地埋管换热器
地源热泵地埋管计算方法
更新：2011-10-13 来源：作者：阅读：894 评论：[0]条
摘要：一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。
地埋部分设计
（一）管材选择及流体介质
一、管材
一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。
1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。
2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。
3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。
4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。
5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。
6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。
二、连接
1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用）
2、电熔联结
三、流体介质及回填料
流体介质
南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体；
北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。
（①盐类溶液--氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。
埋管水温：
1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7-12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。
2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3-4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。
地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。
回填材料
可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容易、造价低，可广泛采用。
（二）埋管系统环路
一、埋管方式
1、水平埋管
水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。（单层管最佳深度1.2～2.0m，双层管1.6～2.4m）
近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。
2 、垂直埋管
根据埋管形式的不同，一般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。
1）U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，一般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径一般在φ50mm 以下。
2）套管式换热器：的外管直径一般为100～200mm，内管为φ15～φ25ｍｍ。其换热效率较U 形管提高16.7%。缺点：⑴下管比较困难，初投资比U 形管高。⑵在套管端部与内管进、出水连接处不好处理，易泄漏，因此适用于深度≤30m 的竖埋直管，对中埋采用此种形式宜慎重。
二、地下埋管系统环路方式
1、串联方式
优点：①一个回路具有单一流通通路，管内积存的空气容易排出；
②串联方式一般需采用较大直径的管子，因此对于单位长度埋管换热量来讲，串联方式换热性能略高
缺点：①串联方式需采用较大管径的管子，因而成本较高；
②由于系统管径大，在冬季气温低地区，系统内需充注的防冻液（如乙醇水溶液）多；
③安装劳动成本增大；
④管路系统不能太长，否则系统阻力损失太大。
2、并联方式
优点：①由于可用较小管径的管子，因此成本较串联方式低；
②所需防冻液少；
③安装劳动成本低。
缺点：①设计安装中必须特别注意确保管内流体流速较高，以充分排出空气；
②各并联管道的长度尽量一致（偏差应≤10%），以保证每个并联回路有相同的流量；
③确保每个并联回路的进口与出口有相同的压力，使用较大管径的管子
做集箱，可达到此目的。
从国内外工程实践来看，中、深埋管采用并联方式者居多；浅埋管采用串联方式的多
三、地埋管打孔孔径
孔径：
根据地质结构不同，钻孔孔径可以是Ф100、Ф150、Ф200或Ф300，天津地区地表土壤层很厚，为了钻孔、下管方便多采用Ф300孔径。
（三）地下埋管系统设计
一．地下换热量计算
地下换热量可以由下述公式计算：
Q1'= Q1*(1+1/COP1) kW （1）
Q2'= Q2*(1-1/COP2) kW （2）
其中Q1'--夏季向土壤排放的热量，kW
Q1--夏季设计总冷负荷，kW
Q2'--冬季从土壤吸收的热量，kW
Q2--冬季设计总热负荷，kW
COP1--设计工况下水源热泵机组的制冷系数
COP2--设计工况下水源热泵机组的供热系数
一般地，水源热泵机组的产品样本中都给出不同进出水温度下的制冷量、制热量以及制冷系数、供热系数，计算时应从样本中选用设计工况下的、。若样本中无所需的设计工况，可以采用插值法计算。
二、地下热交换设计
1.水平埋管：
确定管沟数目:
埋管管长的估算：利用管材“换热能力”，即单位埋管管长的换热量。水平埋管单位管材“换热能力”在20～40W/m（管长）左右，；设计时可取换热能力的下限值，即20 W/m。
单沟单管埋管总长具体计算公式如下：L=Q/20
其中L --埋管总长，m
Q --冬季从土壤取出的热量，w
分母“20”是每m 管长冬季从土壤取出的热量，W/m
单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管布置时分别乘上0.9、0.85、0.75、0.70 的热干扰系数（热协调系数）。
确定管沟间距：
为了防止埋管间的热干扰，必须保证埋管之间有一定的间距。该间距的大小与运行状况（如连续运行还是间歇运行；间歇运行的开、停机比等）、埋管的布置形式（如单行布置，只有两边有热干扰；多排布置，四面均有热干扰）等等有关。
建议串联每沟1 管，管径1/4"～2"；串联每沟2 管，1 又1/4"～1 又1/2"。并联每沟2 管，1"～1 又1/4"；并联每沟4～6 管，管径13/4"～1"。
管沟间距：每沟1 管的间距1.2m，每沟2 管的间距1.8m，每沟4 管间距3.6m。管沟内最上面管子的管顶到地面的的最小高度不小于1.2m。
2、竖直埋管
确定竖井埋管管长
一般垂直单U 形管埋管的换热能力为60～80 W/m(井深)，垂直双U 形管为80～100W/m(井深)左右，设计时可取换热能力的下限值。
一般垂直埋管为70～110W/m(井深)，或35～55W/m(管长)，水平埋管为20～40W/m（管长）左右。
设计时可取换热能力的下限值，即35W/m（管长），双U管设计具体计算公式如下：
L=Q1/25 （3）
其中L--竖井埋管总长，m
Q1--夏季向土壤排放的热量，W
分母“35”是夏季每m管长散热量，W/m
确定竖井数目及间距
国外，竖井深度多数采用50～100m[2]，设计者可以在此范围内选择一个竖井深度H，代入下式计算竖井数目:
N=L/(4*H) （4）
其中N--竖井总数，个
L--竖井埋管总长，m
H--竖井深度，m
分母“2”是考虑到竖井内埋管管长约等于竖井深度的2倍。
然后对计算结果进行圆整，若计算结果偏大，可以增加竖井深度，但不能太深，否则钻孔和安装成本大大增加。
关于竖井间距有资料指出：U型管竖井的水平间距一般为4.5m[3]，也有实例中提到DN25的U型管，其竖井水平间距为6m，而DN20的U型管，其竖井水平间距为3m[4]。若采用串联连接方式，可采用三角形布置（详见[2]）来节约占地面积。
工程较小，埋管单排布置，地源热泵间歇运行，埋管间距可取3.0m；工程较大，埋管多排布置，地源热泵间歇运行，建议取间距4.5m；若连续运行（或停机时间较少）建议取5～6m
注意事项
1、垂直地埋管换热器埋管深度应大于30m，宜为60m～150m；钻孔间距宜为3m～6m。水平管埋深应不小于1.2m。
2、地埋管换热器水平干管坡度宜为0.3%，不应小于0.2%。
3、地埋管环路之间应并联且同程布置，两端应分别与供、回水管路集管相连接。每个环路集管连接的环路数宜相同。
4、地埋管换热器宜靠近机房或以机房为中心设置。铺设供、回水集管的管沟宜分开布置；供、回水集管的间距不应小于0.6m。
三、管径与流速设计
1、确定管径
在实际工程中确定管径必须满足两个要求：
（1）管道要大到足够保持最小输送功率；
（2）管道要小到足够使管道内保持紊流以保证流体与管道内壁之间的传热。
显然，上述两个要求相互矛盾，需要综合考虑。一般并联环路用小管径，集管用大管径，地下热交换器埋管常用管径有20mm、25mm、32mm、40mm、50mm，
管内流速控制在1.22m/s以下,对更大管径的管道，管内流速控制在2.44m/s以下或一般把各管段压力损失控制在4mH２O/100m当量长度以下。
备注：
①地下埋管换热器环路压力损失限制在30～50kPa/100m 为好，最大不超过50kPa/100m。同时应使管内流动处于紊流过渡区。
②地下埋管系统单位冷吨（1 冷吨=3024kcal/h=3.52kW）水流量控制在0.16～
0.19L/s．t
③最小管内流速（流量）：在相同管径、相同流速下，水的雷诺数最大大。所以采用CaCl2 和乙二醇水溶液时，为了保证管内的紊流流动，与水相比需采用大的流速和流量。
2、校核管材承压能力
管路最大压力应小于管材的承压能力。若不计竖井灌浆引起的静压抵消，管路所需承受的最大压力等于大气压力、重力作用静压和水泵扬程一半的总和[1]，即：P=P0+ρgH+0.5Ph
其中p--管路最大压力，Pa
P0--建筑物所在的当地大气压，Pa
ρ--地下埋管中流体密度，kg/m3
g--当地重力加速度，m/s2
H--地下埋管最低点与闭式循环系统最高点的高度差，m
Ph--水泵扬程，Pa
3其它
3.1与常规空调系统类似，需在高于闭式循环系统最高点处（一般为1m）设计膨胀水箱或膨胀罐，放气阀等附件。
（四）设计举例
一．设计参数
上海某复式住宅空调面积212m2。
1、室外设计参数
夏季室外干球温度tw＝34℃, 湿球温度ts＝28.2℃
冬季室外干球温度tw＝-4℃, 相对湿度φ＝75％
2、室内设计参数
夏季室内温度tn＝27℃, 相对湿度φn＝55％
冬季室内温度tn＝20℃, 相对湿度φn＝45％
二．计算空调负荷及选择主要设备
1、参考常规空调建筑物冷热负荷的计算方法，计算得到各房间冷热负荷并选择风机盘管型号；考虑房间共用系数（取0.8），得到建筑物夏季设计总冷负荷为24.54kW，冬季设计总热符负荷为16.38kW，选择NOBO SI20TR型地源源热泵机组1台，本设计举例工况下的COP1＝5.9，COP2＝4.2。
2、计算地下负荷
根据公式（1）、（2）计算得
Q1'= Q1*(1+1/COP1)=24.54*(1+1/5.9)=28.7 kW
Q2'= Q2*(1-1/COP2)=16.38*(1-1/4.2)=12.48 kW
取夏季向土壤排放的热量进行设计计算。
3、确定管材及埋管管径
选用聚乙烯管材PE63（SDR11），并联环路管径为DN20，集管管径分别为DN25、DN32、DN40、DN50，如图1所示。
4、确定竖井埋管管长
根据公式（3）计算得
L=28.7*1000/25=1148 m
5、确定竖井数目及间距
选取竖井深度50m，根据公式（4）计算得
N=L/(4*H)=5.74 个
圆整后取 6 个竖井，竖井间距取 4 m。
6、计算地埋管压力损失
参照本文2.6介绍的计算方法，分别计算1－2－3－4－5－6－7－8－9－10─11─11′－1′各管段的压力损失，得到各管段总压力损失为40kPa。再加上连接到热泵机组的管路压力损失，以及热泵机组、平衡阀和其他设备元件的压力损失，所选
水泵扬程为15mH2O。
7、校核管材承压能力
南京夏季大气压力P0＝100250 Pa，水的密度ρ＝1000 kg/m3，当地重力加速度g＝9.8 m/s2，高度差H＝50.5 m
重力作用静压ρgH＝494900 Pa
水泵扬程一半0.5Ph＝7.5 mH2O＝73529 Pa
因此，管路最大压力P=P0+ρgH+0.5Ph＝673550Pa（约0.7Mpa）聚乙烯PE-100额定承压能力为1.6MPa，管材完全满足设计要求。
地埋管换热器
地源热泵地埋管计算方法 更新：2011-10-13 来源：作者：阅读：894 评论：[0]条 摘要：一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 地埋部分设计 （一）管材选择及流体介质 一、管材 一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛应用。 2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金属接头。 二、连接 1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 （①盐类溶液--氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精水溶液等）。
埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7-12℃，与普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃，与冷却塔进水温度相同。 2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3-4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。 地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。 回填材料 可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容易、造价低，可广泛采用。 （二）埋管系统环路 一、埋管方式 1、水平埋管 水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。（单层管最佳深度1.2～2.0m，双层管1.6～2.4m） 近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。
换热器GB151
1、固定式管板换热器两相物流温度差大于60℃时应该设置膨胀节，两相物流温度不能超过120℃。 2、冷却器：板式传热效率高，传热面积大，但是使用温度在150以下，压力也较小，且压力降大，管式温度压力适用高 且投资费用少。 板翅式换热器适用于气体的冷却，但是对结垢严重的物料不适用。 3、加热器：对于有少量颗粒物料的加热，考虑用套管式或者螺旋板式。 4、换热面积：管外径与长度之积，U型管不包括U型部分。 5、命名方式：3字母（前盖+筒体+后盖代号）+DN+压力（管/壳）+换热面积+管长/管外径+管程/壳程数+管子类型（Ⅰ 或Ⅱ） 6、铝、铜（200℃）、钛（300℃）换热管的好处？？ 7、在有分程隔板的情况下要注意其厚度是否满足要求。最小：内径600→8（低）6（高），1200→10（低）8（高），2000 →14（低）10（高），大于10mm的分程隔板在连接处应该削减至10mm以下。大直径必要时采用双层隔板。 8、400mm以下采用钢管制圆筒。大于400的有最小厚度要求，固定式6（低、碳）逐次递增2（分级→ 400~700~1000~1500~2000~2600），浮头U型式的比前固定式的每个都大2，3.5~4.5~6~8~10~12（高）（分级→400~500~700~1000~1500~2000~2600） 9、U型管弯曲半径大于2倍的换热管外径。U型管弯曲段的最小半径为δ(1+d/4R) 10、对于胀接换热管管板，其最小厚度（不包括腐蚀余量）取决与换热管外径，条件苛刻（易燃、有毒等）环境大于d， 一般情况（0.75d→25，0.7→25~50，0.65→50~），对于焊接管板最小厚度大于12mm且满足设计）。 11、中心距大于1.25管外径，如20→26，分程隔板夹的为40mm。16的为22，35 12、固定式、U型式换热管离管板边缘≥0.25d，且≥8mm， 13、壳程进出口管径大小应该尽量考虑到于壳程流通面积相当。 14、管板厚度设计涉及到其径向应力（中心处，布管区周边处，外缘处）、换热管的轴向应力和换热管的拉脱力，均应 满足要求。两法兰中间夹压型管板不需要考虑其径向应力。 15、换热管与管板的连接包括：强度胀（密封性能和抗拉脱强度），贴胀（密封性能）、强度焊（密封性能和抗拉脱强度）、 密封焊（密封性能）。换热管材料的硬度要小于管板材料的硬度。 16、折流板的间距一般大于圆筒内径的1/5，且大于50mm，19的管子最大跨距1500，25的为1850。U型管的支撑A+B+C 不能超过直管的最大跨距。卧式换热器、冷凝器和重沸器物料如果是汽液共存或者含固体物料则折流板的缺口应左右垂直布置，并在下方设排液口。 17、拉杆定距管在换热管大于19mm采用与管板焊接或者螺纹连接，14mm及以下采用与折流板点焊。拉杆在DN400 的情况下，不能少于4根直径不能小于10mm，大于DN400时，增加根数或直径，且不同直径的拉杆定距管根数也不同，大而少，在同DN情况下保持总横截面不变。定距管的直径小于换热管直径。 18、对于定距管在管板处的深度也有规定，其倒角为45度螺纹。 19、管程：当采用轴向入口或者流速达到3m/s时，要采用防冲档板。这能说明轴向入口比径向入口差？？ 20、壳程：无腐蚀无磨蚀单相流体其ρv2>2230时，设置防冲板或导流筒。 其他液体ρv2>740时，设置防冲板或导流筒。 腐蚀性气体、蒸汽及汽液混合物设置防冲板。 当壳程进口距离管板较远时，采用导流筒减少流体在壳程的停滞时间，增加换热管有效换热长度。
管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟
毕业设计（论文）管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟 专业年级2007级热能与动力工程专业 学号姓名20070348 杨郭 指导教师刘巍 评阅人刘庆君 二零一一年六月 中国南京
任务书 课题名称：管壳式换热器的建模、换热计算与CFD模拟 课题类型：毕业论文 任务书内容: 1、英文资料的翻译5千个汉字字符以上（要求和热动、空调、能源、环境、新能源等本专业有关的内容，可以是英文著作、设备使用手册、英文文献检索、英文专利文献、网上专题介绍等实用性的、将来工作中可遇到的相关题材的文章，最好不要是科普类、教学类的英文） 2、使用的原始资料（数据）及设计技术要求：2.1.管壳式换热器，热交换功率100kW，200kW。2.2.温度进口350~500℃，出口温度150~200℃，流速可变；温度进口100~150℃，出口温度300~450℃，流速可变。其总流阻损失应在满足规定要求。 2.3.换热器材料可选，几何尺寸可变；工作介质可选择（空气、水、氟利昂） 2.4.换热器外壁面绝热保温； 2.5.采用CFD模拟计算与能量分析，对系统进行相关工况的模拟； 3、设计内容：3.1. 学习和消化设计任务书，按照设计任务书的设计内容，拟定工作内容和计划，拟定出设计和计算的每个过程中应该遵循设计要求与规定。 3.2.查找和收集有关管壳式换热器的历史和现状资料，查找相关管壳式换热器的运用案例，及其相关的技术条件和运行要求。 3.3.以科技文献检索，包括期刊、专利、设计标准、产品标准、设计手册、产品样本，寻找和熟悉相关的分析计算软件；熟悉设计工具软件、电脑等；3.4.根据已知参数，用ProE设计出符合要求的管壳式换热器，并学习如何导入相关软件进行网格设计；3.5.进行管壳式换热器CFD网格设计，用fluent软件对管壳式换热器进行变工况运行能量分析；3.5.分析计算换热器的流阻损失，其结果的合理性，分析提高换热效率主要手段和改进的方向。 3.6.输出的计算文件包括：3.6.1.完整的毕业设计任务书3.6.2.符合要求的算模型的结构、尺寸； 3.6.3.换热计算的过程、表格，计算结果的结论等等； 3.6. 4.规定状态的CFD模拟结果和能量分析图； 3.6. 5.毕业设计论文； 3.7.把所作的工作、学习的体会、方案的选择过程、计算方案过程等写在过程手册中，写好毕业设计论文。准备毕业答辩的PPT文稿。 任务书进度: 1、16~17周，分析、熟悉毕业设计题目、查找相关翻译资料，对“毕业设计任务书”进行分析计划；收集相关行业信息；准备电脑、办公地点，学习相关软件； 2、18~19周，基础设计，查找技术资料、确定设计方案，对方案进行初步设计与计算； 3、1~4周，进行相关计算，结果分析，编写相关计算、设计、计划文件； 4、5~9周，计算结果分析、修改、撰写毕业论文； 5、10~14周，毕业论文和设计文件的修改，准备毕业答辩。
概述国内外套管换热器现状及前景
苏州方圆换热器有限公司 文杰 空气源热泵与水源热泵特点 目前空调的热源有两种模式：一种是以空气为热源，包 括集中式空气源，而另一大类则是以各种水源（如地下 水、江水、湖水、河水、海水等地表水及废水等）为热 源。和空气热源相比，水源热源相对比较稳定，比如， 北京地区的地下水常年稳定在14－16℃之间，不论是 夏季还是冬季，而空气的温度夏季最高在38℃以上， 冬季可低至零下15℃；再如青岛、烟台一带的海水温 度（水下5米处）在夏季7、8月份一般在22—26℃之 间，冬季12、1月份一般在10－5℃之间，而且水越深， 温度越恒定，而夏季该地区的气温最高可达35℃以上， 冬季最低可到零下10℃左右。 空气源热泵有着悠久的历史，而且其安装和使用 都很方便，应用较广泛。但由于地区空气温度的差别， 在我国典型应用范围是长江以南地区。在华北地区，冬 季平均气温低于零摄氏度，空气源热泵不仅运行条件恶 劣，稳定性差，而且因为存在结霜问题，效率低下。 利用水作冷热源的热泵，称之为水源热泵。水是一种 优良的热源，其热容量大，传热性能好。很多水源的温 度不受环境的限制，因此得到越来越多的广泛应用。这 导致水源热泵空调的能效比（COP值）高于常规空气源 空调，由于水源热泵自身的环保、高效、节能、应用范 围广，得到了国家大力推广和扶助，市场前景广阔。 当前欧美应用地源/水源热泵的现状 及趋势 在国外，关于水源热泵的研究分属于两种热泵系统：一 种为地源热泵，一种为海水热泵。其中地源热泵真正意 义的商业应用也只有近十几年的历史，但发展相当迅 速。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵， 而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源环境研究中心（Energy & Environmental Research Center）、美国地下水资源联合会（National Ground Water Association）、爱迪生电力研究所（Edison Electric Institute）及众多地源热泵制造设计销售公司以及政府机构和建筑商等146家成员组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和
地埋管换热系统安装
地埋管换热系统安装 地源热泵系统的地埋管换热器是供传热介质与岩土体换热用的，由埋于地下的密闭循环管组构成的，又称为土壤热交换器。根据管路埋置方式不同，分为水平地埋管换热器和竖直地埋管换热器。 水平地埋管换热器在安装时可不设置坡度。最上层埋管顶部应在冻土层以下0.4m，且距地面不宜小于0.8m。 竖直地埋管换热器埋管深度宜大于20m，钻孔孔径不宜小于0.11m，钻孔间距应满足换热需要，间距宜为3-6m。水平连接管的深度应在冻土层以下0.6m，且距地面不宜小于1.5m。 地埋管应采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的塑料管材及管件，宜采用聚乙烯管(PE80或PE100)或聚丁烯管(PB)，不宜采用聚氯乙烯(WC)管。管件与管材应为相同材料。地埋管质量应符合国家现行标准中的各项规定。管材的公称压力及使用温度应满足设计要求，且管材的公称压力不应小于1.0MPa。 (1)地埋管换热系统安装前的准备工作 1)地埋管换热系统施工前应了解埋管场地内已有地下管线、其他地下结构物的功能及其准确位置，并应进行地面清理。 2地埋管换热系统施工过程中，应严格检查并做好管材保护工作。进人现场的地埋管及管件应逐件进行外观检查，宜采用刚制造出的管材，地埋管运抵工地后，应用空气试压进行检漏试验。 (2)管道连接 1)按设计要求的尺寸，用热熔或电熔的方法连接地埋管组。 2)地埋管换热器的U形弯管接头，宜选用定型的U形弯头成品件，尤其是对竖直地埋管换热器。 3)对管道进行冲洗。 4)及时对管组开口端部进行密封。 (3)地埋管换热器的安装 1)水平地埋管换热器安装: ①按设计要求的位置、水平尺寸及深度，开挖沟槽。 ②在沟槽底部铺设相当于管径厚度的细砂。 ③对准备埋人沟槽的水平地埋管换热器做第一次水压试验。在试验压力下，稳压至少l5ndn，稳压后压力降不应大于3，且无泄漏现象。
管壳式换热器的设计和选用的计算步骤
管壳式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力 。根据传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器 结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重 新计算。计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。 计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。 核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18设计条件数据
螺纹管换热器技术说明
空气预热器技术说明
空气换热器 1、前言 冶金行业是国家能源消耗大户，同时也是环境污染的主要制造者之一。国家制订的可持续发展的长期目标，其重要保证条件就是降低冶金行业能耗，提高能源利用率，减少污染排放，实现和谐发展。 冶金行业要降低能耗，除了改善生产工艺和条件，另外的一个重要途径就是充分利用排放掉的能源，从而提高能源利用效率。利用排放掉能源的主要设备就是换热器。 管壳式换热器是一种常见的换热设备，已经有近百年的历史。目前已经已经有非常多的种类，广泛应用于各种行业。管壳式换热器的特点是：换热空间是管束以及管束外面的壳体与管束形成的空间。一种流体走管内，另外的流体走管与壳之间。两种流体通过管壁进行换热。管壳换热器的优点是应用广泛，可以耐高温高压，可以大型化，它的缺点是传热系数比较低，单位换热面积消耗的金属材料比较多。为了解决这个问题，人们采取了很多方法来改善管壳换热器的传热条件。 2、螺纹管 螺纹管是上世纪末出现的一种异形传热管，它通过对光滑钢管进行压力加工，使其发生螺纹状形变，表面形成螺纹凹槽而成。螺纹管同光滑管比有非常明显的性能增强： ①由于螺纹凹槽的形成，可以使管内气流形成旋流，增强了紊流 状态下的对流传热能力；
②螺纹凹槽使得管子表面变得粗糙，破坏了气流边界层，使得在 层流状态下气体对流传热有明显提高； ③螺纹凹槽可使管子传热表面积有所增加； ④螺纹管比光滑管的固有频率提高，降低了换热器的振动。 但是螺纹管的阻力比光滑管大，管子刚度也比光滑管小，这是螺纹管存在的缺点。 AA2机组空气预热器的换热元件就采用单程轧槽螺纹管。 3、换热器结构 换热器采用高温列管式，风箱为方形，烟气走管外行程，空气走管内行程。整个换热器嵌入烟气通道内，没有外壳。烟气经过换热管外换热后直接排放掉，为一个行程。空气经过四个管行程被烟气加热，管束用风箱和连接管连接，连接管高温端有膨胀节。空气流与烟气流呈逆差流的流动分布。 4、换热器参数 4.1烟气参数： 入口温度：850℃出口温度：393℃ 烟气量：9636m3/h2℃阻力损失：62Pa 烟气放出热量：1.4053106kcal/h 4.2空气参数： 入口温度：20℃出口温度：550℃
地埋管计算方法
地源热泵地埋部分设计 （一）管材选择及流体介质 一、管材 一般来讲，一旦将地下埋管系统换热器埋入地下后，基本不可能进行维修或更换，因此地下的管材应首先要保证其具有良好的化学稳定性、耐腐性。 1、聚乙烯（PE）和聚丁烯（PB）在国外地源热泵系统中得到了广泛 应用。 2、PVC（聚氯乙烯）管的导热性差和可塑性不好，不易弯曲，接头处 耐压能力差，容易导致泄漏，因此在地源热泵系统中不推荐用PVC 管。 3、为了强化地下埋管的换热，国外有的提出采用薄壁（0.5mm）的不 锈钢钢管，但目前实际应用不多。 4、管件公称压力不得小于1.0Mpa，工作温度应在-20℃～50℃范围内。 5、地埋管壁厚宜按外径与壁厚之比为11倍选择。 6、地埋管应能按设计要求长度成捆供应，中间不得有机械接口及金 属接头。 二、连接 1、热熔联接（承接联接和对接联接，对于小管径常采用） 2、电熔联结 三、流体介质及回填料 流体介质 南方地区：由于地温高，冬季地下埋管进水温度在0℃以上，因此多采用水作为工作流体； 北方地区：冬季地温低，地下埋管进水温度一般均低于0℃，因此一般均需使用防冻液。 （①盐类溶液——氯化钙和氯化钠水溶液；②乙二醇水溶液；③酒精 水溶液等）。 埋管水温： 1、热泵机组夏季向末端系统供冷水，设计供回水温度为7—12℃，与 普通冷水机组相同。地埋管中循环水进入U管的最高温度应<37℃， 与冷却塔进水温度相同。
2、热泵机组冬季向末端系统供水温度与常规空调不同，在满足供热 条件下，应尽量减低供热水温度，这样可改善热泵机组运行工况、减小压缩比、提高cop值，并降低能耗。地埋管中循环水冬季进水温度，以水不冻结并留安全余地为好，可取3—4℃。当然为了使地埋管换热器获得更多热量，可加大循环水与大地间温差传热，然而大地的温度是不变的，因此只有将循环水温降至0℃以下，为此循环水必须使用防冻液，如乙二醇溶液或食盐水。但这样会提高工程造价、增加对设备的腐蚀。在严寒地区不得不这样做，而在华北地区的工程中用水就可满足要求，不一定要加防冻液。 地温是恒定值，可通过测井实测。有关资料介绍某地地下约100米的地温是当地年平均气温加4℃左右。天津市年平均气温是12.2℃，实测天津市地下约100米的地温约为16℃，基本符合以上规律。 回填材料 可以选用浇铸混凝土、回填沙石散料或回填土壤等。材料选择要 兼顾工程造价、传热性能、施工方便等因素。从实际测试比较浇 铸混凝土换热性能最好，但造价高、施工难度大，但可结合建筑 物桩基一起施工。回填沙石或碎石换热效果比较好，而且施工容 易、造价低，可广泛采用。 （二）埋管系统环路 一、埋管方式 1、水平埋管 水平埋管主要有单沟单管、单沟双管、单沟二层双管、单沟二层四管、单沟二层六管等形式，由于多层埋管的下层管处于一个较稳定的温度场，换热效率好于单层，而且占地面积较少，因此应用多层管的较多。（单层管最佳深度1.2～2.0m，双层管1.6～2.4m） 近年来国外又新开发了两种水平埋管形式，一种是扁平曲线状管，另一种是螺旋状管。它们的优点是使地沟长度缩短，而可埋设的管子长度增加。 2 、垂直埋管 根据埋管形式的不同，一般有单U 形管，双U 形管，套管式管，小直径螺旋盘管和大直径螺旋盘管，立式柱状管、蜘蛛状管等形式；按埋设深度不同分为浅埋（≤30m）、中埋（31～80m）和深埋（>80m）。 1）U 形管型：是在钻孔的管井内安装U 形管，一般管井直径为100～150mm，井深10~200m，U 形管径一般在φ50mm 以下。
翅片换热器热系数
翅片换热器传热系数 ABRAHAM LAPIN and W. FRED SCHURIG I Polytechnic Institute of Brooklyn, Brooklyn 1, N. Y. 许多方程来源于实验数据，同时提出了有交叉流动的热交换器的设计。对关于换热器行数 的总传热影响,进行了图示作为参考. 翅片管在热交换器中的使用有了迅速增长。当内部传热系数比外面的系数极大时,它经常被实际增加一定数量的外表面来为低外系数进行补偿。许多研究人员都对翅片管的传热进行研究。因为对可能的翅片类型的安排有非常大的数量,大多数研究都局限于特定条件。 实验设备与程序 设备金属板材风管横截面为 30x12 3/4 英寸。上部是固定的,但较低的部分,可提高或降低 容纳一个可变数目的排。这下部分(进口)进行拟合有5英寸空气校正叶片可助均匀分布的空气线圈。 传热表面(台风的空气调节股份有限公司)。每个单元有八个翅片管manifolded 在一起以并行方式进行。 5 / 8英寸 0.dx0.025英寸铜管 11/2英寸 0.dx0.018英寸轧花 8每英寸,30英寸翅翅片长度 Ao/Ai=16.30,Ao=2.44平方英尺 翅片管直径= 2.4 1.248平方英尺,空气流面积最小 这些铝管的用途,则被关在一个长方形的30×12 3/4英寸的帧。一个3/4设备橡胶障板安放在沿 一侧的框架。翅片管相邻本遮光罩一个侧和框架本身上另一边。该框架结构允许一个交错管的安排通过简单地转弯连续排对单位180度的另一个。
一台吹风机提供空气供给在逆流而上空调管道内结束。 测量 水流量用校准过的转子流量计。空气流量是用一个托马斯米测量,其中包括四个帧开口用1.134 镍铬合金 欧姆/英尺,有一个总电阻每一个约25欧姆。流动的空气用仪表测量通过一系列的圆盘和圆环折流板顺流混合。温度进行了测量精确温度计刻度为0.1 C 。每一个温度计的位置了经过精心挑选的,确保读出正确的总体温度。 一系列的运行是由1到8步骤在一个单元中。这在试管被水平和安排一个三角形的场地:1 1/2-inch 水平和垂直距离管-Le. 1.5X1.677英寸,三角形场地。所有的管道都是相连的,所以只有一个水程。水联系之间是这样的空气和水逆向流动。 程序 热水用泵送进管中，同时冷空气穿过翅片。水流量和温度维持在恒定的9000(磅/小时)和50度,它给出一种管程雷诺数超过20000。 管外的空气流速各在1100 - 5000英镑每小时之间,给人们提供了一种基于最小的通流面积3至15英尺/秒。在室温下空气进入导管。两个完全独立的流动进行着。所有实验结果可再生的有4%。一系列等温压力损耗测量使用一至八行被独立的传热。流动的空气温度通过翅片管时68度。和流量从1200到4500磅每小时。给雷诺数范围2200到8500。 压力损失用一个倾斜的水压计测量。 计算和结果 p 12p 2l m WC (T - T ) = c (t - t ) =UA t ω? 12p 2l () c (t - t )p m m WC T T U A t A t ω-==?? 111'11i i si i av so o o o L UA h A h A kA h A h A =++++ 111'11U o o o i i si i av so o A A A L h A h A k A h h =++++ 0.80.3 0.0225()(Re)(Pr)i h k D = 0.8 0.2 (10.01)160()i i t V h d +=
5mm管径内螺纹铜管换热器分析
Ф5与Ф7换热器比较分析 背景： 近年来，由于国际铜价节节攀升且居高不下，如果降低空调器铜用量各大厂家也是八仙过海，比如铝制换热器，ACC管，小管径铜管替代原有较大管径的铜管等。随着环保节能的考虑，家用空调用冷媒逐渐由R22过渡到R410A，整机中R410A运行压力要比R22高出60%，因此系统性能受冷媒压力损失的影响较小，更适合于采用小管径铜管换热器。 空调换热器采用小管径铜管后，管内换热和压降特性会随之改变，根据换热器试验研究表明：在冷媒质量流量相同情况下，Ф5铜管管内制冷剂的摩擦压降比Ф7的大20-40%。因此在实际应用Ф5铜管时，需要针对Ф5铜管的换热和压降特性，对换热器型式进行优化调整，如翅片或流路，同时制冷剂充注量可以减少了10-20%，需要对系统的其他部件，如膨胀阀的开度进行调整，以求系统的性能接近甚至优于原有系统性能。 一、行业Ф5翅片方面的应用情况： 1）日本应用情况 小结： ◆换热器越来越细管径化，Φ5换热器在室内机上有4家公司使用。2家是跟其他管径的组 合构成的圆弧换热器。大金使用的更细的φ4。 ◆φ5以下的細管各公司几乎都是用在能力2.2～7.1kW的室内机上。这是因为室内机箱体 从小到大共都是通用的，φ5可以使用在家用空调上限7.1kW。 ◆作为日本冷暖变频室外机，各企业的设计中没有使用φ5换热器，一般是Φ7或φ7.94。
因为用φ5的话分流回路数多分流太复杂。φ7换热器在4.0kW机上都要分4路，φ5的就太复杂了。 ◆室内机的φ5换热器几种管径（φ5和φ6.35等）组合，可以简化分流并提高性能。2）韩国应用情况 3）国内应用情况 Ф5管技术在2005年以后引入国内，在2007年国内相应的产品设计和生产工艺已经成熟。经向冲床及模具厂家调研，近3年以来美的、格力在Ф5换热器设备方面投入较大，Ф5换热器的产能各达到100万件/月的大批量生产规模。 ◆美的2009年以前陆续购入5条Ф5换热器生产线，2009~2010年进口了10条日本日高 公司Ф5换热器生产线，已经在今年旺季实现规模效益。2011年还将预计投入5条。 ◆格力2010年前陆续购入10条Ф5换热器生产线以后，2011年已经向日本日高公司一次 性订购了12条Ф5换热器生产线（今年12月开始陆续交货），预计在2012年旺季可实现规模效益。格力Ф5换热器生产线有3台为国产设备，其余19台均为进口设备。 ◆行业内其他竞争对手格兰仕、志高等均有3条以上Ф5换热器生产线，以面向国际市场 的生产订单为主，产能预计各将达到12万件以上/月的生产规模。 4）海信科龙的情况 海信科龙到目前为止，Ф7和Ф5换热器有以下几种：
地埋管施工样本
5、地埋管系统主要工程项目的施工程序和施工方法 5.1主要依据 ②公司质量管理文件 ③施工相关的法律法规 《采暖通风与空气调节设计规范》( GB50019— ) 《地源热泵系统工程技术规范》( GB50366— ) 《实用供热空调设计手册》第二版 《地源热泵工程技术指南》 《公共建筑节能设计标准》( GB50189— ) 湖南省公共建筑节能设计标准 《通风与空调工程质量验收规范》( GB50243- ) 《工业管道工程施工及验收规范》( GBJ50235-97) 《建筑安装工程质量检验评定统一标准》( GBJ300-88) 《机械设备安装工程施工及验收规范》( JBJ 23-96) 《制冷设备安装工程施工及验收规范》( GBJ66-84) 《设备及管道保温效果的测试与评价》( GBJ174-87) 国家及地方有关现行使用的建筑安装工程的设计、施工及验收规范、规程和标准。 关于公共场所集中空调通风系统卫生管理办法( 国家卫生局 3月1日发文) 招标人提供的原暖通施工设计蓝图; 5.2 地下换热系统主要质量保证工艺 1、 4Mpa高压灌浆设备 根据《地源热泵系统工程技术规范》( GB50366－ ) 4.4.8条之规定, 垂直地埋管换热器U型管应使用泥浆泵对井孔进行灌浆回填。这是保证系统换热效果
的重要工序。但由于高压灌浆回填施工难度较大, 成本较高, 当前被大多数企业所忽略, 往往造成系统换热能力不足, 影响工程质量。 投标单位在国际地源热泵协会技术支持下, 严格按照规范要求, 采用在国内工厂定制的地源施工高压灌浆设备, 在施工过程中使用专门配置的回填浆料, 对桩孔和井孔进行高压回填, 保证系统换热效果。 4Mpa高压灌浆设备主要技术参数 送浆量( M3/H) : 4 最大垂直输送高度( M) : 40 最大水平输送高度( M) : 300 最大工作压力( MPA) : 4 电动机功率( KW) : 7.5 整机质量( KG) : 500 外型尺寸( L*W*H) MM: 1305*1080*1080 2、 FTC热响应测试设备 为取得准确的工程场区岩土体热物性参数, 为地下换热系统软件模拟提供基础数据, 投标单位能够使用自有专用测试仪进行岩土体热物性现场测试。现场测试是模拟地源热泵系统地下换热器实际运行工况进行的, 所得热物性参数是整个测试深度内地层的平均表观热物性参数。 ( 1) 试验原理与方法 地层的导热系数等不能象测量温度、压强等那样直接测量,而只能根据传热学理论经过测量温度、热流等进行反向推算,即这是一个传热反问题。在已钻好的钻孔中埋设埋管并按设计要求回填, 令埋管内充满水循环流动, 自某一时刻起对水加热一定时间( 数十小时) , 然后测量埋管内水的温度及其所对应的时间。根据已知的数据反算钻孔周围岩土的导热系数ks和钻孔内热阻Ro。将经过传热模型得到的流体的平均温度与实际测量的结果进行对比, 利用最优化方法使计算值与实测值误差达到最小时, 对应的导热系数数值即为所求的结果。测
第1章 换热器设计软件介绍与入门
第1章换热器设计软件介绍与入门 孙兰义 2014-11-2
主要内容 1 ASPEN EDR软件 1.1 Aspen EDR简介 1.2 Aspen EDR图形界面 1.3 Aspen EDR功能特点 1.4 Aspen EDR主要输入页面 1.5 Aspen EDR简单示例应用 2 HTRI软件 2.1 HTRI简介 2.2 HTRI图形界面 2.3 HTRI功能特点 2.4 HTRI主要输入页面 2.5 HTRI简单示例应用
Aspen Exchanger Design and Rating（Aspen EDR）是美国AspenTech 公司推出的一款传热计算工程软件套件，包含在AspenONE产品之中。 Aspen EDR能够为用户用户提供较优的换热器设计方案，AspenTech 将工艺流程模拟软件和综合工具进行整合，最大限度地保证了数据的一致性，提高了计算结果的可信度，有效地减少了错误操作。 Aspen7.0以后的版本已经实现了Aspen Plus、Aspen HYSYS和Aspen EDR的对接，即Aspen Plus可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成转入换热器的设计计算，使Aspen Plus、Aspen HYSYS流程计算与换热器详细设计一体化，不必单独地将Aspen Plus计算的数据导出再导入给换热器计算软件，用户可以很方便地进行数据传递并对换热器详细尺寸在流程中带来的影响进行分析。
Aspen EDR的主要设计程序有： ①Aspen Shell & Tube Exchanger：能够设计、校核和模拟管壳式换热器的传热过程 ②Aspen Shell & Tube Mechanical：能够为管壳式换热器和基础压力容器提供完整的机械设计和校核 ③HTFS Research Network：用于在线访问HTFS的设计报告、研究报告、用户手册和数据库 ④Aspen Air Cooled Exchanger ：能够设计、校核和模拟空气冷却器 ⑤Aspen Fired Heater：能够模拟和校核包括辐射和对流的完整加热系统，排除操作故障，最大限度的提高效率或者找出潜在的炉管烧毁或过度焦化 ⑥Aspen Plate Exchanger ：能够设计、校核和模拟板式换热器； ⑦Aspen Plate Fin Exchanger：能够设计、校核和模拟多股流板翅式换热器
螺旋螺纹管换热器的应用
螺旋螺纹管换热器的应用 工艺装备室陈金辉 【摘要】 中国原料药发展迅速，已经成为世界制药原料药第一大生产和出口国。我国现有医药企业6700多家，通过GMP的医药生产企业4000多家。在日益成熟的市场竞争中，先进的技术就显得尤为重要。而提高原料药生产车间溶媒回收率是各企业增强企业竞争力最直接有效的体现。本文介绍的螺旋螺纹管换热器，采用全不锈钢材质及先进的换热技术，在原料药行业的应用，大大的提高了溶媒回收率，提高了生产效率，有效地增强了企业的竞争力。 【关键词】：节能、换热器、原料药 众所周知换热器已经广泛的应用于各行各业，它是决定企业能耗水平的主 导性因素之一，也是行业节能挖潜的关键设备。 传热现象是由温度差引起的能量转移，即以温度差为动力而产生的能量由高 温向低温进行传递的过程。螺旋螺纹管换热器是管壳式换热器之一。综合其设计 理论依据，结构特点，性能分析，它同时具有安全、高效节能、体积小、表面光 洁维护费用低、使用寿命长等特点，相对于传统换热器它是具有划时代意义的 节能产品。本文将通过国内各行业的应用实例，来展现螺旋螺纹管换热器在节 能减排中起到的重要作用。 一.设计依据： 螺旋螺纹管换热器较传统换热器，依据国际先进设计理论，计算准确，设计合理。 1.螺旋螺纹管设计，双侧强化传热设计。 2.利用欧文（OWEN）湍流抖振频率准则原理，消除换热器湍流抖振现象，热应力自消除。 3.利用声共鸣许用准则（Eisinger准则和Bevins准则），抑制声驻波，降低运行噪音。 4.利用CFD（计算流体力学技术），FEM（有限元技术），提高计算精度。 二.独特设计及机理： 传热系数是传热设备的一个重要技术指标，强化换热表面对流传热是提高传热系数的有效措施。螺旋螺纹管换热器通过独特的结构设计，显著提高换热系数，实现高效节能。 1.材质： 螺旋螺纹管换热器，换热管为不锈钢316L材质，壳程为不锈钢316材质，以满足不同复杂物料的换热要求。最高耐温400℃，最高耐压1.6Mpa。 2.螺纹管束： 螺旋螺纹管换热器采用高效不锈钢双螺纹管。该管束表面设计周期变化的环形螺纹，当
地埋管换热器计算方法
竖直埋管地热换热器的设计和参数分析 摘 要：本文通过对某住宅小区地源热泵系统地热换热器的方案设计的工程实例，介绍了采用《地热之星》软件设计地热换热器的方法；讨论分析了回填材料导热系数、岩土导热系数、钻孔间距以及循环液的类型四种主要因素对地热换热器设计尺寸的影响，并指出提高回填材料导热系数、适当增大钻孔间距以及选择凝固点较低的循环液有利于减小钻孔长度，从而节省地热换热器的初投资。 关键词：地源热泵 地热换热器 设计 软件 1 引言 随着经济的发展以及人们对节能、环保意识的提高，具ss 量的值可以产生数倍的变化。国内有些关于地热换热器设计的文献中推荐的每米钻孔传热量的经验数据，对于实际工程设计可能产生误导，因而不利于该项新技术在我国的推广应用。 影响地热换热器设计的最重要影响因素有：1.岩土的导热系数；2.全年的冷热负荷及其相对的比值[5] ； 3.回灌材料的导热系数与U 型管各支管的间距； 4.地热换热器排列方式与钻孔间距； 5.设定的循环液所允许的最高和最低温度，在以供热为主的应用场合，这一参数常常取决于选用循环液的类型。 山东建筑工程学院地源热泵研究所开发的地热换热器设计及模拟专用软件《地热之星》[2] 采用了在国际 上领先的二维和准三维模型[3-6] ，考虑了全年吸热和放热不平衡等复杂的情况，以保证地热换热器在整个服务周期（20年或更长的时间）中的性能为设计目标，使地热换热器的设计计算脱离了按经验数据估算的状况。该软件还能同时对单U 型埋管与双U 型埋管这两种分别 在美国和欧洲流行的不同埋管形式[3] 进行计算和比较。《地热之星》又是对用户友好的，普通的暖通空调工程师都能很快掌握软件的使用，输入设计条件就可以直接得到要求的埋管长度，因而可以方便地进行多方案的技术经济比较。本文结合一个工程实例就其中的回灌材料的导热系数、岩土的导热系数、钻孔间距及循环液的类型四个方面对地热换热器的设计方案进行分析和比较。 2 工程概况 该工程为位于湖北省的一个住宅小区，总建筑面积约7 万平方米，拟采用地源热泵空调系统来实现其冬季的供热、夏季的制冷以及供应生活用热水。该地区冬季空调室外计算温度为 ℃；夏季空调室外计算温度为℃；未受干扰的地下温度为16℃。本设计主要通过《地热之星》设计软件按1 万平方米建筑面积来进行方案比较和设计计算。 3 方案比较和设计 3.1 确定钻孔参数 钻孔的几何分布形式要根据可提供的场地确定，本研究选取矩阵排列为4×25。钻孔间距取3*3、4*4、4*5、5*5、6*6、7*7、8*8、9*9（行间距*列间距）八种情况进行比较计算。钻孔半径设为0.055m 。回填材料的导热系数取0.6，1.2，1.8，2.4，3.0 W/(m ℃)进行比较和研究。 3.2 U 型管的确定
管壳式换热器设计计算用matlab源代码
%物性参数 % 有机液体取69度 p1=997; cp1=2220; mu1=0.0006; num1=0.16; % 水取30度 p2=995.7; mu2=0.0008; cp2=4174; num2=0.62; %操作参数 % 有机物 qm1=18;%-----------有机物流量-------------- dt1=78; dt2=60; % 水 t1=23; t2=37;%----------自选----------- %系标准选择 dd=0.4;%内径 ntc=15;%中心排管数 dn=2;%管程数 n=164;%管数 dd0=0.002;%管粗 d0=0.019;%管外径 l=0.025;%管心距 dl=3;%换热管长度 s=0.0145;%管程流通面积 da=28.4;%换热面积 fie=0.98;%温差修正系数----------根据R和P查表------------ B=0.4;%挡板间距-----------------自选-------------- %预选计算 dq=qm1*cp1*(dt1-dt2); dtm=((dt1-t2)-(dt2-t1))/(log((dt1-t2)/(dt2-t1))); R=(dt1-dt2)/(t2-t1); P=(t2-t1)/(dt1-t1); %管程流速 qm2=dq/cp2/(t2-t1); ui=qm2/(s*p2);
%管程给热系数计算 rei=(d0-2*dd0)*ui*p2/mu2; pri=cp2*mu2/num2; ai=0.023*(num2/(d0-2*dd0))*rei^0.8*pri^0.4; %管壳给热系数计算 %采用正三角形排列 Apie=B*dd*(1-d0/l);%最大截流面积 u0=qm1/p1/Apie; de=4*(sqrt(3)/2*l^2-pi/4*d0^2)/(pi*d0);%当量直径 re0=de*u0*p1/mu1; pr0=cp1*mu1/num1; if re0>=2000 a0=0.36*re0^0.55*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; else a0=0.5*re0^0.507*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; end %K计算 K=1/(1/ai*d0/(d0-2*dd0)+1/a0+2.6*10^(-5)+3.4*10^-5+dd0/45.4); %A Aj=dq/(K*dtm*fie); disp('K=') disp(K); disp('A/A计='); disp(da/Aj); %计算管程压降 ed=0.00001/(d0-2*dd0); num=0.008; err=100; for i=0:5000 err=1/sqrt(num)-1.74+2*log(2*ed+18.7/(rei*sqrt(num)))/log(10); berr=err/(1/sqrt(num)); if berr<0.01 break; else num=num+num*0.01;
双螺纹管换热器结构特点
双螺纹管换热器结构特点 ——换热设备推广中心 双螺纹管是一种强化传热元件，它可代替光管组装成各种规格的管壳式换热器系列产品，也可组装各种规格的冷凝器、冷却器、卧式重沸器，是一种节能产品；提高总传热系数50～70%；抗腐蚀能力高于光管换热器，可延长操作周期和使用寿命；管内外给热系数相差2倍时为理想使用场合。螺纹管材质：10#、不锈钢、碳钢渗铝、08Cr2AlMo、铜。 双螺纹管换热器是由芯体和壳体两部分组成，芯体是由换热管组成，壳体是由筒体和封头等组成，上下封头各设两个开口，同一封头上的开口中心呈90度角，使换热器全部参与换热，无死区。 产品特点： 1、体积小，重量轻，便于安装传统的换热器体积庞大，螺旋螺纹管换热器的螺旋缠绕方式，在满足相同热负荷的工况时，螺旋螺纹管换热器体积又只有传统管壳式换热器的1/10左右，占地面积小，节省空间；同时也因为体积小、重量轻，更加便于安装、拆卸。 2、结垢少，维护方便换热器结垢会直接降低换热效果，达不到工艺要求，影响生产效率，增加维护费用，因此尽量降低结构倾向是螺旋螺纹管式换热器设计重要因素。 3、耐温、耐压，寿命长 双螺纹管换热器的换热管束和壳体采用不锈钢材质，具有统一的膨胀系数，不会由于压力和温度变化而引起换热器的变形。换热器无需加装减温、减压装置，最高耐温400℃，耐压1.6MPa。 4、高效节能
双螺纹管换热器因其独特的设计，显著地提高换热能力，尤其在有相变的换热工况时，较传统换热器更有显著优势。在汽水交换如蒸汽加热水的工况下，常规的管壳式换热器换热系数k值一般最高为6000W/（m·2℃），SECESPOL螺旋螺纹管换热器其换热系数k值可高达14000W/（m·2℃）。 双螺纹管换热器是用于不同温度介质的热交换设备，应用十分广泛，其性能的每一份提高都会带来极大的经济效益，在世界科技工作者的共同努力下，热传导技术近40年来迅速发展，取得了令人鼓舞的成就。与此同时，也发现一些长期未能解决，制约设备传导性能的弱点，其中最突出的是换热器传热面积垢和达不到最佳传热状态。 双螺纹管是根据用户不同的循环水量，设计换热管螺旋线的螺距及螺纹的深度，扎制而成的螺旋换热管件。利用流体在特制螺旋槽管内以一定流速旋转流动，达到湍流状态，管壁附近的流速增加，横向冲刷管壁，使水垢附着不到管壁上；其二是该换热管是用特殊工艺制作的换热元件，本身带有热胀冷缩的能力，收缩和膨胀能起到自洁的作用；其三是该换热管在正常运行时，由于在特制的螺旋管通过。会产生固定范围高频颤动，使介质中的杂质处于悬浮状态，这也是使管壁不会积垢的重要因素。