混流系統(tǒng)及其換熱器的選型計(jì)算

混流系統(tǒng)及其換熱器的選型計(jì)算

馬敏

（山西焦煤西山金信建筑有限公司，山西古交，030200）

    摘要：針對低溫地板輻射采暖系統(tǒng)用換熱器面積選擇過大的問題，提出在換熱器二次側(cè)設(shè)混流管的方法，以提高單位面積換熱器的供熱量，并降低換熱器二次側(cè)的流動阻力。通過對兩個(gè)廠家的換熱器進(jìn)行選型計(jì)算比較，得出在二次側(cè)出水溫度約等于75℃時(shí)，單位面積換熱器供熱能力最大，換熱器面積最小，初投資額最小的結(jié)論。

    關(guān)鍵詞：混流系統(tǒng)；地板輻射采暖；換熱器

    中圖分類號：TU832文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

    文章編號：1005－6033（2010）12－0196-03

    1·問題的提出

    低溫地板輻射采暖系統(tǒng)供回水溫差不大于10℃，對于相同的供熱面積，其二次側(cè)的設(shè)計(jì)流量約為散熱器采暖系統(tǒng)的2.5倍。設(shè)計(jì)流量的增大致使換熱器二次側(cè)的阻力陡增。為了使換熱器二次側(cè)的阻力達(dá)到30 kPa～50 kPa，換熱器廠家加大選取換熱器的面積余量即通過增加板片數(shù)量來增大流道面積，達(dá)到降低二次測阻力的目的。使用散熱器采暖系統(tǒng)時(shí)，面積余量取30％，而使用低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，面積余量取100％。面積余量的增大使得所選換熱器的片數(shù)要多于實(shí)際所需的片數(shù)，從而使得初投資費(fèi)用增大，造成不必要的浪費(fèi)。

    通過在換熱器二次側(cè)設(shè)置混流管，使其出口溫度不大于60℃，不僅能滿足地暖低溫水的要求，而且能降低二次側(cè)流道阻力，減少換熱器面積，從而達(dá)到節(jié)約初投資、優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

    2·工程實(shí)例

    太原市某房地產(chǎn)公司開發(fā)的居民住宅小區(qū)，采暖方式為地板輻射采暖，采暖設(shè)計(jì)供回水溫度為60℃～50℃，一次網(wǎng)設(shè)計(jì)供回水溫度為130℃～70℃，設(shè)計(jì)供熱面積5萬m2，采暖設(shè)計(jì)熱指標(biāo)取64 W/m2，計(jì)算得設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為3 200 kW。在未采取混流時(shí)換熱器的工作流程見圖1。

             
    按照傳統(tǒng)換熱器的選取方式，取100％的面積余量，經(jīng)計(jì)算換熱器片數(shù)應(yīng)為144片，傳熱系數(shù)為3 328.178 W（/m·2K），換熱器1 m2提供的換熱面積為749.176 m2。當(dāng)采取混流時(shí)換熱器的工作流程見圖2。

            
    由圖2可以看出混流是在換熱器二次網(wǎng)側(cè)的旁通管上裝調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)混水量，使二次網(wǎng)回水與換熱器二次側(cè)供水相混合，從而達(dá)到滿足低溫地板輻射采暖系統(tǒng)供水溫度的要求?；炝髁考皳Q熱器進(jìn)出口側(cè)流量計(jì)算如下：

    根據(jù)基爾霍夫定律，在管網(wǎng)恒定流動過程中，與任一節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的所有分支流量，其代數(shù)和等于該節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流量，所以在節(jié)點(diǎn)1處有以下平衡式：

    G2=G1+G3（1）

    忽略換熱器出口管路的阻力損失，同時(shí)認(rèn)為整個(gè)過程中比熱容c為常量，在設(shè)計(jì)工況下，根據(jù)熱平衡方程式進(jìn)行計(jì)算。

    c·G·1t1+c·G·3t3=c·G2·t2（2）

    式中：G1為換熱器出口側(cè)流量，t/h；G2為二次側(cè)供水流量，t/h；G3為混流量，即從二次網(wǎng)回水中抽引的水量，t/h；t1為換熱器出口側(cè)溫度，℃；t2為二次網(wǎng)供水溫度，取60℃；t3為混水溫度，即二次網(wǎng)回水溫度，取50℃。
   
    △t=t2-t3，△t=10℃

    代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得G2＝275.5 t/h。

    3·換熱器出水溫度優(yōu)化計(jì)算

    選取北京永大換熱器和北京華海換熱器進(jìn)行計(jì)算。其中北京華海換熱器的計(jì)算結(jié)果見表1，北京永大換熱器的計(jì)算結(jié)果見表2。

       
         
    從表1、表2的計(jì)算結(jié)果可以看出：隨著換熱器出口溫度的升高，換熱器二次側(cè)阻力下降，當(dāng)換熱器出口溫度升高到大約75℃時(shí)，換熱器二次網(wǎng)側(cè)的壓降皆為30 kPa左右。采用北京華海的換熱器時(shí)，滿足設(shè)計(jì)負(fù)荷要求所需的換熱器數(shù)為84片，傳熱系數(shù)為3 523 W（/m·2K），1 m2換熱器的供熱面積為1 297 m2。采用北京永大的換熱器時(shí)，滿足設(shè)計(jì)負(fù)荷要求所需的換熱器片數(shù)為57片，傳熱系數(shù)為3 640 W（/m·2K），1 m2換熱器的供熱面積為1 381 m2。此后，換熱器傳熱系數(shù)開始下降，換熱器片數(shù)開始增加。因此，換熱器二次側(cè)出水溫度約75℃時(shí)，片數(shù)較少，流動阻力較小，初投資最小。

    4·結(jié)語

    對于一次網(wǎng)為高溫水，二次網(wǎng)為低溫水的供熱系統(tǒng)，盡管有不等截面換熱器可供選擇，但是仍難以滿足兩側(cè)在換熱系數(shù)相當(dāng)?shù)那闆r下流動阻力相近。這種條件下，采用混流系統(tǒng)是最佳選擇。對于不同的換熱器產(chǎn)品，應(yīng)經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算選擇出最佳的二次側(cè)供水溫度，使單位面積換熱器的供熱量達(dá)到最大化。

參考文獻(xiàn)

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［2］賀平，孫剛，王飛，等.供熱工程［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］章熙民.傳熱學(xué)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［4］蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學(xué)［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.（責(zé)任編輯：邱婭男）

第一作者簡介：馬敏，男，1979年生，1999年畢業(yè)于撫順煤炭工業(yè)學(xué)院暖通專業(yè)，助理工程師，山西焦煤西山金信建筑有限公司，山西省古交市金牛街60號，030200.