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联系混流系统及其换热器的选型计算
发布时间：2014-07-10 12:23:48点击率：
1·问题的提出
低温地板辐射采暖系统供回水温差不大于10℃，对于相同的供热面积，其二次侧的设计流量约为散热器采暖系统的2.5倍。设计流量的增大致使换热器二次侧的阻力陡增。为了使换热器二次侧的阻力达到30kPa～50kPa，换热器厂家加大选取换热器的面积余量即通过增加板片数量来增大流道面积，达到降低二次测阻力的目的。使用散热器采暖系统时，面积余量取30％，而使用低温地板辐射采暖系统，面积余量取100％。面积余量的增大使得所选换热器的片数要多于实际所需的片数，从而使得初投资费用增大，造成不必要的浪费。
通过在换热器二次侧设置混流管，使其出口温度不大于60℃，不仅能满足地暖低温水的要求，而且能降低二次侧流道阻力，减少换热器面积，从而达到节约初投资、优化设计的目的。
2·工程实例
太原市某房地产公司开发的居民住宅小区，采暖方式为地板辐射采暖，采暖设计供回水温度为60℃～50℃，一次网设计供回水温度为130℃～70℃，设计供热面积5万m2，采暖设计热指标取64W/m2，计算得设计热负荷为3200kW。在未采取混流时换热器的工作流程见图1。
按照传统换热器的选取方式，取100％的面积余量，经计算换热器片数应为144片，传热系数为3328.178W（/m·2K），换热器1m2提供的换热面积为749.176m2。当采取混流时换热器的工作流程见图2。
由图2可以看出混流是在换热器二次网侧的旁通管上装调节阀，通过调节阀调节混水量，使二次网回水与换热器二次侧供水相混合，从而达到满足低温地板辐射采暖系统供水温度的要求。混流量及换热器进出口侧流量计算如下：
根据基尔霍夫定律，在管网恒定流动过程中，与任一节点关联的所有分支流量，其代数和等于该节点的节点流量，所以在节点1处有以下平衡式：
G2=G1+G3（1）
忽略换热器出口管路的阻力损失，同时认为整个过程中比热容c为常量，在设计工况下，根据热平衡方程式进行计算。
c·G·1t1+c·G·3t3=c·G2·t2（2）
式中：G1为换热器出口侧流量，t/h；G2为二次侧供水流量，t/h；G3为混流量，即从二次网回水中抽引的水量，t/h；t1为换热器出口侧温度，℃；t2为二次网供水温度，取60℃；t3为混水温度，即二次网回水温度，取50℃。
△t=t2-t3，△t=10℃
代入数据，计算得G2＝275.5t/h。
3·换热器出水温度优化计算
选取北京永大换热器和北京华海换热器进行计算。其中北京华海换热器的计算结果见表1，北京永大换热器的计算结果见表2。
从表1、表2的计算结果可以看出：随着换热器出口温度的升高，换热器二次侧阻力下降，当换热器出口温度升高到大约75℃时，换热器二次网侧的压降皆为30kPa左右。采用北京华海的换热器时，满足设计负荷要求所需的换热器数为84片，传热系数为3523W（/m·2K），1m2换热器的供热面积为1297m2。采用北京永大的换热器时，满足设计负荷要求所需的换热器片数为57片，传热系数为3640W（/m·2K），1m2换热器的供热面积为1381m2。此后，换热器传热系数开始下降，换热器片数开始增加。因此，换热器二次侧出水温度约75℃时，片数较少，流动阻力较小，初投资小。
4·结语
对于一次网为高温水，二次网为低温水的供热系统，尽管有不等截面换热器可供选择，但是仍难以满足两侧在换热系数相当的情况下流动阻力相近。这种条件下，采用混流系统是选择。对于不同的换热器产品，应经过设计计算选择出的二次侧供水温度，使单位面积换热器的供热量达到大化。