatacyjne - są to miesiące maj-wrzesień. Jest to najgorszy tryb dla wymiennika ciepła CWU.

Obciążenie projektowe dla systemów CWU jest określane na podstawie dostępności w obiekcie, w którym zainstalowane są wymienniki ciepła w zasobnikach.

W przypadku braku zbiorników płytowe wymienniki ciepła są zaprojektowane na maksymalne obciążenie. Oznacza to, że wymienniki ciepła muszą zapewniać ogrzewanie wody nawet przy maksymalnym poborze wody.

W obecności zbiorników magazynowych płytowe wymienniki ciepła są projektowane na średnie godzinowe obciążenie. Zbiorniki akumulatorów są stale uzupełniane, aby skompensować szczytowy pobór. Wymienniki ciepła mogą zasilać tylko zbiorniki.

Stosunek maksymalnego i średniego obciążenia godzinowego w niektórych przypadkach osiąga 4-5 razy.

Należy pamiętać, że wygodnie jest obliczyć płytowe wymienniki ciepła w naszym własnym programie obliczeniowym „Ridan”.