暖通空调工程中换热器的运行节能分析

2020-02-16范文斌

建材与装饰 2020年3期

关键词：冷水暖通换热器

范文斌

（山西四建集团有限公司山西太原 030006）

0 引言

对于换热器而言，其是暖通空调工程中常见的也是尤为重要的设备，同样也是节约设备能耗的重点体现。提高换热器的使用效率降低其能源消耗，无论对于能源紧张问题还是环境污染问题都能起到一定的缓解作用，而且还能推动暖通空调技术及其系统功能的更新。

1 简析暖通空调节能的必要性及设计

依据我国有关部门的数据统计分析，对于整个建筑能耗设计而言，暖通空调工程的能源消耗可以占据总量的40%左右，一方面消耗与浪费了大量的能源，另一方面还会促进有关比例上涨，从而激化能源供求之间的矛盾[1]。也由于这一原因，关于其设计节能降耗已渐渐成为有关研究工作人员的重点工作方向。现下，我国的人均住宅面积呈现逐渐增加的趋势，因此使用暖通空调的用户也会随之增加，在现实运作中必然会造成更大的能源消耗，这也是体现能源供需不协调的一方面。现阶段，我国所使用的能源体系中依旧以不可再生能源为主，特别是电能。因为使用十分频繁为能源总量带去了巨大的压力，还会引发一系列的生态污染问题。

对节能设计而言，主要有以下几个设计方面：①变频系统。在进行暖通空调有关节能设计时，第一选择就是变频系统，其重要作用是能够减少能源损耗，还能对暖通空调系统存在的不足加以补充，从而减少运行成本投入。在进行节能设计时，通常都会留出一定的余量空间，从而有利于设备负荷能够有序平稳的运转。我们以建筑节能设计为例，在建筑物中的暖通空调中使用变频系统，能够对系统输出功率进行及时调整，将负荷变动加以改变，由此增强空调的节能效果；②地源热泵。这种空调主要使用的是地源热泵系统，所使用埋管式系统不仅安装十分灵活，而且易于控制。关于埋管方式主要采取立埋方法，将水当作冷热量载体，从而让机组和土壤之间能够进行有效的热量交换。该种空调系统由三部分组成，而各个系统间主要通过水或者是空气实现热量传递，地能和地源热泵之间所使用的换热介质是水，至于和暖通空调末端所使用的换热介质可以是空气也可以是水，从而达到恒湿与恒温的效果[2]。

2 实验案例分析

在文中的实验案例中，主要进行的是换热器自身换热性能的实验。实验中的实验对象为：套管式、板式提及列管式这三种换热器。在长期使用换热器很容易出现换热器结垢、腐蚀等有关问题，不仅大大降低其传热性能，而且会增大空调能耗，甚至带来一定的经济损失。对此，首先文章将对换热器受到腐蚀的主要原因进行简要分析：①水质。水质含有的溶解成分、pH值、水温等均会严重影响换热器的腐蚀情况。而水的pH值、含气量以及有关溶解成分的影响程度较大，可是却能够进行人工控制，所以在使用过程中应要尤为注重维护工作。对于换热器系统而言，对其影响最大的因素就是管道中积存过量的空气，一方面对水循环造成严重影响，另一方面氧气极易使换热器受到腐蚀。由于水中的空气溶解度和温度与压力具有关联性，要是水温升高或是能够管道阻力压降低时，自然就会水中溶解。除此之外，要是pH值较低，十分有利于阴极反应的发生，金属遭受腐蚀的速度会大大提升。所以，在应用冷却液的过程中要尤为关注水质，最好使用碱性较高的水，由此降低pH值腐蚀换热器蚀的速度。水中如果含有大量的阴离子，同样也会腐蚀换热器。所以要对离子浓度进行科学检测，减低阴离子在水中的含量，可以加入适量的抗腐蚀物质有效保护换热器；②材质。只是少数的换热器所使用的制造材料是不锈钢、玻璃等有关特殊材质，通常的换热器主要使用的是碳钢。关于碳钢，其中还含有一定的锰、硅、硫等，在钢材中主要影响其中碳含量的因素就是力学性能，和合金钢比较，通常不会加入很多合金元素，因此极易出现生锈现象，而且抗腐蚀性能极低；③进出口温度。随着温度的进一步升高腐蚀速度也会增快，也就是说二者之间是成正比例的。所以，在平时使用过程中一定要对供水温度进行严格控制。

在三种换热器只在对冷水流量加以改变的实验中，针对其传热系数、阻力以及平均换热量变化进行分析，结果如下：

（1）水流流量影响换热器传热。通过该实验，我们能够得知要是水流流量不断增加，这三种类型换热器的平移换热值以及传热系数也会随之呈现逐渐上升的趋势，当中上升趋势相对明显的为板式以及套管式，至于列管式上升趋势并不明显。之所以会产生该种情况的核心因素由于水流流量的增大而提高了流体雷诺数，所以在流体内部会生成一定的漩涡，使得流体掺混不断增强，严重限制层流底层产生破裂，提高了传热速度。但是列管式、板式以及套管这三种换热器的结构上存在着差异，其冷水和热水发生换热的位置位于列管与外观之间，因此流动空间要远大于其他两种，即便是让冷水流量增加很难提高其流速，那么也就不能有效提高流体雷诺数的，那么也就难以对层流底层破坏加以阻止，要想提高列管式的传热效果仅仅改变冷水流量是远远不够的。

（2）水流流量影响换热器阻力。在实验分析过程中，我们能够发现如果提高了水流流速，不仅可以对换热器传热效果产生影响而且也使得换热器阻力进一步增大，从实验结果来看反映效果最为明显的套管式与板式换热器。因为流速变化和流动阻力变化之间的关系是正相关的，所以要是冷水流量增大会使得套管式以及板式中的流速提升，所以流动阻力也会随之增强；但是对于列管式而言，与另外两种的换热器相比其冷水流动空间会更大一些，所以即使是增大流量也很难影响冷水的流动速度，所以其流动阻力也不是发生很大的变化。

（3）最佳运行流量。通过实验与有关分析能够知道，随着水流流量的不然增大即使可以增加换热量，在一定程度上能够将换热器实际运行效率有效提高，可也不能忽视其会让流动阻力增大，进而加大了换热器耗损程度。因此，从事暖通空调工程的有关研究人员应重视换热器的深入研究，制定出一个相对精准的流量值，确保在损耗最小的情况下换取最大化的换热量，而此时所明确的流量值就可以被称之为换热器的最佳运行流量。至于计算运行流量，文章认为应以总能量作为计算出发点，也就是换热器最大的阻力耗损和平均换热量之间的差值，即换热器的最佳运行流量[3]。