板式換熱器在化工、石油和供熱等行業(yè)中的應(yīng)用較為廣泛。但板式換熱器的選擇過程十分復(fù)雜，且需要優(yōu)化供熱系統(tǒng)。因此，本文主要分析了節(jié)能設(shè)計(jì)在板式換熱器供熱系統(tǒng)中的具體應(yīng)用方法，并分別對(duì)供熱系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題和供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法等進(jìn)行了分析。

一、板式換熱器供熱系統(tǒng)的工作原理分析

板式換熱器主要由多個(gè)板片組裝而成，且各個(gè)板片間均留有一定的空隙。當(dāng)流體經(jīng)過板片時(shí)，板片之間的間隙能起到冷熱交換的作用。由于流道空間非常小，流體在流經(jīng)板片時(shí)的速度較快，易形成湍流，湍流間會(huì)形成較大的波紋。湍流波紋的影響大大提升了板式換熱器的換熱性能。與一般的換熱器相比，其換熱性能優(yōu)于一般的換熱器，這是板式換熱器可代替一般換熱器的重要原因之一。

此外，湍流波紋還會(huì)增強(qiáng)板片的剛度，當(dāng)兩種流體流過板片四個(gè)角的孔洞后會(huì)在板式換熱器中形成流道，最后形成順向或逆向流動(dòng)。此時(shí)，可將板片當(dāng)作流通介質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱量的交換，進(jìn)而完成板式換熱器的供熱環(huán)節(jié)。分析板式換熱器供熱系統(tǒng)可進(jìn)一步了解其存在的問題，比如板片的承受能力、流程安排能否改變、湍流波紋能否得到有效應(yīng)用等。根據(jù)以上分析，我們應(yīng)不斷優(yōu)化與板式換熱器結(jié)構(gòu)有關(guān)的設(shè)計(jì)，從而提升換熱器供熱系統(tǒng)的換熱性能。 

二、在供熱及空調(diào)制冷系統(tǒng)的應(yīng)用

1、水--水換熱系統(tǒng)的應(yīng)用

我國供熱系統(tǒng)中供暖熱源方式主要有蒸汽和熱水，采用熱水供熱是節(jié)約能源和投資，保證工藝條件的選擇。隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，供熱技術(shù)、設(shè)備水平的不斷提高，越來越多的地區(qū)采用板式換熱器作為水-水新型換熱設(shè)備進(jìn)行供熱，特別在集中供熱工程系統(tǒng)中，顯示出了巨大的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，保護(hù)環(huán)境，穩(wěn)定室溫，給人們提供了舒適的生活環(huán)境。

2、汽--水換熱系統(tǒng)的應(yīng)用

汽-水換熱系統(tǒng)的熱源蒸汽主要來自熱電廠或區(qū)域鍋爐房，一般飽和蒸汽壓在0.4~1.0Mpa之間，溫度在143~179℃之間，溫度超過150℃時(shí)需加減溫器。

板式換熱器是汽-水換熱的優(yōu)選設(shè)備，換熱效率高，運(yùn)行可靠，被加熱水的水溫比較穩(wěn)定，符合工藝生產(chǎn)及供暖生活用熱的需求，并可節(jié)約能源和用材。

3、板式換熱機(jī)組在供熱系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著城市集中供熱的迅速發(fā)展，許多在集中供熱的熱力站和生活熱水供應(yīng)中廣泛采用板式換熱器組成的換熱機(jī)組。

換熱機(jī)組是主要由板式換熱器、二次水循環(huán)泵、管道、儀表、閥門及電控系統(tǒng)組成。可根據(jù)不同的換熱需求及維修管理方便采用雙泵、雙換熱器方案，滿足用熱單位的各種需求。

4、生活熱水供應(yīng)中的應(yīng)用

生活熱水是滿足城鄉(xiāng)和廠礦職工生活用熱和保證淋浴、洗滌之用，其特點(diǎn)是量大面廣，要求連續(xù)不斷、使用方便。生活熱水使用溫度一般在25~60℃之間，屬于低溫?zé)崮芾谩?/p>

板式換熱器對(duì)生活熱水換熱供應(yīng)是很適用的，能達(dá)到節(jié)能、可靠和高效益的要求。

5、地?zé)峒泄嵯到y(tǒng)的應(yīng)用

我國地?zé)豳Y源豐富，由于地?zé)釡囟?、水質(zhì)不同，形成了地?zé)崮茉炊喾N多樣的利用項(xiàng)目，如供暖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)溫室、工業(yè)烘干、醫(yī)療、飲食等行業(yè)。采用地?zé)峒泄┡诩夹g(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，有利于改善環(huán)境，有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

地?zé)豳Y源單井水量不大（100t/h左右），水溫不高（100℃以下），但礦化程度高、腐蝕性介質(zhì)含量多，因此選用的換熱器要具有耐腐蝕，抗結(jié)垢性能好，傳熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，易于清洗、維護(hù)和拆修，設(shè)備耐用等性能。

6、空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用

對(duì)生產(chǎn)工藝中要求恒溫、恒濕的工作條件和質(zhì)量保證環(huán)境時(shí)，都要求集中或分散的空調(diào)制冷系統(tǒng)。公用建筑大型商廈、飯店、賓館的高層建筑空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，空調(diào)水系統(tǒng)合理劃分和保障極為重要，也關(guān)系到設(shè)備投資運(yùn)行費(fèi)用和管理的可靠性。

制冷系統(tǒng)要求換熱設(shè)備熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好、清洗檢修方便、防腐防垢性好，板式換熱器滿足上述要求，從而得到了廣泛應(yīng)用。

7、除氧系統(tǒng)中的應(yīng)用

工業(yè)鍋爐給水及工業(yè)用水中若存在溶解氧，對(duì)鍋爐、用汽、用水設(shè)備、熱力管網(wǎng)管路設(shè)備等的使用壽命均有影響，并造成材料的巨大浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接影響生產(chǎn)和生活用熱的正常秩序，為此，需進(jìn)行給水除氧。

我國工業(yè)蒸汽鍋爐及2t/h以上的熱水鍋爐及熱力網(wǎng)都要求除氧，并作出了有關(guān)規(guī)定。GB1576《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中指出，供水溫度大于95℃時(shí)必須除氧。

熱力除氧和真空除氧都需要板式換熱器獲取高溫（95℃以上）或低溫（40~50℃）的水，達(dá)到除氧沸騰溫度，提高水質(zhì)。

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三、板式換熱器供熱系統(tǒng)存在的問題

1、換熱與降壓的匹配問題 

對(duì)于板式換熱器而言，換熱系數(shù)與通道中流體的流速成正比，即當(dāng)通道內(nèi)流體的速度較快時(shí)，換熱系數(shù)會(huì)增大，且流速加快會(huì)導(dǎo)致流體受到的阻力不斷增加，進(jìn)而加大了流體壓力的損耗。因此，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)牧魉倩驅(qū)で髩毫p耗與換熱系數(shù)的平衡，從而不斷提升板式換熱器供熱系統(tǒng)的綜合性能。

2、研究不夠完善

板式換熱器在我國的起步較晚、研究時(shí)間較短，這在一定程度上限制了供熱系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)而對(duì)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)造成了影響。此外，我國對(duì)板式換熱器的研究不夠深入，缺乏一定的技術(shù)專利。因此，相關(guān)部門應(yīng)加大資金投入，購買相應(yīng)的專利。

3、應(yīng)用場合受到限制

板式換熱器具有優(yōu)勢(shì)，但也存在一些問題。就當(dāng)前供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，存在很多缺陷，比如節(jié)能設(shè)計(jì)在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了限制，主要表現(xiàn)在換熱器難以在高溫、高壓的環(huán)境中運(yùn)行。這是因?yàn)榘迨綋Q熱器中的核心元件為較薄的金屬片，其承受壓力的能力有限，而板式換熱器常用于重工業(yè)生產(chǎn)中，這就需要板式換熱器具備較強(qiáng)的承受壓力的能力。由此可見，對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，突破以往應(yīng)用場合的限制是其應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)的基本條件之一。 

供熱系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

在分析了板式換熱器的工作原理后，深入了解了影響其換熱性能的因素，比如板片的波紋、流速、換熱系數(shù)、流道的安排等。對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)而言，應(yīng)充分考慮其影響因素，不斷優(yōu)化供熱設(shè)計(jì)中的各個(gè)子系統(tǒng)，具體方法如圖2所示。 

1、不斷優(yōu)化整體設(shè)計(jì)

對(duì)于整個(gè)板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，節(jié)能設(shè)計(jì)不只是在供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要考慮的問題，在換熱器方面也需考慮該問題。因此，在優(yōu)化供熱系統(tǒng)板片的同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化板式換熱器的結(jié)構(gòu)和功能，從整體上實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。此外，對(duì)于不同的應(yīng)用要求和場合，應(yīng)合理選擇優(yōu)化的方法和系數(shù)。　

2、不斷優(yōu)化板片設(shè)計(jì) 

在板式換熱器供熱系統(tǒng)中，優(yōu)化板片是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，主要包括以下2步：①板片承受壓力的能力對(duì)板式換熱器供熱系統(tǒng)的性能影響很大，因此，需要研制一些性能良好的制作材料，這也屬于研發(fā)換熱器的主要研究方向之一。②優(yōu)化板片強(qiáng)度及其表面的波紋。應(yīng)仔細(xì)分析板片波紋的類型、高度和波紋角等。只有合理優(yōu)化板片設(shè)計(jì)，才有可能實(shí)現(xiàn)板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。 　

3、 匹配換熱系數(shù)與壓降

換熱系數(shù)與壓降的匹配主要指平衡流體所受壓力的損耗和換熱系數(shù)。通常情況下，可采用傳熱的單元數(shù)法、對(duì)數(shù)的平均溫差法和單側(cè)的壓降的利用法等。這樣做的主要目的是有效分析板片可承受的壓降或適宜的壓降，從而準(zhǔn)確推算出流體在流經(jīng)通道時(shí)的壓降和流速，從而找到一種壓降值比較大的設(shè)計(jì)方法，并找到比較合適的換熱系數(shù)與降壓匹配，從而增強(qiáng)板片承受壓力的能力。 　

4、合理安排流道

流道安排的合理性與板式換熱器供熱系統(tǒng)的性能有直接關(guān)系。串聯(lián)型、混聯(lián)型的流道安排存在較大的差異，比如在換熱系數(shù)與壓降存在很大的差距時(shí)，就需要應(yīng)用混聯(lián)型流程的流道安排。因此，對(duì)于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)而言，既要考慮板式換熱器的應(yīng)用場合，又要考慮其能承受的壓力和流體流速。只有不斷綜合分析各種因素，才能設(shè)計(jì)出比較好的換熱器供熱系統(tǒng)。