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)計在板式換熱器供熱系統(tǒng)中的具體應(yīng)用方法，并分別對供熱系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題和供熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的方法等進(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板片組裝而成，且各個板片間均留有一定的空隙。當(dāng)流體經(jīng)過板片時，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)板片時的速度較快，易形成湍流，湍流間會形成較大的波紋。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，湍流波紋還會增強(qiáng)板片的剛度，當(dāng)兩種流體流過板片四個角的孔洞后會在板式換熱器中形成流道，最后形成順向或逆向流動。此時，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，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，保證工藝條件的首選。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，許多國家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�？筛鶕�(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，要求安全供應(yīng)、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>
板式換熱器對生活熱水換熱供應(yīng)是很適用的，能達(dá)到節(jié)能、安全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。
板式換熱器是在地?zé)崂弥凶罾硐氲膿Q熱設(shè)備。
6、空調(diào)制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用
對生產(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，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)計時，空調(diào)水系統(tǒng)合理劃分和安全保障極為重要，也關(guān)系到設(shè)備投資運(yùn)行費(fèi)用和管理的安全可靠性。
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，板式換熱器比較全面的滿足上述要求，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)重時會直接影響生產(chǎn)和生活用熱的正常秩序，為此，需先進(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)。
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，換熱系數(shù)會增大，且流速加快會導(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)而對供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計造成了影響。此外，我國對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
板式換熱器具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但也存在一些問題。就當(dāng)前供熱系統(tǒng)的設(shè)計而言，存在很多缺陷，比如節(jié)能設(shè)計在供熱系統(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)計的基本條件之一。
供熱系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的優(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。對于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計而言，應(yīng)充分考慮其影響因素，不斷優(yōu)化供熱設(shè)計中的各個子系統(tǒng)，具體方法如圖2所示。
1.不斷優(yōu)化整體設(shè)計
對于整個板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，節(jié)能設(shè)計不只是在供熱系統(tǒng)的設(shè)計環(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，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。此外，對于不同的應(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
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，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。
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、對數(shù)的平均溫差法和單側(cè)的壓降最大化的利用法等。這樣做的主要目的是有效分析板片可承受的最大壓降或最適宜的壓降，從而準(zhǔn)確推算出流體在流經(jīng)通道時的壓降和流速，從而找到一種壓降值最大的設(shè)計方法，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，就需要應(yīng)用混聯(lián)型流程的流道安排。因此，對于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計而言，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)計出比較優(yōu)秀的換熱器供熱系統(tǒng)，即最節(jié)能的板式換熱器供熱系統(tǒng)。
