Бережем тепло

0
99

 

 

 

Теплообменники 

Аппараты по теплообмену различных конструкций имеют достаточно широкий круг применения в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. 

В последние годы к быстрому совершенствованию их конструкций привело стремление создать наиболее технологичные в изготовлении и экономичные теплообменные аппараты. Наивысшей тепловой эффективностью характеризуются пластинчатые теплообменники, которые позволяют обеспечить достаточно высокие коэффициенты теплопередачи без значительного роста гидравлического сопротивления. 

В этих аппаратах привлекает больше всего наименьший расход материалов на единицу тепловой производительности, унификация узлов и деталей, а также технологичность механизированного изготовления разнообразных поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур и давлений. 

Потребители отдают наибольшее предпочтение пластинчатым теплообменникам за их надежность и герметичность в комплексе с разборностью и доступностью к поверхности теплообмена для механической очистки ее от загрязнений, а также за их компактность, благодаря которой идет значительное сокращение площадей, занимаемых теплообменной аппаратурой. 

Одной и наиважнейших особенностей устройства пластинчатых теплообменников является конструкция и форма поверхности теплообмена и каналов для рабочей среды. Поверхность теплообмена образуется отдельными пластинами, а каналы для рабочей среды имеют щелевидную форму. Рабочая среда движется у поверхности теплообмена тонким слоем, что способствует интенсификации процесса теплоотдачи. Весьма разнообразны формы пластин и профили их поверхностей, конструкции же данных изделий порой ужасно сложны и очень мало напоминают пластины, что по отношению к некоторым конструктивным формам термин «пластина» должен рассматриваться как условный. 

Пластины же расположены параллельно друг другу, причем между рабочими поверхностями двух смежных пластин создается некий зазор, образующий отдельный канал именно для рабочей среды, которая подвергается нагреванию или охлаждению. 

Из-за малой толщины пластин и параллельной их расстановке с малыми интервалами рабочая поверхность теплообменника может быть расположена в пространстве наиболее компактно — с плотностью, недостижимой в других типах жидкостных теплообменников. 

Пластинчатые теплообменные аппараты обладают значительно меньшими и габаритами при равной тепловой нагрузке, и металлоемкостью, чем аппараты типа «труба в трубе», кожухотрубные и другие с достаточно высокой эффективностью теплообмена. 

Технические показатели теплообменного аппарата определяет конструкция пластин. От формы, размеров и конструктивных особенностей пластин зависят интенсивность теплоотдачи, надежность аппарата, технологичность и трудоемкость его изготовления, а также эксплуатационные данные. 

Когда мы сравниваем плюсы и минусы различных конструкций каналов теплообменников бывает особенно важно правильно оценивать энергоемкости процесса конвективного теплообмена. Наиболее выгодным по количеству энергии, затрачиваемой на процесс теплообмена, представляется такой канал, использование которого позволяет для заданных расхода и температуры рабочей среды при одинаковом гидравлическом сопротивлении сконструировать теплообменник с наибольшим коэффициентом теплопередачи и наименьшей площадью поверхности теплообмена. 

Самым распространенными в нынешних теплообменных аппаратах являются пластины ленточно-поточного и сетчато-поточного типов. Данные пластины имеют повышенную жесткость по сравнению с плоскими пластинами. Именно при наличии гофр на поверхности теплообмена создаются извилистые щелевидные межпластинные каналы, в которых достигается значительная турбулизация движущихся рабочих сред при сравнительно малых скоростях потока. 

Пластины с горизонтальными гофрами треугольного, синусоидального или иного профиля являются весьма эффективными из ленточно-поточных пластин. Конструкции данных пластин отличаются разнообразием в формах и размерах деталей, но для всех них весьма свойственны наличие периодически повторяющихся гофр, ориентированных параллельно меньшей стороне пластины. Форма потока жидкости между пластинами подобна форме волнистой гофрированной ленты, причем геометрические характеристики потока могут быть различными, но во всех случаях поверхность омывается поперек гофр. 

Когда пластина находится в рабочем положении, она обычно подвергается различному давлению рабочих сред с обеих сторон, что может вызвать ее прогиб в сторону меньшего давления. Для того, что бы предотвратить такие деформации на каждой пластине имеются вертикальные ряды дистанционных опорных выступов, которые создают многочисленные точки опоры между пластинами. 

Применение пластин ленточно-поточного типа имеет ряд своих собственных особенностей. 

При соединении пластин выступающие элементы профиля одной пластины входят во впадины между элементами профиля другой. Это заставляет предъявлять довольно строгие требования к взаимному положению пластин по вертикали. 

При смещении пластин в вертикальном направлении величина зазора между ними изменяется, что сопровождается резким увеличением гидравлических сопротивлений. 

Поток жидкости в каналах, сооруженных из пластин сетчато-поточного типа, меняет направление своего движения в двух плоскостях. Что разрешает при равных средних скоростях движения (по сравнению с гладкостенными и ленточно-поточными каналами) существенно интенсифицировать теплоотдачу и уменьшить удельную рабочую поверхность аппарата. 

В таких пластинах, как сетчато-поточные турбулизирующие элементы профиля используются одновременно и для создания равномерной сетки взаимных опор между пластинами, что позволяет значительно повысить жесткость пакета и обеспечить его работоспособность при более высоких давлениях. 

Интенсивность теплообмена увеличивает пульсация потока теплоносителя, постоянно разрушая пограничный слой. Она возникает в каналах, имеющих области сужения и расширения потока. 

Если рассматривать раздел экономии топливно-энергетических ресурсов, то там разработаны пластинчатые теплообменники — полуразборный ТАРС-0,2 и полностью разборный TAP-0,4, в которых используется канал типа «диффузор — конфузор». 

Когда жидкость течет по диффузору (градиент давления положительный) это сопровождается ростом турбулентности потока, в результате чего интенсивность теплообмена между жидкостью и теплопередающей стенкой возрастает. 

А течение в конфузоре (градиент давления отрицательный) связано с уменьшением интенсивности теплообмена из-за прекращения генерации турбулентности и вырождения остаточной турбулентности. В случае, если газ течет в канале, представляющем собой последовательное чередование диффузоров и конфузоров, энергия турбулентности, накопленная потоком в диффузоре, может быть полезно использована в конфузоре. Итак, при помощи создания внутри потока неоднородностей давления можно интенсифицировать теплообмен в канале, по которому он протекает. 

От относительной протяженности конфузорных и диффузорных частей, соотношения между входными и выходными сечениями диффузоров и формы кромки зависит интенсивность теплообмена и гидравлическое сопротивление канала. Изменение же соотношения между протяженностью диффузорных и конфузорных частей канала приводит к изменению относительной длительности действия положительных и отрицательных градиентов давления, а также соотношения между их абсолютными значениями. Если уменьшить соотношение «диффузор-конфузор» от 5 : 1 до 1 : 3, то положительные градиенты давления не изменяются, а отрицательные уменьшаются по абсолютной величине при одновременном увеличении длительности их действия. 

Конструкции пластин теплообмеников ТАРС-0,2 и ТАР-0,4 устроены таким образом, что форма поверхности пластин обеспечивает пульсирующее движение жидкости в каналах, образованных из этих пластин, при этом площади контакта поверхностей в канале минимальны. Образованные каналы вышеописанным способом характеризуются различным гидравлическим сопротивлением и соответственно различными коэффициентами теплопередачи. Использование данных двух пластин в одном теплообменнике позволяет нам уравнивать коэффициенты теплоотдачи обоих теплоносителей в том случае, когда они имеют различные теплофизические свойства или их расходы не равны друг другу. 

Пульсирование жидкости в канале, образованном такими поверхностями, достигается при помощи соответствующей ориентации гофр по отношению к осям теплообменных пластин. 

Конструкции теплообменных пластин разрешают получить в теплообменнике каналы типа «диффузор-конфузор», обеспечивающие увеличение коэффициента теплопередачи по сравнению с известными типами пластин. 

Конструкции обеих пластин имеют следующие особенности: 

пластины технологичны для холодной штамповки и удобны для эксплуатации с точки зрения загрязнения и очистки; 

они обеспечивают жесткость конструкции каналов теплообменника и выравнивание средней скорости рабочей среды по ширине канала. 

Гофры используются в качестве турбулизирующих элементов, которые очень аккуратно распределены по поверхности пластины. Гофры расположены таким образом, что отсутствуют прямые проходы, которые представляют собой прямые линии наименьшего сопротивления для движения струй жидкости как в средней зоне, так и по краям, в зоне расположения прокладок. Теплообменники ТАРС-0,2 и TAP-0,4 предназначены для использования в системах отопления и горячего водоснабжения. 

Полуразборный теплообменник набирается из таких секций, которые образованы при помощи попарной сварки теплообменных пластин. Эти секции в теплообменнике собираются через уплотнительные прокладки, которые приклеиваются к поверхности пластин. Сварные секции в полуразборном теплообменнике предназначены для работы в условиях высоких температур (150°С) и высоких давлений (1,6 МПа). Наибольшая площадь теплообменной поверхности теплообменника ТАРС-0,2 составляет 70 м2. 

Представитель же нового поколения пластинчатых теплообменников — полностью разборный теплообменник ТАР-0,4 собирается из теплообменных пластин через уплотнительные прокладки. В теплообменнике впервые применена уплотнительная прокладка такого профиля, с которым без протечек выдерживать высокие давления в полостях без сваривания пластин в секции. Испытания дали свои выводы, которые показали, что новый теплообменник может выдерживать давления в полостях не менее 2,8 МПа. Конструкция уплотнительной прокладки позволяет исключить фиксацию с помощью клея. 

Наибольшая площадь теплообменной поверхности теплообменника ТАР-0,4 составляет 140 м2. 

Для использования вторичных энергоресурсов одна фирма разработала конструкцию теплообменников-утилизаторов. 

Для работы в системе охлаждения компрессоров предназначен теплообменник ТТУ-1 в качестве дополнительного элемента для нагрева сетевой воды теплотой сжатого газа. 

Данный теплообменник состоит из двух секций, соединенных последовательно по газовому тракту, а также подводящих и отводящих патрубков для теплообменивающихся сред. 

Каждая из этих секций включает в себя: корпуса, пучок спиральнонакатанных биметаллических труб, расположенных в шахматном порядке. 

Теплообменника ТТУ-1 имеет следующие характеристики. 

Для охлаждаемой среды (азот, воздух) расход — до 15 тыс. м3/ч, температура — до150°С. Для нагреваемой среды (вода) расход — до 30 м3/ч, температура — до 90 °С, масса — 1100 кг и тепловая мощность — 0,3 Гкал/ч. Для использования теплоты сточных вод «БелНИИС» разработал два вида теплообменников-утилизаторов. 

В основу конструкции этих теплообменников положена сварная секция теплообменника ТАРС-0,2. 

Гелиоприемник

Использование солнечной энергии для горячего водоснабжения и отопления, получило широкое распространение во всем мире. 

Продолжительность сияния солнца и суммарная солнечная радиация на территории Беларуси имеют такие же численные значения, как в странах Западной Европы с умеренным климатом, а среднемесячная солнечная радиация даже выше, чем в северной Германии, Швеции, Англии, которые считаются лидирующими в Европе по выпуску и применению гелиоэнергетического оборудования. 

Широко используются плоские солнечные коллекторы в установках солнечного теплоснабжения, площадь которых должна быть примерно 1,0-1,5 м2 на человека. Угол наклона солнечного коллектора к горизонту должен быть равен географической широте места (для Минска — 54°). Устанавливается коллектор с южной ориентацией. 

Важнейшим и практически основным элементом конструкции коллектора является плоская панель, набираемая из неразборных секций теплообменника ТАРС-0,2. Сами же секции изготавливаются из нержавеющей стали и имеют каналы для циркуляции теплоносителя. 

Каждая из этих секций снабжена двумя соединительными патрубками, благодаря расположению которых позволяет соединять их между собой. Коллектор устанавливается в теплоизолированном корпусе со стеклянной крышкой. 

На металлическую поверхность секций, которые направлены к солнцу, наносится черное лакокрасочное абсорбирующее покрытие с наполнителем из металлических опилок, ориентированных в процессе нанесения покрытия перпендикулярно к поверхности секции с помощью магнитного поля. 

Данное покрытие обеспечивает нам высокий коэффициент поглощения при малом коэффициенте собственного излучения. Рабочая поверхность коллектора -1,3 м2; температура нагрева воды — от 50 до 80°С; производительность — до 100 л в день. 

Коллектор Геус-1 (который основан на солнце) может быть использован для систем горячего водоснабжения квартир, расположенных в надстраиваемых мансардных этажах. Этот коллектор может быть включен в состав покатой крыши в качестве конструктивного элемента. 

Вода, нагретая в солнечном коллекторе, циркулирует в первичном контуре, включающем бак-аккумулятор с водой и теплообменник, также изготовленный из секций теплообменника ТАРС-0,2. В теплообменнике вода нагревается в находящейся баке-аккумуляторе, которая используется для горячего водоснабжения. 

Для того, чтобы компенсировать недостающий материал системы горячего водоснабжения в ночное и зимнее время догрев воды в баке-аккумуляторе происходит во вторичном контуре от тепловой сети. Теплообменник вторичного контура также изготавливается из секций теплообменника ТАРС-0,2. 

Значительно упростит организацию выпуска энергосберегающих систем применение одного теплообменного элемента, изготавливаемого с использованием высоких технологий, для трех видов теплообменников, включая и гелиоприемник,. 

Теплозащита зданий 

Насущной необходимостью для Беларуси на данные момент является проектирование и строительство зданий, потребляющих минимальное количество тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжение, не обеспеченной в достаточной степени собственными топливными ресурсами. Реализация данной идеи будет способствовать коренным изменениям в подходах к строительству жилья. Здание с минимальным потреблением тепловой энергии — это здание, в котором теплопотери через оболочку сведены к экономически обоснованному минимуму. 

Известный факт, что теплопотери здания уменьшаются соответственно увеличению сопротивления теплопередаче всех элементов его ограждения. Но при таком использовании распространенных в настоящее время утеплителей затраты на строительство суперизолированных зданий достаточно высоки. Итак, для энергоэффективного строительства требуется изначально новая теплоизоляция, такая, которая обеспечит повышение теплозащитных характеристик здания без увеличения его стоимости и массы 

Метод магнетронного напыления в вакууме является наиболее распространенным в настоящее время способом получения тонких металлических пленок на поверхности полимера. Основной большой плюс этого метода, помимо экологической чистоты, заключается главным образом в возможности легко регулировать толщину покрытия и обеспечивать хорошую воспроизводимость свойств пленок. 

Вакуумные методы нанесения имеют один общий принцип: металл, наносимый на подложку (полимерная пленка или стеклянная поверхность), физическим способом разлагается на атомы или ионы, которые осаждаются на ней и постепенно образуют требуемую пленку. Для того, чтобы мы могли увеличить механическую прочность покрытия производится предварительная ионная очистка поверхности подложки. 

Данный эффект отражательной теплоизоляции построен на использовании теплоизоляционных свойств воздуха, находящегося в замкнутых воздушных прослойках, образованных поверхностями с низкой излучательной способностью, наличие которых позволяет уменьшить радиационный теплообмен. По результатам экспериментов было предложено ряд конструктивных решений такой теплоизоляции, в основу которых положена идея теплопакета как компактного структурного элемента. Размеры теплопакета позволяют свести теплопередачу за счет конвекции к минимуму. 

Термическое же сопротивление теплопакета имеет зависимость от количества заключенных в нем воздушных прослоек (камер). 

Эти проведенные испытания, направленные на определение сопротивления теплопередаче фрагмента наружной стеновой панели с отражательной теплоизоляцией, которая представляла собою девять воздушных прослоек толщиной по 15 мкм, образованных мембранами из алюминизированной полипропиленовой пленки, установленной в деревянном каркасе, показали, что усредненное значение сопротивления теплопередаче через отражательную теплоизоляцию составило 5,58(м°С)/Вт. 

В структуре теплопотерь первое место занимают следующие параметры: поток теплоты, проходящий через окно, отвечающее требованиям нового стандарта Республики Беларусь, в 4-4,4 раза интенсивнее потока, идущего через стеновые конструкции. В 1,5 раза уменьшить теплопотери через окна позволило Трехслойное остекление, введенное новым стандартом взамен двухслойного, но дальнейшее усиление теплозащитных качеств окна с использованием обычного оконного стекла уже исчерпано. 

Металлизированные пленки, нанесенные на поверхность стекла, представляют собой достаточно эффективный способ модификации оптических свойств оконного стекла, позволяющий без изменения его химического состава изменять реакцию стекла на падающее электромагнитное излучение как в видимой, так и в инфракрасной частях спектра. Благодаря соответствующему выбору материала пленок, их толщины, свойств или их комбинирования можно воздействовать на отражение, пропускание и поглощение излучения в требуемых спектральных областях. 

Тепловое излучение должны отражать пленки, (электромагнитные волны, относящиеся к инфракрасной части спектра), при этом стекла с нанесенными на них пленками должны быть максимально светопрозрачными. 

Проведенные одной крупной компанией оптические и теплотехнические исследования пленочных покрытий, наносимых на оконные стекла, позволяют подвести итоги и сделать соответствующие выводы о том, что пленка из индий-олова, нанесенная на стекло методом магнетронного распыления, лишь на 7% снижает пропускание в видимой части спектра, в то время как обладает высокой отражательной способностью (до 90%) в инфракрасной области (от 3500 до 400 см -1). 

Пленка созданная из титана снижает пропускание в видимой области на 19% и отражает 58% инфракрасного излучения в инфракрасном диапазоне.  //www.vemiru.ru

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.