混流系統及其換熱器的選型計算

馬敏

（山西焦煤西山金信建筑有限公司，山西古交，030200）

    摘要：針對低溫地板輻射采暖系統用換熱器面積選擇過大的問題，提出在換熱器二次側設混流管的方法，以提高單位面積換熱器的供熱量，并降低換熱器二次側的流動阻力。通過對兩個廠家的換熱器進行選型計算比較，得出在二次側出水溫度約等于75℃時，單位面積換熱器供熱能力最大，換熱器面積最小，初投資額最小的結論。

    關鍵詞：混流系統；地板輻射采暖；換熱器

    中圖分類號：TU832文獻標識碼：A

    文章編號：1005－6033（2010）12－0196-03

    1·問題的提出

    低溫地板輻射采暖系統供回水溫差不大于10℃，對于相同的供熱面積，其二次側的設計流量約為散熱器采暖系統的2.5倍。設計流量的增大致使換熱器二次側的阻力陡增。為了使換熱器二次側的阻力達到30 kPa～50 kPa，換熱器廠家加大選取換熱器的面積余量即通過增加板片數量來增大流道面積，達到降低二次測阻力的目的。使用散熱器采暖系統時，面積余量取30％，而使用低溫地板輻射采暖系統，面積余量取100％。面積余量的增大使得所選換熱器的片數要多于實際所需的片數，從而使得初投資費用增大，造成不必要的浪費。

    通過在換熱器二次側設置混流管，使其出口溫度不大于60℃，不僅能滿足地暖低溫水的要求，而且能降低二次側流道阻力，減少換熱器面積，從而達到節約初投資、優化設計的目的。

    2·工程實例

    太原市某房地產公司開發的居民住宅小區，采暖方式為地板輻射采暖，采暖設計供回水溫度為60℃～50℃，一次網設計供回水溫度為130℃～70℃，設計供熱面積5萬m2，采暖設計熱指標取64 W/m2，計算得設計熱負荷為3 200 kW。在未采取混流時換熱器的工作流程見圖1。

             
    按照傳統換熱器的選取方式，取100％的面積余量，經計算換熱器片數應為144片，傳熱系數為3 328.178 W（/m·2K），換熱器1 m2提供的換熱面積為749.176 m2。當采取混流時換熱器的工作流程見圖2。

            
    由圖2可以看出混流是在換熱器二次網側的旁通管上裝調節閥，通過調節閥調節混水量，使二次網回水與換熱器二次側供水相混合，從而達到滿足低溫地板輻射采暖系統供水溫度的要求。混流量及換熱器進出口側流量計算如下：

    根據基爾霍夫定律，在管網恒定流動過程中，與任一節點關聯的所有分支流量，其代數和等于該節點的節點流量，所以在節點1處有以下平衡式：

    G2=G1+G3（1）

    忽略換熱器出口管路的阻力損失，同時認為整個過程中比熱容c為常量，在設計工況下，根據熱平衡方程式進行計算。

    c·G·1t1+c·G·3t3=c·G2·t2（2）

    式中：G1為換熱器出口側流量，t/h；G2為二次側供水流量，t/h；G3為混流量，即從二次網回水中抽引的水量，t/h；t1為換熱器出口側溫度，℃；t2為二次網供水溫度，取60℃；t3為混水溫度，即二次網回水溫度，取50℃。
   
    △t=t2-t3，△t=10℃

    代入數據，計算得G2＝275.5 t/h。

    3·換熱器出水溫度優化計算

    選取北京永大換熱器和北京華海換熱器進行計算。其中北京華海換熱器的計算結果見表1，北京永大換熱器的計算結果見表2。

       
         
    從表1、表2的計算結果可以看出：隨著換熱器出口溫度的升高，換熱器二次側阻力下降，當換熱器出口溫度升高到大約75℃時，換熱器二次網側的壓降皆為30 kPa左右。采用北京華海的換熱器時，滿足設計負荷要求所需的換熱器數為84片，傳熱系數為3 523 W（/m·2K），1 m2換熱器的供熱面積為1 297 m2。采用北京永大的換熱器時，滿足設計負荷要求所需的換熱器片數為57片，傳熱系數為3 640 W（/m·2K），1 m2換熱器的供熱面積為1 381 m2。此后，換熱器傳熱系數開始下降，換熱器片數開始增加。因此，換熱器二次側出水溫度約75℃時，片數較少，流動阻力較小，初投資最小。

    4·結語

    對于一次網為高溫水，二次網為低溫水的供熱系統，盡管有不等截面換熱器可供選擇，但是仍難以滿足兩側在換熱系數相當的情況下流動阻力相近。這種條件下，采用混流系統是最佳選擇。對于不同的換熱器產品，應經過設計計算選擇出最佳的二次側供水溫度，使單位面積換熱器的供熱量達到最大化。

參考文獻

［1］JGJ 142—2004地板輻射供暖技術規程［S］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

［2］賀平，孫剛，王飛，等.供熱工程［M］.4版.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［3］章熙民.傳熱學［M］.北京：中國建筑工業出版社，2007.

［4］蔡增基，龍天渝.流體力學［M］.4版.北京：中國建筑工業出版社，1999.（責任編輯：邱婭男）

第一作者簡介：馬敏，男，1979年生，1999年畢業于撫順煤炭工業學院暖通專業，助理工程師，山西焦煤西山金信建筑有限公司，山西省古交市金牛街60號，030200.