5.1.2　换热器设计

5.1.2　换热器设计

由于地热水具有一定的腐蚀性和结垢性，应采用换热器进行地热间接供热，地热回灌就是将换热降温后的地热尾水通过回灌井重新注入热储层中。

1.换热器概述

地热换热系统宜选用板式换热器。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种柄片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器（图5-1）是液-液、液-汽进行热交换的理想设备，它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。

图5-1 常见板式换热器组件图

板式换热器构造包括密封垫片、压紧板（前端板、后端板）和框架（上导杆、下导杆、支柱）组成，板片之间由密封垫片进行密封并导流，分隔出冷/热两个流体通道，冷/热换热介质分别从各自通道流过，与相隔的板片进行热量交换，以达到用户所需温度。每块板片四角都有开孔，组装成板束后形成流体的分配管和汇集管，冷/热介质热量交换后，从各自的汇集管回流后循环利用。

板式换热器换热原理是间壁式传热（图5-2），其机组基本原理：流经用户散热片后的低温水（二次回水）经过滤器除污后，由循环泵加压进入换热器，吸收一次热媒放出的热量，达到供水设定温度后，再流向供热管网对用户进行供热（二次供水）。热源经一次热网（一次供水）流经过滤器、调节阀，进入换热器放热后由热媒回水管返回热源（一次回水），被加热后再次参与循环换热；补水泵根据系统运行情况适时对二次循环水系统进行定压补水。

图5-2 板式换热器换热原理图

2.板式换热器选型

换热器主要部件应选用耐高温和耐腐蚀的材料。换热器屏数应根据水量与供暖面积计算确定。

（1）选型要点及原则

①流速及取值

a.换热管网流速：进、出水管路流速，其推荐值见表5-3。

b.机组总管流速：管径≤80时，选1m/s；管径≥100时，参见表5-3。

c.角孔流速：最大为6m/s （四个进出口）。

d.板间流速：0.4～0.8m/s（L型0.8m/s，M型0.6m/s，H型0.4m/s）。

表5-3 总管网流速推荐值

②换热面积：换热器的面积，单板面积×参与换热片数（总片数-2）。

a.换热面积的计算

换热面积=换热量/（换热系数×对数平均温差×污垢系数）

b.换热量的计算

换热量=建筑面积×采暖热指标（热负荷，见表5-4）

表5-4 采暖热指标推荐值

③介质参数

a.区域供暖：暖气采暖/地热采暖，110℃/75℃～50℃/75℃。

b.区域供暖：地热采暖，110℃/75℃～40℃/50℃。

c.楼宇空调：风机盘管采暖，110℃/75℃～50℃/60℃。

d.生活热水：洗浴、厨房、洗衣房，70℃/50℃～10℃/55℃。

e.泳池供水：游泳池恒温供水，110℃/70℃～10℃/40℃。

f.超高层空调制冷：冷水转换，7℃/11℃～8℃/12℃。

（2）选型计算方法及公式

现今板式换热器选型计算一般都采用软件选型。常规算法和公式如下，各公式中符号的意义及单位见表5-5。(https://www.daowen.com)

①求热负荷Q

②求冷热流体进出口温度

③求冷热流体流量

④求平均温度差Δt_m

或

Δt_m=[（T₁-t₂）-（T₂-t₁）]/2

表5-5 选型计算各公式符号的意义及单位一览表

⑤选择板型

若所有的板型选择完，则进行结果分析。

⑥由K取值范围，计算板片数范围N_min，N_max

⑦取板片数N（N_min≤N≤N_max）

若N已达N_max，做⑤。

⑧取N的流程组合形式

若组合形式取完则做⑦。

⑨求Re、Nu

⑩求a、K、传热面积F

⑪由传热面积F求所需板片数N_N

⑫若N＜N_N，做⑧。

⑬求压降Δp

⑭若Δp＞Δ_允，做⑧；

若Δp≤Δ_允，记录结果，做⑧。

注：①②③根据已知条件的情况进行计算；当T₁-t₂=T₂-t₁时采用Δt_m=[（T₁-t₂）+（T₂-t₁）]/2；修正系数β一般为0.7～0.9；ф为压降修正系数，单流程ф=1～1.2，二流程、三流程ф=1.8～2.0，四流程ф=2.6～2.8；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅为常系数。

选用板式换热器就是要选择板片的面积，它的选择主要有两种方法，但这两种都比较难理解，最简单的是套用公式：

式中，Δt为传热温差（一般用对数温差）。传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000～3000。最后算出的板片的面积要乘以一定的系数，如1.2。