КПД пластинчатого теплообменника: что показывает и от чего зависит

Пластинчатые теплообменники широко применяются в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, на производстве, в энергетике и пищевой промышленности. Они передают тепло от одного теплоносителя к другому с минимальными потерями. В обзоре мы поговорим о том, каков КПД пластинчатого теплообменника, как он измеряется, что за факторы на него влияют.

Что такое КПД теплообменника

Коэффициент полезного действия пластинчатого теплообменника – это отношение количества тепла, фактически переданного от одного теплоносителя другому, к максимально возможному количеству энергии, которая могло бы быть передана в идеальных условиях. То есть КПД отражает эффективность теплообмена, показывает, сколько процентов тепловой энергии действительно «переходит» от горячего теплоносителя к холодному, а сколько теряется (например, из-за неидеального контакта с рабочей средой, теплоотдачи в окружающую среду, загрязнений и пр.).

Классическая формула выглядит следующим образом:

КПД = (Qфакт / Qмакс) × 100%,

Где:

• Qфакт – фактическое количество тепла, переданное от горячего теплоносителя холодному, Вт;
• Qмакс – максимально возможное количество тепла, которое могло бы быть передано, Вт.

В инженерных расчетах КПД часто определяется через температурные перепады и массовые расходы теплоносителей:

Q = m × c × Δt,

Где:

• m – массовый расход теплоносителя, кг/с;
• c – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг·°C);
• Δt – разность температур на входе и выходе, °C.

Для пластинчатых теплообменников КПД зависит от конкретной задачи, конфигурации и условий работы. В системах отопления это 85-92%, горячего водоснабжения 90-95%, охлаждение и вентиляция 70-85%. В промышленных процессах КПД может быть 60-95% в зависимости от среды. При идеальных условиях значение может приближаться к 98-99%, но в реальных установках редко превышает 95%.

От чего зависит коэффициент

Эффективность работы теплообменных аппаратов зависит от множества параметров. К ключевым относят:

• Температурный режим. Чем больше разница температур между теплоносителями, тем выше потенциал для теплопередачи. Существует два основных типа температурного напора – среднелогарифмический SLTN (учитывает входные и выходные температуры обоих потоков), абсолютный перепад (разница между температурой горячего и холодного потоков). Чем выше SLTN, тем больше Q и выше КПД.
• Скорость потока и турбулентность. Оптимальная скорость потока (обычно 0,3-1,0 м/с) способствует развитию турбулентного режима, при котором тепло передается эффективнее. Если поток ламинарный (слишком медленный), тепло передается хуже, что является недостатком.
• Конфигурацию пластин. Элементы могут иметь разную гофрировку (угол, шаг, глубина канавок). Чем агрессивнее рисунок, тем выше турбулентность и больше сопротивление. Разные пластины дают разный КПД при одних и тех же условиях.
• Степень загрязнения (засоренность каналов). Накипь, шлам, механические примеси на поверхности пластин резко снижают теплопередачу. Даже 1 мм накипи может понизить КПД на 10-30%.
• Материал и толщина пластин. Пластины обычно изготавливаются из нержавеющей стали или титана. Чем выше теплопроводность материала, тем эффективнее обмен. Толщина пластин также влияет, слишком толстые изделия снижают КПД.
• Герметичность и равномерность протока. Если происходит утечка теплоносителя или один из потоков неравномерно распределяется по пластинам, эффективность работы системы резко падает.
• Тип тепловой схемы. Есть разные схемы движения потоков – противоток (максимальная эффективность), попутный поток, крест-накрест (перпендикулярно), смещенный поток.

Противоток обеспечивает наилучшие условия для теплопередачи и максимальный КПД. Если вы хотите заказать теплообменный аппарат в Москве, получить помощь в выборе, расчетах показателей, оставьте заявку. Наши менеджеры сориентируют по ассортименту и подберут оптимальный по мощности, площади и другим параметрам вариант, учитывая недостатки разных материалов.

Как повысить КПД

Зная преимущества и недостатки пластинчатых теплообменников, особенности их эксплуатации, можно повысить коэффициент полезного действия. Так можно:

• увеличить разность температур между теплоносителями (например, подавать более горячую воду);
• обеспечить противоточное движение;
• регулярно промывать теплообменник (лучше будет использовать химический способ);
• использовать фильтры на входе;
• применять качественные теплоносители;
• избегать слишком медленного или слишком быстрого потока;
• балансировать давление и производительность насосов.

Иногда помогает установить более «агрессивный» рисунок для увеличения турбулентности, подобрать тип гофры под задачу (например, для вязких жидкостей нужна глубокая гофра). Расчеты необходимо делать с запасом, а не впритык, это тоже важно.

• Полезные материалы: Виды теплообменников: конструкция, принцип работы и применение