Llogaritja e shkëmbyesit të nxehtësisë aktualisht zgjat jo më shumë se pesë minuta. Çdo organizatë që prodhon dhe shet pajisje të tilla, si rregull, i siguron të gjithëve programin e tyre të përzgjedhjes. Mund të shkarkohet falas nga faqja e internetit e kompanisë, ose tekniku i tyre do të vijë në zyrën tuaj dhe do ta instalojë falas. Megjithatë, sa i saktë është rezultati i llogaritjeve të tilla, a mund t'i besohet dhe a nuk tregohet dinak prodhuesi kur lufton në tender me konkurrentët e tij? Kontrollimi i një kalkulatori elektronik kërkon njohuri ose të paktën një kuptim të metodologjisë për llogaritjen e shkëmbyesve modernë të nxehtësisë. Le të përpiqemi të kuptojmë detajet.
Çfarë është një shkëmbyes nxehtësie
Përpara se të kryejmë llogaritjen e shkëmbyesit të nxehtësisë, le të kujtojmë se çfarë lloj pajisjeje është kjo? Një aparat për transferimin e nxehtësisë dhe masës (i njohur si shkëmbyes nxehtësie, i njohur si shkëmbyes nxehtësie ose TOA) ështënjë pajisje për transferimin e nxehtësisë nga një ftohës në tjetrin. Në procesin e ndryshimit të temperaturave të transportuesve të nxehtësisë, dendësia e tyre dhe, në përputhje me rrethanat, treguesit e masës së substancave gjithashtu ndryshojnë. Kjo është arsyeja pse procese të tilla quhen transferim i nxehtësisë dhe masës.
Llojet e transferimit të nxehtësisë
Tani le të flasim për llojet e transferimit të nxehtësisë - ka vetëm tre prej tyre. Rrezatimi - transferimi i nxehtësisë për shkak të rrezatimit. Si shembull, merrni parasysh marrjen e diellit në plazh në një ditë të ngrohtë vere. Dhe shkëmbyes të tillë të nxehtësisë mund të gjenden edhe në treg (ngrohës me tuba të ajrit). Sidoqoftë, më shpesh për ngrohjen e ambienteve të banimit, dhomave në një apartament, ne blejmë radiatorë me vaj ose elektrikë. Ky është një shembull i një lloji tjetër të transferimit të nxehtësisë - konvekcioni. Konvekcioni mund të jetë i natyrshëm, i detyruar (kapuç dhe ka një shkëmbyes nxehtësie në kuti) ose i drejtuar mekanikisht (për shembull, me një tifoz). Lloji i fundit është shumë më efikas.
Megjithatë, mënyra më efikase për të transferuar nxehtësinë është përçueshmëria, ose, siç quhet edhe ajo, përçueshmëria (nga anglishtja. përçueshmëri - "përcjellje"). Çdo inxhinier që do të kryejë një llogaritje termike të një shkëmbyesi nxehtësie, para së gjithash, mendon se si të zgjedhë pajisje efikase në dimensione minimale. Dhe kjo është e mundur të arrihet pikërisht për shkak të përçueshmërisë termike. Një shembull i kësaj është TOA më efikase sot - shkëmbyesit e nxehtësisë me pllaka. Një shkëmbyes nxehtësie me pllaka, sipas përkufizimit, është një shkëmbyes nxehtësie që transferon nxehtësinë nga një ftohës në tjetrin përmes një muri që i ndan ato. Maksimumizona e mundshme e kontaktit midis dy mediave, së bashku me materialet e zgjedhura saktë, profilin e pllakës dhe trashësinë, lejon minimizimin e madhësisë së pajisjes së zgjedhur duke ruajtur karakteristikat teknike origjinale të kërkuara në procesin teknologjik.
Llojet e këmbyesve të nxehtësisë
Para llogaritjes së shkëmbyesit të nxehtësisë, përcaktohet me llojin e tij. Të gjitha TOA mund të ndahen në dy grupe të mëdha: shkëmbyes nxehtësie rikuperuese dhe rigjeneruese. Dallimi kryesor midis tyre është si më poshtë: në TOA-të rigjeneruese, shkëmbimi i nxehtësisë ndodh përmes një muri që ndan dy ftohës, ndërsa në ato rigjeneruese, dy media kanë kontakt të drejtpërdrejtë me njëri-tjetrin, shpesh duke u përzier dhe duke kërkuar ndarje të mëvonshme në ndarës të veçantë. Shkëmbyesit rigjenerues të nxehtësisë ndahen në shkëmbyes të nxehtësisë mikse dhe me paketim (të palëvizshëm, në rënie ose të ndërmjetëm). Përafërsisht, një kovë me ujë të nxehtë, e ekspozuar ndaj ngricave, ose një gotë çaj të nxehtë, e vendosur të ftohet në frigorifer (mos e bëni kurrë këtë!) - ky është një shembull i një përzierjeje të tillë TOA. Dhe duke derdhur çaj në një tigan dhe duke e ftohur në këtë mënyrë, marrim një shembull të një shkëmbyesi rigjenerues të nxehtësisë me një grykë (pjata në këtë shembull luan rolin e një grykë), e cila fillimisht kontakton ajrin përreth dhe merr temperaturën e tij, dhe më pas heq një pjesë të nxehtësisë nga çaji i nxehtë i derdhur në të, duke kërkuar të sjellë të dyja mediat në ekuilibër termik. Sidoqoftë, siç kemi zbuluar tashmë më herët, është më efikase të përdoret përçueshmëria termike për të transferuar nxehtësinë nga një medium në tjetrin, prandajTOA-të më të dobishme për transferimin e nxehtësisë (dhe të përdorura gjerësisht) sot janë, natyrisht, ato rigjeneruese.
Dizajn termik dhe strukturor
Çdo llogaritje e një shkëmbyesi nxehtësie rikuperuese mund të kryhet në bazë të rezultateve të llogaritjeve termike, hidraulike dhe të forcës. Ato janë themelore, të detyrueshme në hartimin e pajisjeve të reja dhe përbëjnë bazën e metodologjisë për llogaritjen e modeleve të mëvonshme të një linje pajisjesh të ngjashme. Detyra kryesore e llogaritjes termike të TOA është përcaktimi i zonës së kërkuar të sipërfaqes së shkëmbimit të nxehtësisë për funksionimin e qëndrueshëm të shkëmbyesit të nxehtësisë dhe ruajtjen e parametrave të kërkuar të medias në prizë. Shumë shpesh, në llogaritje të tilla, inxhinierëve u jepen vlera arbitrare të karakteristikave të peshës dhe madhësisë së pajisjes së ardhshme (materiali, diametri i tubit, dimensionet e pllakës, gjeometria e paketës, lloji dhe materiali i pendëve, etj.), Prandaj, pas llogaritja termike, ata zakonisht kryejnë një llogaritje konstruktive të shkëmbyesit të nxehtësisë. Në fund të fundit, nëse në fazën e parë inxhinieri llogariti sipërfaqen e kërkuar për një diametër të caktuar tubi, për shembull, 60 mm, dhe gjatësia e shkëmbyesit të nxehtësisë doli të ishte rreth gjashtëdhjetë metra, atëherë do të ishte më logjike të supozohej një tranzicion në një shkëmbyes nxehtësie me shumë kalime, ose në një lloj me guaskë dhe tub, ose për të rritur diametrin e tubave.
Llogaritja hidraulike
Kryhen llogaritjet hidraulike ose hidromekanike, si dhe aerodinamike për të përcaktuar dhe optimizuar hidraulikëHumbjet (aerodinamike) të presionit në shkëmbyesin e nxehtësisë, si dhe llogaritni kostot e energjisë për tejkalimin e tyre. Llogaritja e çdo rruge, kanali ose tubi për kalimin e ftohësit paraqet një detyrë parësore për një person - të intensifikojë procesin e transferimit të nxehtësisë në këtë zonë. Kjo do të thotë, një medium duhet të transferojë, dhe tjetri të marrë sa më shumë nxehtësi të jetë e mundur në periudhën minimale të rrjedhës së tij. Për këtë, shpesh përdoret një sipërfaqe shtesë e shkëmbimit të nxehtësisë, në formën e një brezi të zhvilluar sipërfaqësor (për të ndarë nënshtresën laminare kufitare dhe për të rritur turbulencën e rrjedhës). Raporti optimal i ekuilibrit të humbjeve hidraulike, sipërfaqes së shkëmbimit të nxehtësisë, karakteristikave të peshës dhe madhësisë dhe fuqisë termike të hequr është rezultat i një kombinimi të llogaritjes termike, hidraulike dhe strukturore të TOA.
Kontrollo llogaritjen
Llogaritja e verifikimit të shkëmbyesit të nxehtësisë kryhet në rastin kur është e nevojshme të vendosni një diferencë për sa i përket fuqisë ose për sa i përket sipërfaqes së sipërfaqes së shkëmbimit të nxehtësisë. Sipërfaqja është e rezervuar për arsye të ndryshme dhe në situata të ndryshme: nëse kërkohet nga kushtet e referencës, nëse prodhuesi vendos të bëjë një diferencë shtesë për të siguruar që një shkëmbyes i tillë nxehtësie do të arrijë regjimin dhe do të minimizojë gabimet e bëra në llogaritjet. Në disa raste, kërkohet tepricë për të rrumbullakosur rezultatet e dimensioneve konstruktive, ndërsa në të tjera (avullues, ekonomizues), një diferencë sipërfaqësore futet posaçërisht në llogaritjen e fuqisë së shkëmbyesit të nxehtësisë, për ndotjen nga vaji i kompresorit i pranishëm në qarkun e ftohjes.. Dhe cilësia e dobët e ujitduhet të merren parasysh. Pas disa kohësh funksionimi të pandërprerë të shkëmbyesve të nxehtësisë, veçanërisht në temperatura të larta, shkalla vendoset në sipërfaqen e shkëmbimit të nxehtësisë së aparatit, duke ulur koeficientin e transferimit të nxehtësisë dhe në mënyrë të pashmangshme çon në një ulje parazitare të heqjes së nxehtësisë. Prandaj, një inxhinier kompetent, kur llogarit një shkëmbyes nxehtësie ujë-ujë, i kushton vëmendje të veçantë tepricës shtesë të sipërfaqes së shkëmbimit të nxehtësisë. Një llogaritje verifikimi kryhet gjithashtu për të parë se si pajisjet e zgjedhura do të funksionojnë në mënyra të tjera, dytësore. Për shembull, në kondicionerët qendrorë (njësitë e furnizimit), ngrohësit e parë dhe të dytë të ngrohjes, të cilat përdoren në sezonin e ftohtë, përdoren shpesh gjatë verës për të ftohur ajrin në hyrje, duke furnizuar me ujë të ftohtë tubat e shkëmbyesit të nxehtësisë së ajrit. Si do të funksionojnë dhe cilat parametra do të japin, ju lejon të vlerësoni llogaritjen e verifikimit.
Llogaritjet hulumtuese
Llogaritjet kërkimore të TOA kryhen në bazë të rezultateve të marra të llogaritjeve termike dhe verifikimit. Ato janë të nevojshme, si rregull, për të bërë ndryshimet e fundit në dizajnin e aparatit të projektuar. Ato kryhen gjithashtu për të korrigjuar çdo ekuacion që është përfshirë në modelin llogaritës të zbatuar të TOA, të marrë në mënyrë empirike (sipas të dhënave eksperimentale). Kryerja e llogaritjeve kërkimore përfshin dhjetëra dhe ndonjëherë qindra llogaritje sipas një plani të veçantë të zhvilluar dhe zbatuar në prodhim në përputhje meteoria matematikore e eksperimenteve të planifikimit. Bazuar në rezultatet, zbulohet ndikimi i kushteve dhe sasive të ndryshme fizike në treguesit e efikasitetit të TOA.
Llogaritjet e tjera
Kur llogaritni zonën e shkëmbyesit të nxehtësisë, mos harroni për rezistencën e materialeve. Llogaritjet e forcës TOA përfshijnë kontrollimin e njësisë së projektuar për stres, për rrotullim, për aplikimin e momenteve maksimale të lejueshme të punës në pjesët dhe asambletë e shkëmbyesit të ardhshëm të nxehtësisë. Me dimensione minimale, produkti duhet të jetë i fortë, i qëndrueshëm dhe të garantojë funksionim të sigurt në kushte të ndryshme, madje edhe më të vështira të funksionimit.
Llogaritja dinamike kryhet për të përcaktuar karakteristikat e ndryshme të shkëmbyesit të nxehtësisë në mënyra të ndryshueshme funksionimi.
Llojet e projektimit të shkëmbyesit të nxehtësisë
TOA rikuperuese sipas dizajnit mund të ndahet në një numër mjaft të madh grupesh. Më të famshmit dhe të përdorur gjerësisht janë shkëmbyesit e nxehtësisë me pllaka, ajri (me finne tubulare), këmbyesit e nxehtësisë me guaskë dhe tub, tub-në-tub, guaskë dhe pllakë dhe të tjerë. Ka edhe lloje më ekzotike dhe shumë të specializuara, të tilla si spirale (shkëmbyes nxehtësie me spirale) ose të grimcuara, të cilat punojnë me lëngje viskoze ose jo njutoniane, si dhe shumë lloje të tjera.
Këmbyes nxehtësie tub-në-tub
Le të shqyrtojmë llogaritjen më të thjeshtë të shkëmbyesit të nxehtësisë "tub në tub". Strukturisht, ky lloj TOA është thjeshtuar maksimalisht. Si rregull, ata futen në tubin e brendshëm të aparatitftohës i nxehtë, për të minimizuar humbjet, dhe një ftohës ftohës hidhet në kasë ose në tubin e jashtëm. Detyra e inxhinierit në këtë rast reduktohet në përcaktimin e gjatësisë së një shkëmbyesi të tillë nxehtësie bazuar në sipërfaqen e llogaritur të sipërfaqes së shkëmbimit të nxehtësisë dhe diametrat e dhënë.
Këtu vlen të shtohet se në termodinamikë prezantohet koncepti i një shkëmbyesi ideal të nxehtësisë, domethënë një aparat me gjatësi të pafundme, ku transportuesit e nxehtësisë punojnë në kundërrrymë, dhe diferenca e temperaturës përpunohet plotësisht midis tyre.. Dizajni tub në tub është më afër plotësimit të këtyre kërkesave. Dhe nëse i përdorni ftohësit në kundërrrymë, atëherë do të jetë e ashtuquajtura "kundërrrjedha e vërtetë" (dhe jo kryq, si në TOA-të e pllakave). Koka e temperaturës përpunohet në mënyrë më efektive me një organizim të tillë lëvizjeje. Sidoqoftë, kur llogaritni shkëmbyesin e nxehtësisë "tub në tub", duhet të jeni realist dhe të mos harroni për komponentin logjistik, si dhe lehtësinë e instalimit. Gjatësia e eurotruck-ut është 13.5 metra dhe jo të gjitha ambientet teknike janë të përshtatura për rrëshqitjen dhe instalimin e pajisjeve të kësaj gjatësie.
Shkëmbyesit e nxehtësisë me guaskë dhe tub
Prandaj, shumë shpesh llogaritja e një aparati të tillë rrjedh pa probleme në llogaritjen e një shkëmbyesi nxehtësie me guaskë dhe tub. Ky është një aparat në të cilin një tufë tubash ndodhet në një strehë të vetme (shtresë), të larë nga ftohës të ndryshëm, në varësi të qëllimit të pajisjes. Në kondensatorët, për shembull, ftohësi derdhet në guaskë dhe uji derdhet në tuba. Me këtë metodë të lëvizjes së mediave, është më e përshtatshme dhe më efikase për t'u kontrolluarfunksionimin e aparatit. Në avullues, përkundrazi, ftohësi vlon në tuba, ndërsa ato lahen nga lëngu i ftohur (uji, shëllira, glikolet, etj.). Prandaj, llogaritja e një shkëmbyesi nxehtësie me guaskë dhe tub reduktohet në minimizimin e dimensioneve të pajisjes. Duke luajtur me diametrin e guaskës, diametrin dhe numrin e tubave të brendshëm dhe gjatësinë e aparatit, inxhinieri arrin vlerën e llogaritur të sipërfaqes së shkëmbimit të nxehtësisë.
Këmbyesit e nxehtësisë së ajrit
Një nga shkëmbyesit më të zakonshëm të nxehtësisë sot janë shkëmbyesit e nxehtësisë me finale tuba. Ata quhen edhe gjarpërinj. Aty ku jo vetëm janë instaluar, duke filluar nga njësitë fan coil (nga anglishtja fan + coil, d.m.th. "fan" + "spiral") në njësitë e brendshme të sistemeve të ndarjes dhe duke përfunduar me rekuperatorët gjigantë të gazit të gripit (nxjerrja e nxehtësisë nga gazi i nxehtë i gripit dhe transmetimi për nevojat e ngrohjes) në impiantet e kaldajave në CHP. Kjo është arsyeja pse llogaritja e një shkëmbyesi nxehtësie me spirale varet nga aplikimi ku ky shkëmbyes nxehtësie do të hyjë në punë. Ftohësit industrialë të ajrit (HOP) të instaluar në dhomat e ngrirjes së mishit, ngrirësit me temperaturë të ulët dhe objektet e tjera të ftohjes së ushqimit kërkojnë karakteristika të caktuara të projektimit në dizajnin e tyre. Hapësira ndërmjet lamelave (finave) duhet të jetë sa më e madhe që të jetë e mundur në mënyrë që të rritet koha e funksionimit të vazhdueshëm midis cikleve të shkrirjes. Avulluesit për qendrat e të dhënave (qendrat e përpunimit të të dhënave), përkundrazi, bëhen sa më kompakt që të jetë e mundur duke shtrënguar ndërlamellarindistancë minimale. Këmbyes të tillë nxehtësie funksionojnë në "zona të pastra", të rrethuara nga filtra të imët (deri në klasën HEPA), prandaj, një llogaritje e tillë e një shkëmbyesi nxehtësie me tuba kryhet me theks në minimizimin e dimensioneve.
Këmbyesit e nxehtësisë me pllaka
Aktualisht, shkëmbyesit e nxehtësisë me pllaka janë në kërkesë të qëndrueshme. Sipas dizajnit të tyre, ato janë plotësisht të palosshme dhe gjysmë të salduara, të salduara me bakër dhe me nikel, të salduara dhe të salduara me difuzion (pa saldim). Llogaritja termike e një shkëmbyesi nxehtësie me pllaka është mjaft fleksibël dhe nuk paraqet ndonjë vështirësi të veçantë për një inxhinier. Në procesin e përzgjedhjes, mund të luani me llojin e pllakave, thellësinë e kanaleve të falsifikimit, llojin e fijeve, trashësinë e çelikut, materiale të ndryshme dhe më e rëndësishmja, modele të shumta standarde të pajisjeve të madhësive të ndryshme. Këmbyes të tillë të nxehtësisë janë të ulëta dhe të gjera (për ngrohjen e ujit me avull) ose të lartë dhe të ngushtë (këmbyesit e nxehtësisë ndarëse për sistemet e ajrit të kondicionuar). Ato përdoren gjithashtu shpesh për mediat e ndryshimit të fazës, d.m.th. si kondensatorë, avullues, desuperngrohës, parakondensues, etj. Llogaritja termike e një shkëmbyesi nxehtësie dyfazore është pak më e komplikuar sesa një shkëmbyes nxehtësie lëngu-lëng, megjithatë, për inxhinierët me përvojë, kjo detyrë është e zgjidhshme dhe nuk paraqet ndonjë vështirësi të veçantë. Për të lehtësuar llogaritjet e tilla, projektuesit modernë përdorin bazat e të dhënave kompjuterike inxhinierike, ku mund të gjeni shumë informacione të nevojshme, duke përfshirë diagramet e gjendjes së çdo ftohësi në çdo spastrim, për shembull, një programCoolPack.
Shembull i llogaritjes së shkëmbyesit të nxehtësisë
Qëllimi kryesor i llogaritjes është llogaritja e sipërfaqes së kërkuar të sipërfaqes së shkëmbimit të nxehtësisë. Fuqia termike (ftohje) zakonisht specifikohet në termat e referencës, megjithatë, në shembullin tonë, ne do ta llogarisim atë, si të thuash, për të kontrolluar vetë kushtet e referencës. Ndonjëherë ndodh gjithashtu që një gabim mund të depërtojë në të dhënat burimore. Një nga detyrat e një inxhinieri kompetent është gjetja dhe korrigjimi i këtij gabimi. Si shembull, le të llogarisim një shkëmbyes nxehtësie me pllaka të llojit "lëng-lëng". Le të jetë ky një ndërprerës presioni në një ndërtesë të lartë. Për të shkarkuar pajisjet me presion, kjo qasje përdoret shumë shpesh në ndërtimin e rrokaqiejve. Në njërën anë të shkëmbyesit të nxehtësisë, kemi ujë me një temperaturë hyrëse Tin1=14 ᵒС dhe një temperaturë dalje Тout1=9 ᵒС, dhe me një shpejtësi rrjedhëse G1=14,500 kg / orë, dhe nga ana tjetër - gjithashtu ujë, por vetëm me parametrat e mëposhtëm: Тin2=8 ᵒС, Тout2=12 ᵒС, G2=18 125 kg/h.
Ne llogarisim fuqinë e kërkuar (Q0) duke përdorur formulën e bilancit të nxehtësisë (shih figurën më lart, formula 7.1), ku Ср është kapaciteti specifik i nxehtësisë (vlera e tabelës). Për thjeshtësi të llogaritjeve, marrim vlerën e reduktuar të kapacitetit të nxehtësisë Срв=4,187 [kJ/kgᵒС]. Numërimi:
Q1=14,500(14 - 9)4, 187=303557. 5 [kJ/h]=84321, 53 W=84. 3 kW - në anën e parë dhe
Q2=18 125(12 - 8)4, 187=303557. 5 [kJ/h]=84321, 53 W=84. 3 kW - në anën e dytë.
Vini re se, sipas formulës (7.1), Q0=Q1=Q2, pavarësisht nganë cilën anë është bërë llogaritja.
Më tej, duke përdorur ekuacionin kryesor të transferimit të nxehtësisë (7.2), gjejmë sipërfaqen e kërkuar (7.2.1), ku k është koeficienti i transferimit të nxehtësisë (marrë e barabartë me 6350 [W/m 2]), dhe ΔТav.log. - diferenca mesatare e temperaturës logaritmike, e llogaritur sipas formulës (7.3):
Regjistri mesatar
ΔT.=(2 - 1) / ln (2 / 1)=1 / ln2=1 / 0, 6931=1, 4428;
F atëherë=84321 / 63501, 4428=9,2 m2.
Kur koeficienti i transferimit të nxehtësisë është i panjohur, llogaritja e shkëmbyesit të nxehtësisë së pllakës është pak më e ndërlikuar. Sipas formulës (7.4), ne llogarisim kriterin Reynolds, ku ρ është dendësia, [kg/m3], η është viskoziteti dinamik, [Ns/m 2], v është shpejtësia e mediumit në kanal, [m/s], d cm është diametri i lagur i kanalit [m].
Sipas tabelës, ne kërkojmë vlerën e kriterit Prandtl [Pr] që na nevojitet dhe, duke përdorur formulën (7.5), marrim kriterin Nusselt, ku n=0.4 - në kushtet e ngrohjes së lëngshme, dhe n=0,3 - në kushtet e ftohjes së lëngshme.
Më pas, duke përdorur formulën (7.6), llogarisim koeficientin e transferimit të nxehtësisë nga çdo ftohës në mur dhe duke përdorur formulën (7.7), llogarisim koeficientin e transferimit të nxehtësisë, të cilin e zëvendësojmë me formulën (7.2.1) për të llogaritur sipërfaqen e sipërfaqes së shkëmbimit të nxehtësisë.
Në formulat e treguara, λ është koeficienti i përçueshmërisë termike, ϭ është trashësia e murit të kanalit, α1 dhe α2 janë koeficientët e transferimit të nxehtësisë nga secili prej bartësve të nxehtësisë në mur.
