Formula za izračun dotoka energije iz vanjskih rashladnih sredstava. Izbor opreme za izmjenu topline

Prilikom ugradnje kućnog bazena javlja se problem odabira prikladnog izmjenjivača topline iz asortimana dostupnih u prodaji. Uređaj je neophodan za zagrijavanje vode u spremniku i održavanje ove temperature na stabilnoj razini. Možete zatražiti pomoć od stručnjaka ili možete sami izračunati snagu izmjenjivača topline za bazen, što će uštedjeti novac koji bi otišao za plaćanje rada.

Najlakši način za izračunavanje snage izmjenjivača topline

Manifestacija se sastoji od dvije faze. Na prvom treba dodatno izračunati volumen bazena, a na drugom izračunati pomoću jedne formule. Međutim, precizniji podaci u našem slučaju nisu potrebni.

Izračunavamo vrijednost količine energije potrebne za grijanje vode:

P \u003d 1,16 x (T1-T2) / t x V; gdje je P snaga izmjenjivača topline, 1,16 je posebni koeficijent, T1 je vrijednost konačne temperature grijanja, T2 je temperatura izvorne vode (u prosjeku voda iz pipe mora biti zagrijan na najmanje 15 stupnjeva Celzijusa), t je vrijeme zagrijavanja (oko 3-4 sata), V je volumen bazena.

Izvršivši izračune prema gornjoj formuli, približno ćemo saznati potrebnu snagu izmjenjivača topline kako bi se voda u bazenu zagrijala u određenom vremenskom razdoblju.

Nadalje, prema katalozima ili, usredotočujući se na brojne ponude u mreži, pronalazimo odgovarajući izmjenjivač topline određenog kapaciteta. Prije kupnje preporuča se dodatno razgovarati o mogućnostima uređaja koji se kupuje s voditeljem tvrtke za prodaju opreme za grijanje. Konkretno, pri odabiru uređaja uzima se u obzir sila protoka vode koja prolazi kroz njega. Zatim se ti pokazatelji uspoređuju s vrijednostima koje su navedene u tehničkoj dokumentaciji priloženoj izmjenjivaču topline. U ovom slučaju, parametri pumpe za cirkulaciju vode u bazenu mogu poslužiti kao smjernica.

Postoje projektni i verifikacijski proračuni procesa prijenosa topline. Zadatak projektnog proračuna je odrediti veličinu i način rada izmjenjivača topline potrebnog za opskrbu ili uklanjanje određene količine topline određenom rashladnom sredstvu. Svrha verifikacijskog proračuna je odrediti količinu topline koja se može prenijeti u pojedinom izmjenjivaču topline u zadanim uvjetima njegovog rada. U oba slučaja izračun se temelji na korištenju toplinske bilance i jednadžbi prijenosa topline.

U projektnom proračunu poznata je ili zadana količina zagrijane ili ohlađene tvari i njeni parametri na ulazu u izmjenjivač topline i na izlazu iz njega. Istodobno se određuju potrebna površina izmjenjivača topline, protok toplog ili hladnog nosača topline, geometrijske dimenzije izmjenjivača topline određenog dizajna i njegov hidraulički otpor. Zaključno, na temelju izvedenih izračuna odabire se standardni ili normalizirani izmjenjivač topline određenog dizajna. Odabrani dizajn trebao bi biti što je moguće optimalniji, tj. kombiniraju intenzivan prijenos topline s niskom cijenom i jednostavnošću rada.

Vrši se kontrolni proračun kojim se utvrđuje može li se postojeći izmjenjivač topline koristiti za određene namjene, određene tehnološkim zahtjevima.

Projektni proračun rekuperativnih izmjenjivača topline

Prije proračuna rekuperativnih izmjenjivača topline odabire se prostor za kretanje rashladne tekućine kako bi se poboljšali uvjeti prijenosa topline iz rashladne tekućine s visokim toplinskim otporom. Da biste to učinili, tekućinu s visokim viskozitetom ili čiji je protok manji, preporuča se usmjeriti u prostor gdje njezina brzina može biti veća. Nositelji topline koji sadrže onečišćenje usmjeravaju se u prostore čije se površine lakše čiste od naslaga. Pri odabiru prostora potrebno je uzeti u obzir i gubitak topline u okoliš.

Smjer međusobnog kretanja nositelja topline također je prethodno odabran, uzimajući u obzir prednost protutoka tijekom izmjene topline bez promjene agregacijskog stanja nositelja topline, kao i svrsishodnost podudarnosti smjerova prisilnog i slobodnog kretanja. nosača topline.

Jako važno pravi izbor optimalne brzine kretanja nositelja topline, jer je to od odlučujuće važnosti u projektiranju i radu izmjenjivača topline. S povećanjem brzine protoka povećava se koeficijent prijenosa topline
, a posljedično, smanjena je potrebna površina za prijenos topline
, što zauzvrat dovodi do smanjenja ukupnih dimenzija izmjenjivača topline i njegovog troška. Osim toga, povećanjem brzine smanjuje se mogućnost naslaga na površini izmjenjivača topline. Međutim, s pretjeranim povećanjem protoka, povećava se hidraulički otpor izmjenjivača topline, što dovodi do vibracija cijevi i vodenog udara. Optimalna brzina se određuje iz uvjeta za postizanje željenog stupnja turbulencije strujanja. Obično se traži da brzina strujanja u cijevima zadovoljava kriterij
. S tim u vezi, preporučuju se sljedeće optimalne brzine
(m/s): voda i tekućine umjerene viskoznosti –
; viskozne tekućine -
; zrak i plinovi pri umjerenom tlaku -
; zasićena para pod pritiskom -
; zasićena para pod vakuumom -
. Najpoželjniji izbor je optimalna brzina na temelju studije izvedivosti.

Potpuni proračun izmjenjivača topline uključuje toplinske, konstrukcijske i hidrauličke proračune.

Toplinski proračun. Toplinski proračun projektiranih izmjenjivača topline provodi se sljedećim redoslijedom:

– izračunati toplinsko opterećenje i protok nositelja topline;

- izračunati prosječnu temperaturnu razliku i srednje temperature nositelja topline;

– Izračunajte koeficijent prolaza topline i površinu izmjene topline.

Najjednostavniji proračun je pri konstantnim temperaturama nosača topline duž duljine izmjenjivača topline. U ovom slučaju, fizikalna svojstva nositelja topline i temperaturne razlike su konstantni, a izračun se smanjuje na određivanje koeficijenta prijenosa topline. Uvjeti bliski ovim uočavaju se u kotlovima koji se zagrijavaju kondenzacijom pare. U općem slučaju, temperature nositelja topline variraju duž duljine izmjenjivača topline. Odnos između promjena temperatura nositelja topline određen je uvjetima toplinske bilance, koji za beskonačno mali element izmjenjivača topline ima oblik:

gdje ,i ,su troškovi i toplinski kapaciteti nositelja topline, i i su njihove temperature u proizvoljnom dijelu aparata.

Jednadžba toplinske bilance za cijeli aparat, isključujući gubitke topline, dobiva se integracijom posljednje jednadžbe:

gdje i ,i – početne i krajnje temperature nositelja topline; – toplinsko opterećenje.

Brzine protoka rashladne tekućine tijekom izmjene topline bez promjene agregatnog stanja na temelju toplinske bilance:

;

.

Kada se agregatno stanje rashladne tekućine promijeni, jednadžba toplinske ravnoteže može imati drugačiji oblik u skladu s uvjetima procesa. Na primjer, kada se para kondenzira

(
– potrošnja pare; i
su entalpije pare i kondenzata).

Promjena entalpije

gdje
i
– prosječni specifični toplinski kapaciteti pregrijane pare i kondenzata;
i
su temperature pregrijane i zasićene pare.

Ako je konačna temperatura jednog od nositelja topline nepoznata, tada se ona utvrđuje iz toplinske bilance. Kada su konačne temperature obje rashladne tekućine nepoznate, tada se koristi uobičajena tehnika za njihovo određivanje - metoda uzastopnih aproksimacija. Ova se metoda temelji na činjenici da se prvo donose određene odluke u vezi s dizajnom aparata i nepoznatim tehnološkim parametrima, zatim se ponovnim izračunom provjerava ispravnost tog izbora, prihvaćaju navedene vrijednosti navedenih parametara i izračun se ponavlja dok se ne dobiju rezultati sa željenim stupnjem točnosti. U tom slučaju treba uzeti u obzir da temperaturna razlika između nositelja topline na kraju izmjenjivača topline mora biti najmanje 10–20 °S za grijače tekućine i 5–7 °S za grijače pare i tekućine.

Određivanje prosječne temperaturne razlike
Izrađuje se uzimajući u obzir prirodu promjena temperature duž površine izmjene topline
. Kod protutoka, kao i pri konstantnoj temperaturi jednog od nositelja topline, prosječna temperaturna razlika određena je kao logaritamski prosjek veće i manje temperaturne razlike nositelja topline na krajevima izmjenjivača topline:

ili kada

.

Za sve druge obrasce protoka, prosječna temperaturna razlika nalazi se pomoću istih jednadžbi, ali uz uvođenje faktora korekcije (vidi odjeljak 7.7.3).

Prosječna temperatura rashladne tekućine s manjom temperaturnom razlikom duž duljine uređaja preporučuje se izračunati kao aritmetička sredina, a prosječna temperatura druge rashladne tekućine nalazi se iz poznate vrijednosti
, koristeći relaciju

,

gdje
i
– prosječne temperature nositelja topline.

Sljedeći zadatak izračuna je pronaći koeficijent prijenosa topline
. Ako se prijenos topline odvija kroz ravnu stijenku ili tanku cilindričnu stijenku, tada

.

Za izračun
potrebno je prethodno izračunati koeficijente prolaza topline i s obje strane stijenke za prijenos topline, kao i toplinski otpor stijenke
, što uključuje, osim toplinske otpornosti samog zida, i toplinski otpor onečišćenja s njegove obje strane. Toplinski otpori stijenke i slojeva nečistoća nalaze se ovisno o njihovoj debljini i koeficijentima toplinske vodljivosti materijala stijenke i nečistoća. Koeficijenti prolaza topline izračunavaju se ovisno o uvjetima prijenosa topline pomoću jedne od jednadžbi danih u odjeljku 7.6.

S obzirom na raznolikost valovitih površina u pločastim izmjenjivačima topline, L.L. Tovazhnyansky i P.A. Kapustenko je predložio ovisnost za izračunavanje koeficijenta prijenosa topline, uzimajući u obzir kut nagiba valova u odnosu na smjer protoka radnog medija:

gdje je  kut nagiba rebra.

Ova jednadžba vrijedi unutar
.

Za izračun prijenosa topline u kanalima koje čine ploče tipa 0,3p, 0,6p i 1,0 (vidi tablicu 8.1), jednadžba (8.20) može se predstaviti kao:

na

; (8.21)

na

. (8.22)

gdje – koeficijent hidrauličkog otpora kanala u obliku proreza; je koeficijent hidrauličkog otpora glatke cijevi.

Prilikom kondenzacije brze pare (Re> 300) u kanalima mrežastog tipa, L.L. Tovazhnyansky i P.A. Kapustenko je koristeći model gibanja tipa disperznog prstena dobio sljedeću ovisnost:

,

gdje je Nu Nusseltov kriterij za kondenzatni film; Re w je Reynoldsov kriterij izračunat iz ukupne brzine protoka smjese para-tekućina i viskoznosti tekuće faze;
su gustoća tekućine i pare;
je Prandtlov kriterij za tekuću fazu.

Budući da su koeficijenti prolaza topline funkcije brzina gibanja, da bi se oni pronašli potrebno je poznavati površine poprečni presjek kanali kroz koje se kreću rashladne tekućine (troškovi su poznati). To zahtijeva prethodno postavljanje dizajna i dimenzija izmjenjivača topline. Osim toga, za izračun koeficijenta prijenosa topline često je potrebno znati temperaturu zida odnosno specifično toplinsko opterećenje , čije vrijednosti pak ovise o određenoj količini . U takvim slučajevima koeficijenti prolaza topline izračunavaju se metodom uzastopnih aproksimacija: količinama i također se postavljaju nakon određivanja vrijednosti koeficijenta prolaza topline
ček. Kako biste pojednostavili izračun, možete koristiti grafičko-analitičku metodu, u kojoj se provode dva paralelna izračuna za dvije odabrane vrijednosti iz jedne od rashladnih tekućina.

Tako npr. ako koeficijenti prolaza topline i ovise o temperaturi zida
, zatim, zadane dvije vrijednosti
i
, izračunajte odgovarajuće vrijednosti i i specifična toplinska opterećenja i :

;

,

gdje je prosječna temperatura rashladnog sredstva.

Prema toplinskom otporu zida
izračunajte temperaturu zida sa strane druge rashladne tekućine:

,

i odrediti i , kao i i :

,

(je prosječna temperatura drugog rashladnog sredstva).

Slika 8.34 - Ovisnost q 1 i q 2 od vrijednosti t st1

Zatim koeficijent prolaza topline
.

Vrijednost površine prijenosa topline iz opće jednadžbe prijenosa topline

, ili
.

Značajke toplinskog proračuna hladnjaka i kondenzatora. Proračun hladnjaka-kondenzatora ima svoje karakteristike, zbog prirode promjene temperatura i koeficijenata prijenosa topline duž površine prijenosa topline.

Na sl. 8.35 prikazuje približnu raspodjelu temperatura u kondenzatoru-hladnjaku, u koji pare ulaze u pregrijanom stanju.

U ovom slučaju mogu se razlikovati tri zone: I - hlađenje para do temperature zasićenja; II - kondenzacija pare i III - hlađenje kondenzata. U prvoj zoni pare se hlade od temperature prije
i prijeći u zasićeno stanje. Koeficijent prolaza topline za ovu zonu ima nižu vrijednost nego u zoni II, gdje dolazi do kondenzacije pare. U zoni III koeficijent prolaza topline ima srednju vrijednost.

Slika 8.35 - Profil temperature u kondenzatoru-hladnjaku

gdje i
su entalpija pregrijane, odnosno zasićene pare; je specifični toplinski kapacitet pare;

,

je specifična toplina isparavanja;

ovdje
i su specifični toplinski kapacitet i temperatura kondenzata.

.

Temperature rashladnog sredstva (voda)
na početku i kraju zone II određuje se iz jednadžbi toplinske bilance

;

,

(je specifični toplinski kapacitet rashladnog sredstva).

Ukupna potrošnja rashladnog sredstva

.

Za svaku zonu, prema poznatim jednadžbama, izračunava se prosječna temperaturna razlika
i koeficijent prolaza topline
.

Tada su površine za izmjenu topline zona:

;
;
.

Strukturni proračun. Zadatak konstruktivnog proračuna izmjenjivača topline je odrediti glavne dimenzije uređaja i izbor njihovog općeg rasporeda. Početni podaci za konstruktivni proračun su rezultati toplinskog proračuna: brzine protoka nosača topline, njihove brzine, početne i konačne temperature, površina izmjene topline.

Za cjevaste uređaje konstruktivni proračun se svodi na određivanje broja ili duljine cijevi, njihovo postavljanje u cijevni list (uzimajući u obzir broj prolaza) i pronalaženje promjera i visine aparata. Promjeri mlaznica armature izmjenjivača topline također su predmet izračuna.

Ukupan broj cijevi izmjenjivača topline s njihovim prosječnim promjerom
i prihvaćena duljina određena površinom izmjene topline

.

Pri zadanoj brzini protoka i prihvaćenu brzinu njegova kretanja
kroz cijevi s unutarnjim promjerom broj cijevi jednog prolaza

.

Broj udaraca u prostoru cijevi izmjenjivača topline

.

Unutarnji promjer školjke izmjenjivača topline
određuje se brojem cijevi postavljenih u cijevni omotač. Rupe za cijevi u cijevnim pločama ravnomjerno su postavljene po cijelom presjeku. Ovaj raspored je relativno lako izvesti u jednoprolaznom izmjenjivaču topline. Kod višeprolaznih izmjenjivača topline s pregradama, postavljanje cijevi obično se izvodi grafički. Prema geometrijskoj konfiguraciji, cijevi su postavljene po vrhovima pravilnih mnogokuta i po koncentričnim kružnicama.

Prilikom postavljanja cijevi korak uzeti ovisno o njihovom vanjskom promjeru , kod pričvršćivanja cijevi razvaljivanjem
, i kada ih pričvršćujete zavarivanjem
. Ukupan broj cijevi , koji se može postaviti na cijevnu ploču duž vrhova jednakostraničnog trokuta unutar šesterokuta upisanog u krug,

,

gdje - broj cijevi smještenih na promjeru cijevne ploče:

(
je izračunata površina prijenosa topline; - nagib cijevi; - površina cijevi od 1 m prihvaćenog promjera;  - omjer visine odnosno dužine radni dio izmjenjivača topline na njegov promjer).

Promjer cijevne ploče ili unutarnji promjer ljuske izmjenjivača topline

.

Radna duljina jedna cijev

, ili
.

Ukupna visina izmjenjivača topline

,

gdje - debljina cijevne ploče (za čelične cijevi
mm, za bakrene cijevi
mm); – visina komore (poklopca),
m.

zavojnice postavljaju se u aparat na način da su u tekućini cijelom visinom i da ne dopiru do stijenki aparata za 0,25 - 0,4 m sa svih strana.

S poznatim unutarnjim promjerom uređaja
zavojnica promjer zavojnice bit će

Ukupna duljina spiralnih cijevi

.

Duljina jednog okreta serpentina

.

Broj zavoja zavojnica određuje se iz ovisnosti

,

gdje je vertikalna udaljenost između zavoja,
.

Za lamelne izmjenjivači topline u projektnom proračunu određuju: dimenzije ploča i broj kanala u jednom paketu, broj ploča u svakom paketu i broj paketa u aparatu, ukupan broj ploča i glavne dimenzije aparata .

Broj paralelnih kanala po paketu po okruženju

,

gdje je površina poprečnog presjeka paketa,
(je volumetrijski protok rashladnog sredstva,
- njegova brzina); je površina poprečnog presjeka jednog međulamelarnog kanala.

Primljena vrijednost
zaokruženo na najbliži cijeli broj.

Broj ploča u paketu

.

U ekstremnim pakiranjima u kontaktu s pločama, ukupan broj ploča je još jedan (kraj):

.

Površina prijenosa topline jednog paketa

,

gdje je površina prijenosa topline jedne ploče.

Broj paketa (prolaza) u izmjenjivaču topline

(
- radna površina aparata, koja se nalazi u toplinskom proračunu).

Ako vrijednost ispadne razlomak, zatim se zaokružuje na cijeli broj i prema tome se prilagođava površina cijelog aparata:

.

Ukupan broj ploča u aparatu (sekcije)

.

Hidraulički proračun izmjenjivača topline. Svrha hidrauličkog proračuna je odrediti otpor koji stvara izmjenjivač topline i snagu potrebnu za kretanje tekućine kroz njega.

Hidraulički otpor izmjenjivača topline
sastoji se od gubitka tlaka radi prevladavanja trenja
i gubitak pritiska
utrošen na svladavanje lokalnog otpora

.

Za školjke i cijevi izmjenjivači topline ukupni hidraulički otpor prostora cijevi

,

gdje je koeficijent vanjskog trenja (vidi odjeljak 1.3.4); je ukupna duljina puta protoka u cijevima;
je brzina protoka u cijevima; je gustoća toka pri njegovoj prosječnoj temperaturi; je koeficijent lokalnog otpora.

Hidraulički otpor prstena

.

Ovdje
je prosječna brzina rashladnog sredstva u prstenastom prostoru; je njegova gustoća pri prosječnoj temperaturi; - koeficijent otpora za prstenasti prostor (za izmjenjivače topline s duljinom cijevi od 6 m, vrijednost
; za duljine cijevi od 3 i 9 m, faktori korekcije su 0,5 odnosno 1,5).

Hidraulički otpor višepaketnog pločastog izmjenjivača topline s istim brojem kanala u svim paketima

,

,

gdje je koeficijent ukupnog hidrauličkog otpora po jedinici relativne duljine međulamelarnog kanala;
i su ekvivalentni promjer i smanjena duljina jednog međulamelarnog kanala,
(– radna površina izmjene topline jedne ploče; - širina radnog dijela ploče); je gustoća rashladnog sredstva pri njegovoj prosječnoj temperaturi;
je njegova brzina u kanalu među pločama; – broj kanala spojenih u seriju ili broj paketa u sekciji za određeno radno okruženje; - ukupan broj ploča u sekciji (aparatu); - razmak između ploča; – volumetrijska produktivnost uređaja.

Uz turbulentno strujanje (10 3

gdje - kut nagiba valovitosti; - kut na vrhu rebra.

Za umetke tipa 0,3r, 0,6r i 1,0 (vidi tablicu 8.1):

na

; (8.26)

na

. (8.27)

Vrijednosti koeficijenata A i B u jednadžbama (8.26) i (8.27) dani su u tablici 8.2.

Tablica 8.2 - Vrijednosti koeficijenata A i B u jednadžbama (8.26) i (8.27)

Postoji tijesan fizički i ekonomski odnos između prijenosa topline i gubitka tlaka, zbog brzine kretanja rashladnih tekućina. Što je veća brzina nositelja topline, to je veći koeficijent prijenosa topline i kompaktniji izmjenjivač topline za određeno toplinsko opterećenje, a time i niži kapitalni troškovi. Ali u isto vrijeme, hidraulički otpor protoku se povećava i operativni troškovi rastu. Stoga se brzina rashladnog sredstva odabire unutar određenih optimalnih granica, određenih, s jedne strane, cijenom površine za izmjenu topline uređaja ovog dizajna, a s druge strane, cijenom energije utrošene tijekom rad aparata.

Glavna svrha izmjenjivača topline je prijenos topline na hladni objekt iz rashladne tekućine. Potonji je tvar s visokom temperaturom. Primjer bi mogao biti:

• tekućina;

Danas u trgovinama možete pronaći izmjenjivače topline u širokom rasponu. Razlikuju se po svojim značajkama, i to:

• izgled;
• princip djelovanja;
• temperaturna razlika.

Ovaj popis nije potpun.

Opis principa rada

Prije kupnje izmjenjivača topline potrebno je razmotriti načelo rada ovog uređaja. Može se temeljiti na jednom od tri procesa:

• toplinska vodljivost;
• toplinsko zračenje;
• konvekcija.

Uređaji se mogu podijeliti prema načinu opskrbe toplinom hladnog objekta. Dakle, metode mogu biti miješanje i izmjena topline. U principu, njihov rad, oblik i uređaj je glavna razlika. Najuspješnija verzija principa rada karakteristična je za površinske agregate. Među najčešćima su. Unutar takvih uređaja nalaze se osjetljivi elementi koji se zagrijavaju i prenose toplinu na hladni objekt.

Ako pobliže pogledamo jedinicu za miješanje, onda možemo reći o njoj da kombinira interakciju tekućine i zraka, pružajući visoku učinkovitost. Ovi uređaji su jednostavni za proizvodnju i omogućuju vam postizanje željenog rezultata u kratkom vremenu. To je zbog činjenice da se samo miješanjem dva medija mogu postići takvi rezultati.

S obzirom na princip rada izmjenjivača topline, može se primijetiti da ovi uređaji imaju čvorove koji rade prema određenom principu. Mogu se podijeliti na regenerativne i rekuperativne. U potonjem slučaju koriste se različite tekućine koje međusobno djeluju uz pomoć pregradne stijenke. Pri izmjeni temperatura protok ostaje isti i ne mijenja se u oba slučaja.

U rekuperativnim izmjenjivačima topline postoji radni element, koji također djeluje kao izvor isporučene topline, kao i punjač. Element se u dodiru s tekućinama zagrijava i predaje prostoru potrebnu toplinu. U tom slučaju tok topline može promijeniti smjer.

Više o principu rada pločastog izmjenjivača topline

Pločasti izmjenjivač topline ima odgovarajuće elemente koji se ugrađuju sa zakretom od 180°. 4 elementa sastavljena su u jedan paket, što vam omogućuje stvaranje dva kolektorska kruga za dovod i pražnjenje rashladne tekućine. Dva ekstremna elementa neće sudjelovati u procesu.

Proizvođači nude na prodaju dvije vrste rasporeda: jednoprolazni i višeprolazni. U prvom slučaju, rashladna tekućina se dijeli na paralelne tokove koji prolaze kroz kanale i završavaju u izlaznom otvoru. Višeprolazni raspored ima složenu shemu, jer se izmjenjivač topline kreće kroz isti broj kanala. To je postignuto zahvaljujući ugradnji dodatnih ploča koje osiguravaju prisutnost slijepih otvora. Održavanje višeprolaznih pločastih izmjenjivača topline puno je teže.

Glavne vrste uređaja

Izmjenjivač topline predstavljen je u prodaji u mnogim varijantama, među kojima je vrijedno istaknuti:

• potopljeni;
• elementaran;
• grafit;
• dvocijevni;
• lamelarni;
• uvijen;
• spirala;
• školjkasto-cijevni.

Potopni izmjenjivač topline ima osjetljivi element u obliku cilindrične zavojnice smještene u posudi. Potonji je ispunjen tekućinom. Ovaj dizajn omogućuje vam smanjenje vremena za opskrbu toplinom od strane uređaja. Uređaj potopnog tipa jedan je od najboljih u pogledu učinkovitosti. Koristi se na mjestima gdje uvjeti ukazuju na vjerojatnost vrenja.

Jedinica ploče i njen opis

Pločasti izmjenjivač topline ima mnoge prednosti, i to:

• jednostavnost čišćenja;
• jednostavnost montaže;
• minimalni hidraulički otpor.

Ovi uređaji imaju krajnje komore koje su povezane pričvrsnim vijcima. Dizajn ima radnu ploču i okvire. Ploče su odvojene gumenim brtvama. I sami elementi izrađeni su od posebnog čelika. Tehnologija ugradnje ploča uključuje ugradnju gumene brtve bez ljepila, što osigurava čvrsto prianjanje pojedinih dijelova jedan na drugi. Radni medij se može opskrbljivati ​​na jedan od tri načina:

• mješoviti;
• ravno kroz;
• protustrujni.

Elementarni i upleteni izmjenjivači topline. Opis uređaja

Elementarni izmjenjivač topline omogućuje vam povezivanje dijelova sustava u jednu strukturu. Načelo rada takvih uređaja slično je varijanti školjke i cijevi. Radni medij se dovodi protustrujno, a jedinica kombinira mali broj cijevi. S obzirom na vrste izmjenjivača topline, obratite pozornost na upletenu sortu, koja ima osjetljivi element u obliku koncentrične zavojnice, koja je pričvršćena posebnim glavama, što pruža zaštitu od kućišta. Ovaj uređaj koristi shemu s dvije tekućine, od kojih jedna ispunjava cijevi, a druga je u prostoru između njih. Ove jedinice su izvrsne u podnošenju padova tlaka i imaju izvrsnu otpornost na trošenje.

Grafitni i spiralni izmjenjivači topline

Među vrstama izmjenjivača topline može se razlikovati grafitna sorta koja ima uređaj koji pruža zaštitu od korozije. Ovi uređaji dobro provode toplinu, a jedinica se sastoji od blokova koji imaju oblik cilindra i pravokutnika. Radni fluid se giba poprečno. Izmjenjivač topline sastoji se od:

• korice;
• rešetke;
• cijevi;
• metalno kućište.

Izmjenjivač topline može biti spiralni, princip njegovog rada izražen je u korištenju metalnih limova. Oni su upleteni u spiralu i fiksirani na mehanizam koji se zove rola. Za pravilan rad važna je nepropusnost izmjenjivača topline koja se postiže zavarivanjem pojedinih dijelova ili ugradnjom brtve.

Uređaje je teško proizvoditi, popravljati i održavati. Uređaj se ne smije koristiti u sustavu u kojem tlak prelazi 10 kgf / cm 2, što se ne može nazvati nedostatkom. Ovaj minus izravnava se kompaktnim dimenzijama uređaja, malom težinom i visokom učinkovitošću.

Više o principu rada ljuske i cijevi

Cijevni izmjenjivač topline dobio je ime jer su tanke cijevi kroz koje se kreće rashladna tekućina smještene u središnjem dijelu glavnog kućišta. Broj cijevi u sredini će odrediti koliko se brzo tvar kreće. Od toga, zauzvrat, ovisi o koeficijentu prijenosa topline.

Cijevni izmjenjivač topline izrađen je od čelika visoke čvrstoće i legiranih čelika. Koriste se jer uređaj radi u agresivnom okruženju, što pridonosi razvoju korozije. Izmjenjivač topline može se klasificirati u nekoliko vrsta, među kojima su:

• plutajuća glava;
• s fiksnim cijevima;
• s temperaturnim kompenzatorom;
• u obliku kućišta s cijevima u obliku slova U.

Opis izmjenjivača topline Pahlen MAXI-FLO

Ovaj uređaj je izmjenjivač topline za bazen, čija je cijena 18245 rubalja. Snaga uređaja je 40 kW. Jedinica je okomita, a nehrđajući čelik je materijal za tijelo. Dvocijevni vodni uređaj namijenjen je za grijanje vode. Nosač topline je topla voda iz kotla.

Tijekom izgradnje vanjskog bazena, ova jedinica je posebno relevantna. Bazenski izmjenjivač topline ima primarni krug u obliku cijevi, postavlja se okomito. Temperaturna razlika u krugovima doseže 60 °C. U primarnom krugu maksimalni tlak može biti 10 bara, u sekundarnom - isti iznos. Možda će vas zanimati hidraulički otpor primarnog kruga, u ovom slučaju on iznosi 0,05 m. U sekundarnom krugu hidraulički otpor je 0,8 m.

Izvođenje proračuna

Prije odabira izmjenjivača topline voda-voda, izračun snage ovog uređaja mora se provesti nedvosmisleno. Općenito, pri odabiru morate obratiti pozornost na vrstu dizajna i kvalitetu uređaja. Izračun snage provodi se prema sljedećoj formuli: P = 1,16 x ∆T / (t x V). U njemu je potrebna snaga označena slovom P. Posebno odabrana konstanta, ovdje je jednaka 1,16. Temperaturna razlika - ∆T. Volumen je V dok je vrijeme t. Dakle, pri izračunavanju snage izmjenjivača topline treba shvatiti da će učinkovitost uređaja ovisiti o protoku radnog medija u oba kruga.

Dizajn utječe na količinu zagrijanog medija. Što je veći njegov volumen, to će biti više ploča i cijevi. Često se provodi i određivanje ogrjevnih površina. Označavaju se slovom F. Ova se vrijednost može pronaći pomoću formule: Q / (K *? Tav), u kojoj je Q toplinska snaga, a koeficijent prijenosa topline K.

Prilikom izračunavanja izmjenjivača topline, morate zapamtiti da formula predviđa prisutnost prosječne temperature glave između nosača topline, ova vrijednost se izražava u ?Tsr. Zadatak je pronaći sve tri varijable. Pomoću jednadžbe toplinske ravnoteže možete pronaći toplinski učinak: Q=G*c*(T2-T1).

Toplinski kapacitet vode pri određenoj temperaturi je c. Protok je označen slovom G. Prilikom proračuna izmjenjivača topline, trebali biste znati da su ulazne i izlazne temperature naznačene u stupnjevima i pojavljuju se u formuli kao T1 i T2. Kako bi izračun bio točniji potrebno je ovoj formuli dodati faktor učinkovitosti. Za određivanje vrijednosti?Tsr potrebno je koristiti sljedeću formulu: ?Tsr= (?Tb? ?Tm) / (?Tb/?Tm). U njemu se najmanje i najveće temperaturne razlike označavaju s Tb i Tm.

Metodologija izračuna

Koeficijent prijenosa topline možete pronaći u referentnim materijalima ili izračunati pomoću formule: k \u003d 1 / (1 /? 1 +? St /? St + 1 /? 2). U njemu A1 i A2 su koeficijenti prijenosa topline sa strane prihvatnog i odvodnog kruga. Debljina stijenke cijevi - ? Art. Koeficijent toplinske vodljivosti materijala cijevi -? Art. Ako izračunate izmjenjivač topline, odnosno stvarnu snagu, kao i područje, možete procijeniti točan izbor uređaja. Ako se ove vrijednosti ne podudaraju, to ukazuje na povećanje vjerojatnosti naslaga na stijenkama cijevi. U najekstremnijem slučaju mogu se začepiti. Bolje je koristiti posebne programe za izračun izmjenjivača topline, ali važno je znati koje su metode i formule temelj.

Zaključak

Vrlo često vlasnici kuća čuju za ovaj važan uređaj, koji igra jednu od glavnih funkcija u sustavu grijanja. Kada je riječ o samostalnom krugu koji koristi kotlove za grijanje, ovo pitanje postaje još relevantnije. U njima se rashladna tekućina zagrijava unutar izmjenjivača topline. To su šuplje naprave u koje teče voda. Moderni proizvođači nude takve uređaje u širokom rasponu, izrađeni su od različitih metala.

Zavojnicu možete napraviti vlastitim rukama od okruglih ili oblikovanih cijevi. Za različite radne uvjete odabire se jedan ili drugi materijal. Takvi se proizvodi koriste za prijenos topline u sustavima grijanja vode. Mogu se čak ugraditi u kamine ili peći, što im omogućuje da se koriste kao kotlovnica za grijanje svih prostorija u kući.

Vrste spiralnih izmjenjivača topline

Grijana šipka za ručnike također je serpentinasti izmjenjivač topline.

Zavojnicu možete izraditi vlastitim rukama različitih dizajna i od nekoliko vrsta metala (čelik, bakar, aluminij, lijevano željezo). Proizvodi od aluminija i lijevanog željeza žigosaju se u tvornicama, budući da se potrebni uvjeti za rad s tim metalima mogu postići samo u proizvodnim uvjetima. Bez toga, radit će samo s čelikom ili bakrom. Najbolje je koristiti bakar, jer je kovak i ima visok stupanj toplinske vodljivosti. Postoje dvije sheme za izradu zavojnice:

• vijak;
• paralelno.

Spiralna shema znači raspored zavoja spirale duž spirale. Rashladna tekućina u takvim izmjenjivačima topline kreće se u jednom smjeru. Ako je potrebno, za povećanje toplinske snage, nekoliko spirala može se kombinirati prema principu "cijev u cijevi".

Da biste smanjili gubitak topline, morate odabrati. Također ovisi o materijalu zidova.

Morate to učiniti na temelju paropropusnosti toplinske izolacije.

U paralelnom krugu rashladno sredstvo stalno mijenja smjer kretanja. Takav izmjenjivač topline izrađen je od ravnih cijevi povezanih koljenom od 180 stupnjeva. U nekim slučajevima, na primjer, za proizvodnju grijaćeg registra, okretna koljena se ne smiju koristiti. Umjesto toga, postavlja se izravna premosnica, koja se može nalaziti na jednom ili na oba kraja cijevi.

Metode prijenosa topline

Načelo rada spiralnog izmjenjivača topline je zagrijavanje jedne tvari na račun topline druge. Dakle, voda u izmjenjivaču topline može se zagrijavati otvorenim plamenom. U ovom slučaju, on će djelovati kao hladnjak. Ali i sama zavojnica može djelovati kao izvor topline. Na primjer, kada rashladna tekućina teče kroz cijevi, grijana u kotlu ili pomoću ugrađenog električnog grijaćeg elementa, a njegova toplina se prenosi na vodu iz sustava grijanja. U biti, krajnji cilj prijenosa topline je zagrijavanje zraka u prostoriji.

Gdje su ugrađeni izmjenjivači topline zavojnice?

Način izmjene topline ovisi o tome gdje je zavojnica instalirana:

• bojler;

Kotao ima rebraste spirale.

U kotlu plamen zagrijava vodu u zavojnici, a zatim se divergira kroz sustav, odajući toplinsku energiju u prostoriju konvektivnom metodom. Neki od njih također spadaju u kategoriju spiralnih izmjenjivača topline. Na primjer, grijane šipke za ručnike i iz okrugle ili profilne cijevi.

Kontakt s otvorenim plamenom nameće neke zahtjeve na rad metala koji je korišten u proizvodnji. Naglasak je na pouzdanosti i trajnosti. Stoga se najčešće koriste čelik i lijevano željezo. Potonji se smatra najboljom opcijom.

U kotlu i akumulatoru topline prioritet je brzina izmjene topline i otpornost na koroziju. U ovom slučaju, nema ništa bolje od bakra. Glavna stvar je da ne dolazi u dodir s aluminijem. Između tih metala dolazi do reakcije koja dovodi do kemijske korozije.

Kako izračunati izmjenjivač topline

Obavezno je izračunati izmjenjivač topline spirale, inače njegova toplinska snaga možda neće biti dovoljna za zagrijavanje prostorije. Sustav grijanja je dizajniran da kompenzira gubitak topline. Prema tome, točnu količinu potrebne toplinske energije možemo saznati samo na temelju toplinskih gubitaka zgrade. Prilično je teško napraviti izračun, stoga u prosjeku uzimaju 100 W po 1 kvadratnom metru s visinom stropa od 2,7 m.

Između zavoja trebao bi postojati razmak.

Za izračun će također biti potrebne sljedeće vrijednosti:

• Pi;
• promjer cijevi koji je dostupan (uzmite 10 mm);
• toplinska vodljivost metala lambda (za bakar 401 W/m*K);
• delta temperature dovoda i povratka rashladne tekućine (20 stupnjeva).

Da biste odredili duljinu cijevi, trebate podijeliti ukupnu toplinsku snagu u W umnoškom gornjih množitelja. Razmotrite primjer bakrenog izmjenjivača topline s potrebnom toplinskom snagom od 3 kW - to je 3000 W.

3000/ 3,14 (Pi) * 401 (lambda toplinska vodljivost) * 20 (delta temperature) * 0,01 (promjer cijevi u metrima)

Iz ovog izračuna ispada da vam je potrebno 11,91 m bakrene cijevi promjera 10 mm, tako da toplinska snaga zavojnice bude 3 kW.

Kako napraviti zavojnicu s vijkom

Nakon što ste napravili izračun zavojnice izmjenjivača topline, možete nastaviti izravno s proizvodnjom. Prilično je lako napraviti dizajn vijaka. Promjer petlje mora se odabrati na temelju veličine spremnika u koji će se izvršiti instalacija. Potrebno je da cijevi ne dodiruju tijelo.

Trebate namotati zavoje na okruglu prazninu. Bakar se lako savija, pa nije potreban dodatni alat. Preporučljivo je promatrati malu udubinu između zavoja tako da rashladna tekućina bude u kontaktu s cijevi sa svih strana. To će povećati područje izmjene topline, što će nam omogućiti postizanje maksimalne toplinske snage koju smo očekivali.

Kako napraviti izmjenjivač topline od ravnih cijevi

Da biste napravili zavojnicu u paralelnom krugu, morate imati vještine zavarivanja metala. Za takav rad koriste se čelične cijevi koje je vrlo teško savijati, iako je još uvijek moguće imati dobar savijač cijevi. Ali u većini slučajeva morate pribjeći zavarivanju.

Čelični kotur od okruglih cijevi.

Algoritam rada:

• rezati jednake duljine čeličnih cijevi;
• položite ih paralelno na ravnu površinu;
• spojite ih s koljenima s okretom od 180 stupnjeva - ako nema takvih koljena, tada možete zavariti dva kuta od po 90 stupnjeva;
• u donji i gornji kraj zavarite čepove s cijevi za spajanje na sustav grijanja.

Osim toga, u donjem dijelu može se postaviti čep u čijem je središtu izrezana rupa. Zatim je u ovu rupu zavarena matica. Njegov unutarnji promjer mora odgovarati standardnom električnom grijaćem elementu. U ovom slučaju, moguće je koristiti domaći izmjenjivač topline kao električni grijač.

Opća načela za projektiranje shema opskrbe toplinom

Sustav toplinske energije je sustav za prijenos toplinske energije (u obliku zagrijane vode ili pare) od izvora toplinske energije do njenog potrošača.

Sustav opskrbe toplinom uglavnom se sastoji od tri dijela: izvora topline, potrošača topline, toplinske mreže koja služi za prijenos topline od izvora do potrošača.

1. Parni kotao u kogeneracijskom postrojenju ili kotlovnici.
2. Mrežni izmjenjivač topline.
3. Cirkulacijska pumpa.
4. Izmjenjivač topline sustava za opskrbu toplom vodom.
5. Izmjenjivač topline sustava grijanja.

Uloga elemenata kruga:

• kotlovska jedinica - izvor topline, prijenos topline izgaranja goriva na rashladnu tekućinu;
• crpna oprema - stvaranje cirkulacije rashladne tekućine;
• opskrbni cjevovod - dovod grijane rashladne tekućine od izvora do potrošača;
• povratni cjevovod - povratak ohlađene rashladne tekućine u izvor od potrošača;
• oprema za izmjenu topline - pretvorba toplinske energije.

Grafikoni temperature

U našoj zemlji usvojena je kvalitetna regulacija opskrbe potrošača toplinskom energijom. To jest, bez promjene protoka rashladne tekućine kroz sustav koji troši toplinu, temperaturna razlika na ulazu i izlazu iz sustava se mijenja.

To se postiže promjenom temperature u dovodnoj cijevi ovisno o vanjskoj temperaturi. Što je niža vanjska temperatura, to je viša temperatura u dovodnoj cijevi. Sukladno tome, temperatura povratnog cjevovoda također se mijenja prema ovoj ovisnosti. I svi sustavi koji troše toplinu dizajnirani su s tim zahtjevima na umu.

Grafikoni ovisnosti o temperaturama rashladnog sredstva u dovodnim i povratnim cjevovodima nazivaju se temperaturni grafikon sustava opskrbe toplinom.

Temperaturni raspored određuje izvor opskrbe toplinom, ovisno o njegovoj snazi, zahtjevima toplinske mreže i zahtjevima potrošača. Grafikoni temperature nazivaju se prema maksimalnim temperaturama u dovodnim i povratnim cjevovodima: 150/70, 95/70 ...

Odsijecanje grafikona u gornjem dijelu - kada kotlovnica nema dovoljno snage.

Rezanje grafikona na dnu - kako bi se osigurala operativnost sustava PTV-a.

Rad sustava grijanja provodi se uglavnom prema rasporedu 95/70 kako bi se osigurala prosječna temperatura u grijaču od 82,5 ° C na -30 ° C.

Ako potrebnu temperaturu u dovodnom cjevovodu osigurava izvor topline, tada potrebnu temperaturu u povratnom cjevovodu osigurava potrošač topline svojim sustavom potrošnje topline. Ako postoji precijenjena temperatura povratne vode od potrošača, to znači nezadovoljavajući rad njegovog sustava i povlači za sobom kazne, jer dovodi do pogoršanja rada izvora topline. To smanjuje njegovu učinkovitost. Stoga postoje posebne regulatorne organizacije koje nadziru da sustavi za potrošnju topline potrošača daju temperaturu povratne vode prema temperaturnoj tablici ili ispod. Međutim, u nekim slučajevima dopušteno je takvo precjenjivanje, na primjer. prilikom ugradnje izmjenjivača topline.

Raspored 150/70 omogućit će prijenos topline iz izvora topline s nižim troškovima rashladne tekućine, međutim, rashladna tekućina s temperaturom iznad 105 ° C ne može se dovoditi u kućne sustave grijanja. Zbog toga se raspored spušta npr. za 95/70. Redukcija se provodi ugradnjom izmjenjivača topline ili miješanjem povratne vode u dovodni cjevovod.

Hidraulika toplinskih mreža

Kruženje vode u sustavima opskrbe toplinom provodi se mrežnim crpkama u kotlovnicama i toplinskim točkama. Budući da je duljina trasa prilično velika, razlika tlaka u dovodnim i povratnim cjevovodima, koju crpka stvara, smanjuje se s udaljenošću od crpke.

Slika pokazuje da je za najudaljenijeg potrošača najmanji raspoloživi pad tlaka. Odnosno, za normalan rad njegovih sustava koji troše toplinu, potrebno je da imaju najmanji hidraulički otpor kako bi se osigurao potreban protok vode kroz njih.

Proračun pločastih izmjenjivača topline za sustave grijanja

Ogrjevnu vodu moguće je pripremiti zagrijavanjem u izmjenjivaču topline.

Na proračun pločastog izmjenjivača topline za grijanje vode, početni podaci se uzimaju za najhladnije razdoblje, tj. kada su potrebne najviše temperature, a time i najveća potrošnja topline. Ovo je najgori način za izmjenjivač topline namijenjen za grijanje.

Značajka izračuna izmjenjivača topline za sustav grijanja je precijenjena temperatura povratne vode na strani grijanja. Ovo je namjerno dopušteno, jer bilo koji površinski izmjenjivač topline u principu ne može ohladiti povratnu vodu na temperaturu grafa, ako voda s temperaturom grafa ulazi u izmjenjivač topline kroz grijanu stranu na ulazu u izmjenjivač topline. . Obično je dopuštena razlika od 5-15°C.

Proračun pločastih izmjenjivača topline za toplovodne sustave

Na proračun pločastih izmjenjivača topline za toplovodne sustave početni podaci uzimaju se za prijelazno razdoblje, tj. kada je temperatura dovodnog rashladnog sredstva niska (obično 70 ° C), hladna voda ima najnižu temperaturu (2-5 ° C), a sustav grijanja još uvijek radi - to je Mjeseci svibanj-rujan. Ovo je najgori način za izmjenjivač topline PTV-a.

Projektirano opterećenje za sustave PTV-a određuje se na temelju prisutnosti u objektu u kojem su instalirani izmjenjivači topline spremnika.

U nedostatku spremnika, izračun pločastih izmjenjivača topline vrši se za maksimalno opterećenje. To jest, izmjenjivači topline moraju osigurati zagrijavanje vode čak i pri maksimalnom smanjenju.

U prisutnosti spremnika akumulatora, pločasti izmjenjivači topline izračunavaju se za prosječno satno opterećenje. Spremnici za skladištenje stalno se dopunjavaju i kompenziraju vršna pražnjenja. Izmjenjivači topline trebaju opskrbljivati ​​samo spremnike.

Omjer maksimalnih i prosječnih satnih opterećenja u nekim slučajevima doseže 4-5 puta.

Imajte na umu da je prikladno sami izračunati pločaste izmjenjivače topline