Калькулятор расчёта теплообменника

Калькулятор нужен на этапе предварительного подбора пластинчатого теплообменника для горячего водоснабжения или отопления: чтобы оценить нужную площадь теплообмена, сравнить предложения поставщиков и прикинуть расходы воды в обоих контурах.

Что понадобится:

• тепловая мощность в кВт - из расчёта тепловой нагрузки или технического задания;
• температуры греющего контура на входе и выходе, градусов Цельсия;
• температуры нагреваемого контура на входе и выходе, градусов Цельсия;
• коэффициент теплопередачи в Вт/(кв. м*градус Цельсия) - его дают производители в программах подбора; ориентиры: пластинчатые "вода-вода" обычно 3000-6000, кожухотрубные 800-1500.

Мощность вводите в киловаттах, не в ваттах. Следите, чтобы температуры не были перепутаны местами: расчёт идёт для противотока, где горячая вода на входе встречается с нагретой водой на выходе, а остывшая греющая вода - с холодной на входе. На обоих концах аппарата греющая вода должна быть горячее нагреваемой, иначе теплообмен невозможен и расчёт не выполняется.

Площадь - оценка для предварительного подбора: закладывайте сверху запас 10-20% на загрязнение. Коэффициент теплопередачи зависит от конкретной модели пластин и скорости потоков, поэтому окончательный выбор делайте по программе подбора производителя. Расходы воды в т/ч помогают проверить, какие потоки должны пропускать контуры.

Площадь находится из уравнения теплопередачи (мощность = коэффициент теплопередачи * площадь * средний температурный напор), расходы - из теплового баланса (мощность = расход * теплоёмкость * разность температур) (Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. "Теплопередача", глава о теплообменных аппаратах).

Разность 1 = Греющий на входе - Нагреваемый на выходе
Разность 2 = Греющий на выходе - Нагреваемый на входе
Напор = (Разность 1 - Разность 2) / ln(Разность 1 / Разность 2), а при равных разностях напор = Разность 1
Площадь = Мощность * 1000 / (Коэффициент теплопередачи * Напор)
Расход греющей воды = Мощность / (4,187 * (Греющий на входе - Греющий на выходе)) * 3,6
Расход нагреваемой воды = Мощность / (4,187 * (Нагреваемый на выходе - Нагреваемый на входе)) * 3,6

"Греющий на входе" и "Греющий на выходе" - температуры греющего контура на входе и выходе, "Нагреваемый на входе" и "Нагреваемый на выходе" - нагреваемого, градусов Цельсия. Разность 1 и разность 2 - разности температур на концах аппарата при противотоке, напор - среднелогарифмический температурный напор, градусов Цельсия. Мощность - тепловая мощность, кВт; множитель 1000 переводит её в ватты, потому что коэффициент теплопередачи задан в Вт/(кв. м*градус Цельсия). Площадь - площадь теплообмена, кв. м. 4,187 кДж/(кг*градус Цельсия) - теплоёмкость воды при 20-60 градусов Цельсия по справочным таблицам теплофизических свойств воды; мощность / (теплоёмкость * разность температур) даёт расход в кг/с, умножение на 3,6 переводит его в т/ч.

Округление: температурный напор и площадь - до 0,01, расходы - до 0,001 т/ч. Обе разности на концах аппарата должны быть положительными; если температуры "пересекаются", расчёт не выполняется. Так же и если греющий контур на выходе не холоднее, чем на входе, или нагреваемый не теплеет: теплоноситель, который отдаёт тепло, обязан остывать, а принимающий - нагреваться.

Ограничения: расчёт упрощённый - коэффициент теплопередачи вводится пользователем, потери давления и загрязнение поверхности не считаются. Схема движения - только противоток, теплоноситель в обоих контурах - вода с постоянной теплоёмкостью.

Пример: ГВС 100 кВт, греющий контур 90/70 градусов Цельсия, нагреваемый 10/60 градусов Цельсия, коэффициент теплопередачи 3500 Вт/(кв. м*градус Цельсия).

Разность 1 = 90 - 60 = 30; Разность 2 = 70 - 10 = 60
Напор = (30 - 60) / ln(0,5) примерно 43,28 градусов Цельсия
Площадь = 100 000 / (3500 * 43,28) примерно 0,66 кв. м
Расход греющей воды = 100 / (4,187 * 20) * 3,6 примерно 4,299 т/ч
Расход нагреваемой воды = 100 / (4,187 * 50) * 3,6 примерно 1,720 т/ч