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板式换热器在小对数温差工况中的应用

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发表于 2015-4-27 09:36:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
    改革开放最近的二十年来,我国的城市建筑越来越多地采用新型建筑材料,新技术和新设备,而这些建筑结构中的中央空调系统机房及换热站广泛采用了国际知名品牌的板式换热器,这其中的奥秘不仅仅是这些进口的板式换热器能够给客户带来真正意义上的节能和可靠使用,与国产板式换热器相比,并不昂贵的初投资、方便的运行维护及低廉的备件成本是其中的关键因素。在城市的公建楼宇里,业主会根据中央空调系统的不同类型,选择使用不同的板式换热器,我们称呼与空调制冷有关的板换为:“冷板换”。
其工位有:
       常规中央空调系统的:过渡季用PHE;隔压(接力层)用PHE;冷却塔用PHE冰(或水)蓄冷系统:冰蓄冷PHE(一侧乙二醇,一侧水);水蓄冷PHE热泵系统:隔压PHE这些工位的共同特点就是,要求换热介质两侧的对数平均温差都比较小(一般不大于30C)。
这样的工况对国际品牌是很容易以较小的换热面积+单流程来完成的;而对于国内厂商来讲,必须要用2~4倍于我们的换热面积+多流程也未必能完成的尖端工况,这一点从两大品牌阵营在此工位的巨大业绩差别可见一斑。我们在本篇中主要讨论小对数温差的特点,及传热单元数对板式换热器选型的影响。对数平均温差LMTD从公式Q=K*LMTD*A,LMTD=1/A∫A(t1-t2)dA中可知,对数平均温差LMTD是传热的驱动力,对于各种流动形式,如能求出平均温差,即板面两侧流体间温差对面积的平均值,就能计算出换热器的传热量。对数平均温差是一个较为直观的概念,也是评价板式换热器性能的一项重要指标。


(逆流)对数平均温差的计算:
LMTD=[(thi-tco)-(tho-tci)] /㏑[(thi-tco)/(tho-tci)]
t下角的两个字母,h,c分别表示热侧(hot)冷侧(cold);o,i分别表示出口(outlet)和进口(inlet)
当板式换热器入口和出口两流体的温差△t1和△t2相等时,对数平均温差就等于算术平均温差LMTD =(△t1+△t2)/2
例如工况:一次水(冷机冷冻水) 7→12℃ 换成 二次水 14←9℃
△t1= thi-tco = 14 - 12 = 2 ℃ ; △t2= tho-tci = 9-7 = 2 ℃
其对数平均温差 LMTD = (△t1+△t2)/2 =(2+2)/2 = 2 ℃


传热单元数NTU
在传热单元数法中引入一个无量纲参数NTU,称为传热单元数,它表示板式换热器的总热导(即换热器传热热阻的倒数)与流体热容量的比值
NTU=KA/MC,它表示相对于流体热容流量,该换热器传热能力的大小,即换热器的无量纲“传热能力”。对于板式换热器来说,
KA/MC=△t/LMTD。NTU越大,要求板换的板片波纹越密集,板片长度(高度)越高。
板式换热器与NTU
NTUE表示板式换热器的能力,换热器的面积是具有一定传热长度的单位传热体的组合,总传热长度是单位长度和流程数的乘积。当NTUE是总数
时,若每1流程数为NTUe时,则NTUE=n·NTUe(其中n是流程数)。当NTUe=NTUE=NTUp时,换热器为单程。若NTUe﹤NTUp时,则换热
器应为多流程,故设计时应先预定n。


其中NTUp:表示的是用户工况(温度参数)所要求的传热单元数;而NTUe/NTUE是板式换热器板片所固有的传热能力特性。因此,我们通常所
说的小对数温差工况,严格意义上是:
大NTU(∽5),小LMTD(∽1~2)的工况,主要有区域供冷,热泵机组隔压板换,冰蓄冷等。从以上分析可知,LMTD是换热的驱动力,若
LMTD小,即意味着驱动力小,要实现两种流体之间的换热,必须增大传热系数,增大传热面积,为了使传热面积不至过大,唯一的方法是增
大传热系数K。
当用户工况在LMTD=1,NTU=5~10时,以SONDEX为例他们的(S62,S86,S100,S113,S110,S121,S130等)以单流程形式与之相对应,
在50~80KPa阻力降要求下,还能获得5000~7000 W/㎡·K如此高的传热系数值;而国产的换热器通常仅能达到1000~2800 W/㎡·K,同
时还必须得采用多流程,以上在很大程度上还为理论值,缺乏数量足够的成功工程实例。下图表是中央空调系统中几种典型板换工况参数的总结:






上表中,我们不难看出,“热板换”的极致就是汽水换热,其LMTD较大,NTUp有较小,换热容易,需要的是矮胖型和大间隙的换热板片,
换热计算可以粗放型、板片加工精度要求不高;而后三项(绿色条)则是典型的“冷板换”,LMTD较小,NTUp大于1,且越来越大,传
热驱动力小,要实现两种流体之间的换热,必须增大传热系数,增大传热面积,要求板式换热器计算要精准,板片加工精度高,是
SONDEX等一线国际品牌充分发挥技术优越性的工况。
以f项为例,SONDEX可以采用S86型号,传热系数值K为5776 W/㎡·K,换热面积400m2,阻力降60KPa;而国产品牌的K值一般不足
2500 W/㎡·K,换热面积将在900m2以上。304/0.5板材的SONDEX板式换热器,每平米市场销售价格不足900元/㎡,板换总价不足
36万元一台;而国产同材质市场价格为600元/㎡左右,板换总造价则要54万元左右。由此,我们不难看出,SONDEX等国际品牌的“冷板
换”投资要低于国产板换,且完成小对数温差的安全可靠性远远高于国产板换。
另外国产板换不仅要采用大换热面积,同时还需多流程来实现小对数温差工况,有关多流程与单流程的区别,请见下图:
单流程板片组工作原理
一般水-水换热工况优先采用单流程为解决方案。
该方案的优势是:接管全部在框架板一侧,便于

设备的安装及运行维护。(图一)






多流程板片组工作原理
由下图,我们不难看出多流程的PHE在压力板上要开孔接管,
这给设备的安装带来了不便,在日后的维护保养中,如需拆
装板片包,还得先行拆卸压力板接管处最近的法兰弯头,才
能松开压紧螺栓,拆卸板片包;当清洗保养完成,还需识别
不同的板片,按原有比单流程要复杂的顺序重新排片安装。
因此,如非特别要求(如啤酒厂中酒花冷却工艺线上的冷却器

采用多流程PHE),一般不采用多流程作为解决方案。(图二)









上表中,我们不难看出,“热板换”的极致就是汽水换热,其LMTD较大,NTUp有较小,换热容易,需要的是矮胖型和大间隙的换热板片,如果说SONDEX与国内品牌之间的技术差距(另篇详述)在民用中的“热板换”(供热使用)体现还不够很明显的话,那在“冷板换”应用时,其技术差距被放大到售后服务(单流程,备件少,安装维护方便),初投资(换热面积小,对数平均温差越小,SONDEX比国产越便宜)等客户的宏观经济利益上。而且,同样热负荷(KW数)的“冷板换”所用面积要远远大于“热板换”,因此,当一栋建筑物既有“冷”也有“热”板换时,大家均倾向采用国际品牌的板式换热器。因为,“冷”、“热”板换总体投资,与国产板换相比,并不贵,而且产品性能稳定。这就不难理解为什么,在北京、上海、深圳、广东这些大城市,有国际品牌如此大量的板换在楼宇中运行。

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发表于 2017-4-6 19:22:40 | 显示全部楼层
大吉大利~~~~~
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发表于 2017-5-11 09:23:34 | 显示全部楼层
随着溴化锂吸收式制冷机的日益发展,新机型不断出现。按制取冷量的形式,溴化镘吸收式制冷机可分为制取冷水与冷风两种类型。大型机组一般多属于制取冷水的机型而小型柜式空调机组则多属于直接制取冷风的机型。
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发表于 2017-12-7 10:02:04 | 显示全部楼层
新风系统帮助您在家就可以呼吸新鲜空气
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发表于 2018-6-14 13:17:55 | 显示全部楼层
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