关于换热器能效检测方法探析

刘睿

摘 要：本文针对换热器能效检测方法进行探析，对换热器检测方法和原理的深入研究，致力于对换热器的节能减排，使换热器为国民经济的发展和能源节约方面作出自己的贡献，为换热器在今后的研究发展奠定一定的基础。

关键词：换热器；能效检测；检测方法；节能减排

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.007

0 引言

在我国北方，热力站中的换热器在城市供暖中起到了重要的作用，换热器的效率高低就决定了城市对于能源的转换效率高低，提高换热器的换热效率对于提高城市的供暖质量，降低能源消耗都有重要的意义。

1 换热器能效综合评价模型

（1）换热器能效评价模型。我们首先需要建立一个影响待评价对象的各种因素组成的集合，这个集合我们称之为评因素集。我们将评价结果U作为一个集合，U中包含了的它的子集U1、U2、U3，U1代表设计因素，U2代表制造因素，U3代表运行因素。每个子集中又包含各自的子集，设计因素U1中包含了介质流速、冷热端温差（u11），设备的结构、形式、材质、厚度和传热面积预留系数（u12），新型、高效换热设备（u13），防垢、清洗（u14）；制造因素U2中包含了制造标准与当前标准（u21），制造工艺文件、资料规范性与齐全性（u22），零部件加工质量检测手段与检测水平（u23），工业换热设备的装配质量与检测水平（u24）；运行因素U3中包含了定期检查、维修设备，附件保持完好（u31），定期检修、更换计量仪表（u32），保温，保冷测定分析，定期检查冷热损失（u33），清除污垢、附着物（u34）。

这些集合可以用数学表达式来更清楚的表示它们们之间的关系，数学表达式如下：

U={U1，U2，U3}，其中U1，U2，U3又包含了各自的子集，即U1={U11，U12，U13，U14}，U2={U21，U22，U23，U24}，U3={U31，U32，U33，U34}。

在建立好因素集合之后，我们需要建立的是评价集合，所谓评价集合就是各种评价结果组成的一个集合，这些评价结果包括v1（好），v2（较好），v3（一般），v4（差）四种，因此评价集合的表达式可以并表示为V={v1，v2，v3，v4}。

（2）构建权重关系。确定权重的方法有许多，例如专家估测法、频数统计法、相关系数法、变异系数法、夹角余弦赋权法、熵值法、主客观综合赋权法、两两比较法等等，若要直接给出给因素的权重往往需要大量的数据以及丰富的经验，我们可以采取的是比较任意两个因素之间的相对权重，在本文中采取两两比较法来加以研究。

我们可以设ui1，ui2，…uin是与上层因素Ui关联的n个因素，对于j，k=1，2…n，以ajkI表示uij与uik关于Ui的影响比值。这样就得到了这n个因素关于Ui的两两比较的判断矩阵。

2 试验与数据处理分析

2.1 试验与模拟方案

（1）试验。本文采取的试验设备是地埋管换热器，试验分两组进行，都采用连续运行方式，试验1为U埋管间距5m夏季试验，试验2是U埋管间距3m夏季试验，试验1采用的工作井为1#、2#、4#、5#，测试井为3#，试验时间为20天。试验1进行完后再进行试验2，但需要注意的是在进行试验2之前需要等待土壤恢复初始温度，这个过程需要10天，试验2的的工作井选择2#、4#、6#、8#，测试井选择10#，试验时间与试验1相同，也为20天。整个实验的目的是为了研究试验过程中土壤温度的变化情况以及地下埋管换热器热量的变化情况，将两组试验得到的数据进行对比分析，从而与模拟计算的结果进行对面，验证本文选择的模拟方案的可靠性。

（2）模拟方案。为了保证模拟的准确度，模拟的采取与试验同时进行的方案，模拟中各项参数根据试验中的各项条件来设定，保证与实验的条件一致。模拟中地下埋管的材料选取与试验相同的PE管，PE管的參数如下：外径35cm，管壁厚度为5cm。

模拟方案中选择的数值模拟软件为Fluent，在利用Fluent进行数值模拟时，设定的各项参数如下：埋管中的流体介质设置为水，水的密度选择998kg/m3，比热容选择4200J/（kg· k），埋管内的水流速设置为2m/s，埋管的埋设深度为60m，埋管进口温度设置为35℃，模型的边界条件根据具体情况可进行改动，模拟的时间与试验时间相同，为20天。数值模拟与试验的目的相同，都是为了分析埋管周围土壤的温度变化情况以及埋管换热器热量的变化情况，将试验与数值模拟的结果进行对比分析，具有更高的可靠性。

2.2 结果分析

试验的结果中埋管周围不同深度的土壤温度变化情况如下：试验的前5天土壤的温度上升较快，这是由于刚进行试验时，埋管的温度与土壤温度的温差较大；第5至试验结束土壤温度上升率有所下降，这是由于在埋管与土壤之间进行热交换后，土壤的温度上升，土壤与埋管之间的温差缩小，因此土壤的温度上升率下降。不同深度的土壤温度变化率也不同，这是由于不同深度的土壤自身的温度值不同，越深的土壤与埋管的温差越小，因此温度变化率也越小。

3 结论

本文首先建立了换热器的能效综合评价模型，详细地论述了综合模型中采取的权重确定方法，然后通过试验和数值模拟同时对地下埋管换热器的换热特性进行了研究，通过研究得出一些数据，在将试验与数值模拟的结果进行对比分析，两者的基本吻合证明了试验与数值模拟的结果可靠，具有有一定的价值。换热器的能效检测对于换热器的节能改造以及能源的节约都有十分重要的意义，因此值得我们进一步的研究与探讨。

参考文献：

[1]杜诗民，刘业凤，艾永杰，李续，马俊琳.地埋管换热器传热特性模拟与试验研究[J].流体机械，2015（01）：1-6.

[2]杨世铭，陶文铨.传热学[M].高等教育出版社，2009.endprint