非對稱型板式換熱器供熱工程之應用分析

   【中國制冷網】摘要：本文介紹了非對稱板式換熱器的結構特點、性能及在空調換熱工程中的應用優勢。

    前言

    板式換熱器作為一種高效節能的換熱設備在城市集中供熱工程中進行間接、集中或連續供熱，起到了節約能源、節省設備維修管理費用、保護環境、保證人民生活安居樂業的重要作用，是城市集中供熱中不可缺少的設備。而近年來，隨著我國城市集中供熱規模的不斷擴大，其運行特點多為冷熱側介質流量或溫差不等，一般為2：1￣3：1，尤其是建筑空調換熱，其典型工況為一次水溫度為95℃→70℃，二次水溫度為50℃→60℃或55℃→60℃，溫差或流量比達2.5￣5，針對此種非對稱工況，我國的幾個主要板式換熱器生產廠商相繼開發了非對稱型板式換熱器，現介紹有關情況。

    結構特點

    1.兩流體流經的板片角孔尺寸大小不同。大流量流體走大角孔，小流量流體走小角孔，兩流體流經接管和角孔的阻力損失相近。

    2.導流區呈非對稱結構，即大、小流量側流體的流道幾何尺寸不同，小流量側流道的寬度比大流量側流道寬度窄，流道的深度則比大流量側淺，流道的總長度則比大流量側長。因而，板片兩側的導流區具有很大的非對稱性，可使兩流體沿導流區的壓力降更均衡，沿板片的分布更均勻。

    3.傳熱區兩側流道分別由截面積不等（截面積之比為2：1或更大）、尺寸和形狀不同的人字形波紋構成，見圖2。波紋的夾角可為鈍角，也可為銳角；由于兩流體的流道截面積不等，當兩流體的流量不等時，可使兩流體板間流速接近或相等。因而，大大提高了小流量側的給熱系數，從而使總傳熱系數大大提高，強化了傳熱，節省了換熱面積。

    4.僅以同一種板片（1套模具）采用特殊的密封結構，即可組成傳熱性能與壓力降合理匹配的兩種流道，流動特性為單邊流；較之常規的以兩種板片（兩套模具）實現的非對稱流道，大大地節省了模具投資和生產費用。

    5.一般為單流程布置，接管均位于固定壓緊板一側，安裝維修方便。

    工作原理

    眾所周知，對于板式換熱器而言，僅當兩種流體的板間流速接近時性能z*佳。然而，對于流量比或溫差比大于2的工況，若選用對稱型板式換熱器采用單流程布置，由于流量不等，兩流體的板間流速不等，因而總有一側流體的允許壓力降不能充分利用，板間流速低的一側，給熱系數低，易結垢；流速高的一側，壓力降往往過大，因而使板片長時間承受較高的壓差而發生變形。所以板片兩側流體的傳熱不能處于z*佳狀態。若在小流量一側采用多流程布置，以使兩流體的板間流速接近。這樣，一是傳熱性能下降（因存在順流），造成換熱面積過大，無謂浪費；二是兩個壓緊板上均布置接管，給操作維修帶來不便。

    非對稱型板式換熱器由于板片的角孔導流區和傳熱區結構均不對稱，可在兩流體的流量不等時，使板間流速（或壓力降）仍接近或相等。因而，大大提高了小流量側的給熱系數，從而使總傳熱系數大大提高，強化了傳熱性能，節省了換熱面積。

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    性能特點

    經對該類產品進行質量檢驗及傳熱與流體阻力特性測試，檢驗結果均符合GB16409-1996《板式換熱器》的要求，個別項目處于國內外領先水平，并證明具有以下特點：

    1.承壓能力較高，設計壓力可達2.5MPa，比常規產品提高兩個等級以上；

    2.傳熱性能好，比壓力降低，標準狀況下，K值可達5000W（/m2K）以上；

    3.尤其適用于流體的流量比或熱容量比大于2.5的傳熱工況；

    4.應用范圍廣，既適用于液―液，也適用于汽―液（作為冷凝器）或含有較小尺寸顆粒狀、纖維狀雜質的流體。

    應用分析

    在3種典型空調供熱工況下，非對稱型同對稱型板式換熱器選型計算結果的對比情況見表1。

    從表1中可看出選用非對稱型產品時，節省換熱面積一半，但熱側阻力降仍未完全利用，可見，若采用“熱混合”設計技術或增大通道截面積比至2.5：1或3：1，換熱面積還可大大降低。

    結論

    綜上所述，同常規板式換熱器比較，非對稱型板式換熱器的結構明顯不同，能與“非對稱工況”精確匹配，具有優良的傳熱和流體阻力特性。在城市空調供熱工程中，其優越性尤為顯著，可謂“量身定制”。采用這種產品可節省換熱面積30%以上。

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