板式換熱器間接連接熱水供暖系統(tǒng)集中供暖調(diào)節(jié)公式研究

崔明輝，孟德志，倪成名

(河北科技大學建筑工程學院，河北石家莊 050018)

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板式換熱器間接連接熱水供暖系統(tǒng)集中供暖調(diào)節(jié)公式研究

崔明輝，孟德志，倪成名

(河北科技大學建筑工程學院，河北石家莊 050018)

板式換熱器憑借其獨特的優(yōu)點成為供暖工程中的主導換熱設備，但目前沒有用于分析板式換熱器間接連接熱水供暖系統(tǒng)集中供暖調(diào)節(jié)的公式。針對供暖用戶系統(tǒng)采用質調(diào)節(jié)，熱水網(wǎng)路系統(tǒng)采用質量-流量調(diào)節(jié)的情況進行分析，推導出了供暖用戶系統(tǒng)以及熱水網(wǎng)路系統(tǒng)應用板式換熱器間接連接熱水供暖集中供暖調(diào)節(jié)公式。驗算表明，該公式既適用于質調(diào)節(jié)又適用于不同流量優(yōu)化調(diào)節(jié)系數(shù)的質量-流量調(diào)節(jié)。

供熱與供燃氣工程；板式換熱器；集中供暖；質調(diào)節(jié)；質量-流量調(diào)節(jié)；數(shù)值計算

集中供熱系統(tǒng)中板式換熱器與殼管式換熱器都具有水-水換熱的功能，但由于板式換熱器比殼管式換熱器密封性較差，使得板式換熱器的普及應用比殼管式換熱器滯后了許多年。近年來，隨著技術的發(fā)展，板式換熱器在集中供熱系統(tǒng)中得到了廣泛應用，且已成為了主流換熱設備。板式換熱器具有傳熱系數(shù)高、壓降小、結構緊湊、質量輕，以及易實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)等特點，廣泛應用于食品、機械、冶金、石油化工等領域[1-16]，但對板式換熱器還沒有相應的供熱調(diào)節(jié)公式。本文將對此進行研究，力圖推導出一個適用的公式。

1 間接連接熱水供暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

當供暖用戶系統(tǒng)與熱水網(wǎng)路采用間接連接時，與直接連接熱水供暖系統(tǒng)的集中調(diào)節(jié)方式不同的是隨室外溫度tw的變化，需同時對熱水網(wǎng)路和供暖用戶系統(tǒng)進行供暖調(diào)節(jié)[17-18]。

間接連接熱水供暖系統(tǒng)中為保持供暖用戶系統(tǒng)的水力穩(wěn)定性，通常對供暖用戶系統(tǒng)按質調(diào)節(jié)方法供暖調(diào)節(jié)。熱水網(wǎng)路的供回水溫度tg和th取決于一級網(wǎng)路采用的調(diào)節(jié)方法和水-水換熱器的熱力特性，通常采用集中質調(diào)節(jié)或質量-流量調(diào)節(jié)方法。本文針對供暖用戶系統(tǒng)采用質調(diào)節(jié)方法，熱水網(wǎng)路系統(tǒng)采用質量-流量調(diào)節(jié)方法的情況進行分析。

供暖用戶系統(tǒng)平衡方程:

(1)

引進補充條件，即供暖用戶系統(tǒng)的相對流量比為

(2)

由式(1)和式(2)得供暖用戶系統(tǒng)的質調(diào)節(jié)公式如式(3)、式(4)所示：

(3)

(4)

熱水網(wǎng)路系統(tǒng)的平衡方程為

(5)

文獻[19]中的相對流量比隨相對熱負荷比任意變化的通用公式為

(6)

(7)

式中:m為流量優(yōu)化調(diào)節(jié)系數(shù)，其物理意義是，在滿足熱用戶供暖質量的前提下，系統(tǒng)優(yōu)化運行中流量調(diào)節(jié)占供暖量調(diào)節(jié)的份額(對數(shù)值)。

由式(5)和式(6)得：

(8)

換熱器熱平衡關系為

(9)

對于板式水-水換熱器，近似公式如式(10)所示：

(10)

將式(1)和式(6)代入式(10)中整理得：

(11)

由式(9)和式(11)得：

(12)

由式(8)和式(12)得：

(13)

由式(2)和式(13)得：

(14)

令

(15)

由式(14)和式(15)得：

τg=eβ(τh-th)+tg。

(16)

由式(8)和式(16)得：

(17)

(18)

簡化式(17)和式(18)，得到熱水網(wǎng)路系統(tǒng)質量-流量調(diào)節(jié)公式：

(19)

(20)

2 計算實例

查表[20]得:A=0.48,B=0.35。

計算結果見表1。

對比可知：(m=0)、(m=1)時，采用式(19)、式(20)計算結果與例題11-4[18]計算結果吻合，進一步驗證了該公式是一個既適用于質調(diào)節(jié)又適用于不同流量優(yōu)化調(diào)節(jié)系數(shù)的質量-流量調(diào)節(jié)的較全面的公式。

表1 不同工況下的計算結果

3 結 語

針對板式換熱器在間接連接熱水供暖系統(tǒng)集中供暖調(diào)節(jié)中的換熱計算問題，提出并推導了供暖用戶系統(tǒng)以及熱水網(wǎng)路系統(tǒng)應用板式換熱器間接連接熱水供暖集中供暖調(diào)節(jié)的質量-流量調(diào)節(jié)公式，為板式換熱器間接連接的集中供暖系統(tǒng)在運行調(diào)節(jié)、節(jié)能測試等方面提供了較好的參考。為了更好地達到經(jīng)濟運行目的，未來應進一步研究不同供暖規(guī)模時不同外網(wǎng)型式條件下的m值變化規(guī)律。

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Formula study for plate heat exchanger in the central heating regulation of the indirect connection hot water heating system

CUI Minghui, MENG Dezhi, NI Chengming

(School of Civil Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China)

Plate heat exchanger has unique advantages and becomes dominant heat exchange equipment in heating engineering, but there is no heating regulation formula of plate exchanger applied in central heating regulation of indirect connection hot water heating. This paper analyzes the condition that the heating user's system adopts quality regulation method and the hot water network system adopts quality-flow regulation method, and obtains the regulation formulas of plate exchanger applied in central heating regulation of indirect connection hot water heating used for the above two systems. Empirical calculation shows that the formula can be applied to the quality regulation and the mass flow regulation of the different flow optimization adjustment coefficient, and it is an all-round formula.

heat supply and gas supply engineering;plate heat exchanger; central heating; quality regulation; quality-flow regulation; numerical calculation

1008-1542(2016)05-0522-05

10.7535/hbkd.2016yx05015

2016-05-04；

2016-09-08；責任編輯：馮 民

河北科技大學研究生創(chuàng)新資助項目(201502)

崔明輝(1962—)，男，河北獻縣人，教授，碩士，主要從事人工環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化與新能源利用方面的研究。

E-mail:cuiminghui666@163.com

TU995.1

A

崔明輝，孟德志，倪成名.板式換熱器間接連接熱水供暖系統(tǒng)集中供暖調(diào)節(jié)公式研究[J].河北科技大學學報,2016,37(5):522-526.

CUI Minghui,MENG Dezhi,NI Chengming.Analysis of plate heat exchanger in the central heating regulation of the indirect connection hot water heating system[J].Journal of Hebei University of Science and Technology,2016,37(5):522-526.