太阳能换热设备选型和设计计算.pdfVIP

太阳能光热应用工程 第十节、换热设备的选型及计算 一、 换热设备简介 换热器是这样一种设备，温度不同的两种流体（气体或者液体）在换热器内流过时，为了防止它们之 间的彼此混杂而用固体壁隔开，这样从进口到出口热量从热流体传至冷流体，热流体将被冷却，而冷流体 将被加热。 适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器按换热器的结 构可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U 形管板换热器、板式换热器等。 换热器通常用在间接太阳能系统和辅助能源加热设备与太阳能系统辅助加热的系统中。在太阳能热水 系统，尤其是间接式系统中应用最多是板式换热器。 板式换热器 半容积式换热器 二、 换热设备的选择注意事项 1. 太阳能集热器收集的热量，可直接加热贮热水箱中的水；也可通过热交换器间接加热贮热水箱中的水。 根据太阳能热水系统按生活热水与集热器内传热工质的关系可分为下列两种系统：直接系统和间接系 统。 间接太阳能热水系统的热交换器应根据水质硬度、冷热水系统压力平衡、系统形式及大小等条件，经 技术经济比较后进行选择。 (1). 水质总硬度大于150 ㎎/L （以CaCO3 计），冷热水压力平衡要求较高的系统宜选择半容积式、 导流型容积式水加热器。 (2). 水质总硬度小于150 ㎎/L （以CaCO3 计），且冷热水压力平衡要求较低的系统可选择快速式或 半即热式水加热器。 总之，采用热交换器间接加热生活热水的系统适用于原水水质易于在集热器盘管或流道中结垢的高硬 度水，同时适用于暴露在室外的集热器具有较高防冻要求的场合。 1 太阳能光热应用工程 2. 在利用热交换器间接加热的太阳能热水系统中，热交换器换热不应明显降低集热器效率。当集热器的 太阳能收益达到可能的最大值时，热交换器导致的集热器效率降低不应超过10%。 3. 换热器选择时一定要跟连接的管路管径相匹配，一般应使管路的管径小于换热器管束的直径。 4. 换热器选择时要明确换热器的阻力特性，以便在以后的动力设备选型时准确计算管路阻力损失。一般 都要乘以1.2 的系数。 5. 换热器的流速不宜过大，以使换热充分。 三、 换热设备的选型计算 (一) 基本方程 1. 传热方程式 Q kFt 式中： Q 是换热器的换热量，W; k 是换热器的传热系数，W/(㎡·℃)； F 是换热器的换热面积,㎡； t 是热媒与被加热水的计算温度差，即换热器换热表面的平均换热温度，℃； t 不同种类换热器的 计算方法不同，详见下面计算。 2. 热平衡方程式 Q q c (t t ) q c (t t ) m1 1 1 1 m2 2 2 2 式中： C1 是热媒的定压比热容;KJ/ （㎏·℃） C2 是水的定压比热容;4.187KJ/ （㎏·℃） ` `` 、 分别是热媒介质的进、出板换温度；℃ t t 1 1 `` ` 、 分别是水的出、入板换温度；℃ t t 2 2 q q 、 分别是冷热介质的质量流量,㎏/S； m1 m 2 (二) 间接集热系统换热器选型计算 换热设备