第7章换热设备 7.1换热设备的功能和分类 ■换热器:温度不同的两种流体相互交换热 量的设备叫换热设备,也叫换热器 在建筑内部热水供应中的换热设备的特 ■换热器中的流体分别为热媒(蒸汽或高温水) 和冷水,冷水加热后的温度不高(≤70℃), 热水从卫生器具中流出使用,不循环使用。 西安建筑科技大学
第7章 换热设备 7.1 换热设备的功能和分类 换热器:温度不同的两种流体相互交换热 量的设备叫换热设备，也叫换热器。 在建筑内部热水供应中的换热设备的特 点： 换热器中的流体分别为热媒(蒸汽或高温水) 和冷水，冷水加热后的温度不高(≤70℃)， 热水从卫生器具中流出使用，不循环使用。 西安建筑科技大学
7.1换热设备的功能和分类 分类 (1)按贮热容积的大小,分为容积式,半容积式,半即热式和快速式。 容积式换热器贮存的热水量最多,快速式没有贮热容积。 (2)按工作原理,分为间壁式和混合式 间壁式换热器中的热媒可以循环使用 间壁式换热器按热媒又分为水一水式和汽一水式 混合式换热器:热媒和被加热水直接接触 混合式换热器又分为汽水混合换热器、蒸汽喷射消声换热器、涡旋式蒸汽换 热器。混合式换热器中的热媒与被加热水一起从卫生设备流出,不能循环使 用 (3)按换热器的构造分为管壳式、板式和螺旋板式。 (4)按换热器的放置,分为卧式和立式。 卧式换热器占地面积大,但所需空间高度低; 立式换热器占地面积小,但所需空间高度大。 (5)按换热管的形式,分为列管式、固定U形管和浮动盘管式。 ■按换热管的多少,又分为单管東、双管束和多管束。 西安建筑科技大学
7.1 换热设备的功能和分类 分类 (1)按贮热容积的大小，分为容积式，半容积式，半即热式和快速式。 容积式换热器贮存的热水量最多，快速式没有贮热容积。 (2)按工作原理，分为间壁式和混合式。 间壁式换热器中的热媒可以循环使用 间壁式换热器按热媒又分为水— 水式和汽— 水式。 混合式换热器：热媒和被加热水直接接触 混合式换热器又分为汽水混合换热器、蒸汽喷射消声换热器、涡旋式蒸汽换 热器。混合式换热器中的热媒与被加热水一起从卫生设备流出，不能循环使 用。 (3)按换热器的构造分为管壳式、板式和螺旋板式。 (4)按换热器的放置，分为卧式和立式。 卧式换热器占地面积大，但所需空间高度低； 立式换热器占地面积小，但所需空间高度大。 (5)按换热管的形式，分为列管式、固定U形管和浮动盘管式。 按换热管的多少，又分为单管束、双管束和多管束。 西安建筑科技大学
7.2常用换热器的构造和特点 7.21容积式换热器 7.2.1.1传统的容积 式换热器 容积式换热器是带 有贮热容积的间壁 式换热设备,具有 加热冷水和贮备热 水两种功能,又叫 ooo o 贮存式换热器,有 oo。。。 卧式和立式。 非非 图7.2加热器的排列 (a)卧式 )立式 西安建筑科技大学
7.2 常用换热器的构造和特点 7.2.1 容积式换热器 7.2.1.1 传统的容积 式换热器 容积式换热器是带 有贮热容积的间壁 式换热设备，具有 加热冷水和贮备热 水两种功能，又叫 贮存式换热器，有 卧式和立式。 西安建筑科技大学
容积式水加热器特点 优点: 具有较大的贮存和调节能力 被加热水通过时压力损失较小 用水点处压力变化平稳 出水水温较为稳定 对热媒要求不严,供热负荷可安最大时热负荷计算 结构简单,可以承受水压,噪声低 缺点 加热器中,被加热水流速缓馒,传热系数小,热交换效率低 体积庞大占用过多的建筑空间 在热媒导管中心线以下约有30%的贮水容积是低于规定水温的常温 水或冷水,贮罐的容积利用率也很低 水质易受污染变温区和冷水去易导致细菌孳生 不节能热损失大,热交换效率低 西安建筑科技大学
容积式水加热器特点 优点： 具有较大的贮存和调节能力 被加热水通过时压力损失较小 用水点处压力变化平稳 出水水温较为稳定 对热媒要求不严，供热负荷可安最大时热负荷计算 结构简单，可以承受水压，噪声低 缺点： 加热器中，被加热水流速缓馒，传热系数小，热交换效率低 体积庞大占用过多的建筑空间 在热媒导管中心线以下约有 30％的贮水容积是低于规定水温的常温 水或冷水，贮罐的容积利用率也很低。 水质易受污染 变温区和冷水去易导致细菌孳生 不节能 热损失大，热交换效率低 西安建筑科技大学
热水出 由锅炉送来蒸 热水储存(70%) 汽或高温水 热媒导管 控制阀 常温储存水(30%) 冷凝水出口 冷水人口 图8-10容积式水加热器(卧式) 动画演示
动画演示 西安建筑科技大学
7.2.1.2新型卧式容积式换热器 ■提高换热设备换热效果的关键是提高其 传热系数K值 K值由三部分组成,即换热管束内热媒向 管束内壁的放热系数a1,管束内壁向外 壁的导热系数λ及管東外壁向被加热水 的放热系数ay,其表达式为 1⊥8⊥1 式中8——管束壁厚 西安建筑科技大学
7.2.1.2 新型卧式容积式换热器 提高换热设备换热效果的关键是提高其 传热系数K值。 K值由三部分组成，即换热管束内热媒向 管束内壁的放热系数α1，管束内壁向外 壁的导热系数λ及管束外壁向被加热水 的放热系数α2，其表达式为 西安建筑科技大学
7.2.1.2新型卧式容积式换热器 TT 改进措施 减小换热管管径 径的减小可在保持相同换热面积的条 件下减小过水断面积,从而在相等的热 媒流量时可增大热媒流速。增大流速不 仅直接提高了α1值,而且可以改变热媒 在管東内流动的流态,使其形成紊流, 更进一步提高了热媒的放热效果。 导流阻流装置安全阀口 热水 压力表 同时由于热媒管束管径的减小,管壁厚 度可相应减小,相应地减小了热阻 温度计■附加导流阻流装置 热媒 在原有结构基础上附加一些导流、阻流 装置,组织被加热水流经换热管束,局 部提高其流速,从而增大换热管外壁向 被加热水的放热系数a2 同时,导流、阻流装置还可促使换热器 ↓■ 回水 内被加热水在升温阶段形成较强的对 冷水 换热管 流,提高换热效果和最大限度地减少冷 图74新型卧式容积式换热器结构示意图 水区容积,提高了容积利用系数 校料技大学
7.2.1.2 新型卧式容积式换热器 改进措施 减小换热管管径 管径的减小可在保持相同换热面积的条 件下减小过水断面积，从而在相等的热 媒流量时可增大热媒流速。增大流速不 仅直接提高了α1值，而且可以改变热媒 在管束内流动的流态，使其形成紊流， 更进一步提高了热媒的放热效果。 同时由于热媒管束管径的减小，管壁厚 度可相应减小，相应地减小了热阻 附加导流阻流装置 在原有结构基础上附加一些导流、阻流 装置，组织被加热水流经换热管束，局 部提高其流速，从而增大换热管外壁向 被加热水的放热系数α2， 同时，导流、阻流装置还可促使换热器 内被加热水在升温阶段形成较强的对 流，提高换热效果和最大限度地减少冷 水区容积，提高了容积利用系数 西安建筑科技大学
7.2.1.2新型卧式容积式换热 器 新型卧式容积式换热器的特点是: 1)提高了传热系数减小换热管管径和附加导流、阻流装置,改善了 换热性能,热媒温降与被加热水温升大幅度提高。 2)提高了容积利用率在升温阶段,从下到上各个断面基本处于同 温度,消除了罐底的冷水滞水区;容积利用率达到95%以上,保 障了水质,防止军团菌的滋生。 3)面积小钢材用量明显减少,降低了一次性投资。与传统容积式换 热器相比,一次性投资较汽一水换热时可省17%;较水一水换热 时可省51% 4)节能凝结水出水温度在50℃以下,蒸汽热能利用率高,节能约10 15%。另外,因传热系数提高,换热器数目减少·,减少了罐体表面的 散热损失而节能 5)换热系统简化因凝结水温度低,不需串加换热器,可省掉“传统设 备”疏水器,维护管理费用低,回水阻力小,还可以防止因高温凝 结水的二次蒸发产生的蒸汽对环境造成的污染,改善了操作使用的 环境条件。 西安建筑科技大学
7.2.1.2 新型卧式容积式换热 器 新型卧式容积式换热器的特点是： 1)提高了传热系数 减小换热管管径和附加导流、阻流装置，改善了 换热性能，热媒温降与被加热水温升大幅度提高。 2)提高了容积利用率 在升温阶段，从下到上各个断面基本处于同一 温度，消除了罐底的冷水滞水区；容积利用率达到95％以上，保 障了水质，防止军团菌的滋生。 3)面积小 钢材用量明显减少，降低了一次性投资。与传统容积式换 热器相比，一次性投资较汽一水换热时可省17％；较水一水换热 时可省51％。 4)节能 凝结水出水温度在50℃以下，蒸汽热能利用率高，节能约10 ％～ 15％。另外，因传热系数提高，换热器数目减少·，减少了罐体表面的 散热损失而节能 5)换热系统简化 因凝结水温度低，不需串加换热器，可省掉“传统设 备”疏水器，维护管理费用低，回水阻力小，还可以防止因高温凝 结水的二次蒸发产生的蒸汽对环境造成的污染，改善了操作使用的 环境条件。 西安建筑科技大学
7.2.1.3新型立式容积式换热器 改进: 温度计,安全阀口出水管 1)采用立式交错双盘管结构换热管束 规格为批9X2,5525X2.5的钢管或铜 压力表 管。这样既增大了换热面积,解决了 导流装置 立式传统容积式换热器因换热面积 热媒进口 得不到发展的问题,又不需为在罐体 上开双孔而增加罐体壁厚,且两换热 盘管上下错开,方便平面布置,节省 上盘管 占地面积 下盘管 2)合理布置盘管管束在管程局部地方 热媒出口 改变介质流态使其形成紊流,提高传 热效果 排污口进水管3)罐内适当配置导流装置局部提高被 加热水的流速,并使其形成强制自然 图7.5新型立式容积式换热器结构示意图 循环,减少罐内的冷水区 西安建筑科技大学
7.2.1.3 新型立式容积式换热器 改进： 1)采用立式交错双盘管结构 换热管束 规格为批9X2，5s25X2.5的钢管或铜 管。这样既增大了换热面积，解决了 立式传统容积式换热器因换热面积小 得不到发展的问题，又不需为在罐体 上开双孔而增加罐体壁厚，且两换热 盘管上下错开，方便平面布置，节省 占地面积。 2)合理布置盘管管束 在管程局部地方 改变介质流态使其形成紊流，提高传 热效果。 3)罐内适当配置导流装置 局部提高被 加热水的流速，并使其形成强制自然 循环，减少罐内的冷水区。 西安建筑科技大学
7.2.1.3新型立式容积式换热器 特点: 1)传热系数K值提高 ■立式双盘管上、下交错排列的管程结构,即提高了热媒流速,造成管程局 部紊流,提高了热媒对管内壁的放热系薮;又使被加热水在上升过程中, 两次垂直冲刷换热管束,提高了换热能力; 换热过程是热媒由上而下,被加热水由下而上,者呈逆向流动,在换热器 的冷水进口处是温度最低的热媒与温度最低的被加热水相碰, 罐体内设置的导流结构起到组织被加热水流经换热管朿,提髙被加热水流 速的作用,从而提高了管外壁对被加热水体的换热系数 2)提高了容器利用率 换热器不出水时,导流装置能促进罐体内被加热水的自然循环,将靠近底 部的部分冷水加热,减少其冷水区的容积 3)节能效果明显 以蒸汽为热媒时,回收凝结水温度低。110℃至140℃的蒸汽变成50℃左 右的凝结水,热媒出口温度比一般传统的“容积式换热器”降低约30C,回 收凝结水的热量约占整个换热量的15%。 新型立式容积式换热器换热量大,换热能力强,升温快,达到定温时间 短,一级换热就满足使用要求,换热器薮量大大减少,也减少了表面散热 损失,起到节能作用。 西安建筑科技大学
7.2.1.3 新型立式容积式换热器 特点： 1)传热系数K值提高 立式双盘管上、下交错排列的管程结构，即提高了热媒流速，造成管程局 部紊流，提高了热媒对管内壁的放热系数；又使被加热水在上升过程中， 两次垂直冲刷换热管束，提高了换热能力； 换热过程是热媒由上而下，被加热水由下而上，者呈逆向流动，在换热器 的冷水进口处是温度最低的热媒与温度最低的被加热水相碰， 罐体内设置的导流结构起到组织被加热水流经换热管束，提高被加热水流 速的作用，从而提高了管外壁对被加热水体的换热系数 2)提高了容器利用率 换热器不出水时，导流装置能促进罐体内被加热水的自然循环，将靠近底 部的部分冷水加热，减少其冷水区的容积。 3)节能效果明显 以蒸汽为热媒时，回收凝结水温度低。110℃至140℃的蒸汽变成50℃左 右的凝结水，热媒出口温度比一般传统的“容积式换热器”降低约30‘C，回 收凝结水的热量约占整个换热量的15％。 新型立式容积式换热器换热量大，换热能力强，升温快，达到定温时间 短，一级换热就满足使用要求，换热器数量大大减少，也减少了表面散热 损失，起到节能作用。 西安建筑科技大学