一、板式換熱器供熱系統(tǒng)的工作原理

板式換熱器主要由多個板片組裝而成，且各個板片間均留有一定的空隙。當(dāng)流體經(jīng)過板片時，板片之間的間隙能起到冷熱交換的作用。由于流道空間非常小，流體在流經(jīng)板片時的速度較快，易形成湍流，湍流間會形成較大的波紋。湍流波紋的影響大大提升了板式換熱器的換熱性能。與一般的換熱器相比，其換熱性能優(yōu)于一般的換熱器，這是板式換熱器可代替一般換熱器的重要原因之一。此外，湍流波紋還會增強板片的剛度，當(dāng)兩種流體流過板片四個角的孔洞后會在板式換熱器中形成流道，最后形成順向或逆向流動。此時，可將板片當(dāng)作流通介質(zhì)實現(xiàn)熱量的交換，進而完成板式換熱器的供熱環(huán)節(jié)。分析板式換熱器供熱系統(tǒng)可進一步了解其存在的問題，比如板片的承受能力、流程安排能否改變、湍流波紋能否得到有效應(yīng)用等。根據(jù)以上分析，我們應(yīng)不斷優(yōu)化與板式換熱器結(jié)構(gòu)有關(guān)的設(shè)計，從而提升換熱器供熱系統(tǒng)的換熱性能。

二、供熱系統(tǒng)存在的問題

換熱與降壓的匹配問題
對于板式換熱器而言，換熱系數(shù)與通道中流體的流速成正比，即當(dāng)通道內(nèi)流體的速度較快時，換熱系數(shù)會增大，且流速加快會導(dǎo)致流體受到的阻力不斷增加，進而加大了流體壓力的損耗。因此，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)牧魉倩驅(qū)で髩毫p耗與換熱系數(shù)的平衡，從而不斷提升板式換熱器供熱系統(tǒng)的綜合性能。

研究不夠完善
板式換熱器在我國的起步較晚、研究時間較短，這在一定程度上限制了供熱系統(tǒng)的發(fā)展，進而對供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計造成了影響。此外，我國對板式換熱器的研究不夠深入，缺乏一定的技術(shù)專利。因此，相關(guān)部門應(yīng)加大資金投入，購買相應(yīng)的專利。

應(yīng)用場合受限問題
板式換熱器具有獨特的優(yōu)勢，但也存在一些問題。就當(dāng)前供熱系統(tǒng)的設(shè)計而言，存在很多缺陷，比如節(jié)能設(shè)計在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用受到了限制，主要表現(xiàn)在換熱器難以在高溫、高壓的環(huán)境中運行。這是因為板式換熱器中的核心元件為較薄的金屬片，其承受壓力的能力有限，而板式換熱器常用于重工業(yè)生產(chǎn)中，這就需要板式換熱器具備較強的承受壓力的能力。由此可見，對于板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，突破以往應(yīng)用場合的限制是其應(yīng)用節(jié)能設(shè)計的基本條件之一。

三、供熱系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的方法

在分析了板式換熱器的工作原理后，深入了解了影響其換熱性能的因素，比如板片的波紋、流速、換熱系數(shù)、流道的安排等。對于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計而言，應(yīng)充分考慮其影響因素，不斷優(yōu)化供熱設(shè)計中的各個子系統(tǒng)。

3.1、優(yōu)化整體設(shè)計
對于整個板式換熱器供熱系統(tǒng)而言，節(jié)能設(shè)計不只是在供熱系統(tǒng)的設(shè)計環(huán)節(jié)中需要考慮的問題，在換熱器方面也需考慮該問題。因此，在優(yōu)化供熱系統(tǒng)板片的同時，還應(yīng)優(yōu)化板式換熱器的結(jié)構(gòu)和功能，從整體上實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，從而實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計。此外，對于不同的應(yīng)用要求和場合，應(yīng)合理選擇優(yōu)化的方法和系數(shù)。

3.2、優(yōu)化板片設(shè)計
在板式換熱器供熱系統(tǒng)中，優(yōu)化板片是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，主要包括以下兩步：

板片承受壓力的能力對板式換熱器供熱系統(tǒng)的性能影響很大，因此，需要研制一些性能良好的制作材料，這也屬于研發(fā)換熱器的主要研究方向之一。

優(yōu)化板片強度及其表面的波紋。應(yīng)仔細分析板片波紋的類型、高度和波紋角等。只有合理優(yōu)化板片設(shè)計，才有可能實現(xiàn)板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計。

3.3、匹配換熱系數(shù)與壓降
換熱系數(shù)與壓降的匹配主要指平衡流體所受壓力的損耗和換熱系數(shù)。通常情況下，可采用傳熱的單元數(shù)法、對數(shù)的平均溫差法和單側(cè)的壓降最大化的利用法等。這樣做的主要目的是有效分析板片可承受的最大壓降或最適宜的壓降，從而準確推算出流體在流經(jīng)通道時的壓降和流速，從而找到一種壓降值最大的設(shè)計方法，并找到比較合適的換熱系數(shù)與降壓匹配，從而增強板片承受壓力的能力。

合理安排流道
流道安排的合理性與板式換熱器供熱系統(tǒng)的性能有直接關(guān)系。串聯(lián)型、混聯(lián)型的流道安排存在較大的差異，比如在換熱系數(shù)與壓降存在很大的差距時，就需要應(yīng)用混聯(lián)型流程的流道安排。因此，對于板式換熱器供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計而言，既要考慮板式換熱器的應(yīng)用場合，又要考慮其能承受的壓力和流體流速。只有不斷綜合分析各種因素，才能設(shè)計出比較優(yōu)秀的換熱器供熱系統(tǒng)，即最節(jié)能的板式換熱器供熱系統(tǒng)。

總結(jié)：在優(yōu)化板式換熱器供熱系統(tǒng)的設(shè)計方法時，設(shè)計人員應(yīng)明確優(yōu)化的目標和方向，從而實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計，并從供熱系統(tǒng)設(shè)計的具體方法入手，在此基礎(chǔ)上進行整體性的優(yōu)化設(shè)計。只有這樣，才能真正地設(shè)計出與人們需求相符的板式換熱器供熱系統(tǒng)。

1、傳熱系數(shù)高
板式換熱器具有較高的傳熱系數(shù)，一般約為管殼式換熱器的3~5倍。主要原因是流體在管殼式換熱器的殼程中流動時存在著折流板—殼體，折流板—換熱管，管束—殼體之間的旁路，通過這些旁路的流體，沒有充分參與換熱。而板式換熱器，不存在旁路，而且板片的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流，湍流效果明顯（雷諾數(shù)約為150時即為湍流），故能獲得較高的傳熱系數(shù)。

2、對數(shù)平均溫差大
板式換熱器兩種流體可實現(xiàn)純逆流，一般為順流或逆流方式。但在管殼式換熱器中，兩種流體分別在殼程和管程內(nèi)流動。總體上是錯流的流動方式。降低了對數(shù)平均溫差。板式換熱器能實現(xiàn)溫度交叉，末端溫差能達到1℃；管殼式換熱器不能實現(xiàn)溫度交叉（即二次側(cè)出口溫度不能高于一次側(cè)的出口溫度）末端溫差只能達到5℃ 。

3、 NTU大
NTU表示相對于流體熱容流量，換熱器傳熱能力的大小。例如對于已定的傳熱系數(shù)K和熱容量 GCp值，NTU的大小就意味著換熱器尺寸的大小，即傳熱面積的大小。管殼式換熱器的NTU約為0.2~0.3（平均0.25）。（BRS）板式換熱器的NTU約為1.0~3.0（平均2.0）。如在進行一次水14~9℃，二次水13~7℃，一次水流量60m3/h,二次水流量50m3/h換熱時，NTU=(14-9)/1.5=3.33。若采用對稱型（BRS）板式換熱器3.33/2.0 = 1.66≈2流程，A=95m2；而采用管殼式換熱器，則3.33/0.25=13.32≈14流程，A=320m2。
 

4、耐溫承壓能力強
設(shè)計工作壓力可達8MPa，設(shè)計工作溫度達1000℃。

5、 大型化
單板面積達18m2，單臺達10000m2。

6、小型化
單板面積比A4還小。

7、占地面積小
由于板式換熱器NTU 大，故在換熱量相同時，所需的換熱器的尺寸也小。除此之外，板式換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式換熱器的2~5倍，也不需管殼式換熱器要預(yù)留抽出管束的檢修場地，故板式換熱器的占地面積是管殼式換熱器的1/5~1/10。（見圖1-6）

8、重量輕
板式換熱器的板片厚度僅為 0.6~0.8mm,管殼式換熱器的傳熱管厚度為2.0~2.5mm;管殼式換熱器的殼體比板式換熱器的框架重量重得多；故在換熱量相同時，板式換熱器所需的換熱面積比管殼式換熱器小，其重量約為管殼式的1/5。

9、污垢系數(shù)低
垢系數(shù)約為管殼式換熱器的1/10。其原因是板間流體的劇烈湍動，雜質(zhì)不易沉積；板間流道死區(qū)少；不銹鋼換熱面光滑，附著物少；清洗容易等。

10、能實現(xiàn)多種介質(zhì)換熱
若要進行兩種以上介質(zhì)換熱時，則可在板式換熱器中設(shè)置中間隔板。中間隔板的結(jié)構(gòu)，視換熱介質(zhì)的數(shù)目，中間隔板可設(shè)置一個，也可設(shè)置多個。管殼式換熱器無法實現(xiàn)多種介質(zhì)換熱。

11、清洗方便
把板式換熱 器的壓緊螺柱卸掉后，即可松開板束，卸下板片，進行機械清洗。

12、改變換熱面積
多流程組合適應(yīng)新?lián)Q熱工況的要求。

13、工作壓力達8MPa
可拆式板式換熱器是靠墊片密封的，密封周邊長，而且角孔的兩道密封處的支撐情況較差，墊片得不到足夠的壓緊力，所以最高工作壓力僅為2.5MPa。釬焊式、全焊板式換熱器改變了可拆式板式換熱器的密封形式，板殼式換熱器改變了兩種流體的進（出）口形式，提高了板式換熱器的工作壓力。目前釬焊式、全焊板式換熱器承受的工作壓力達3.5~4MPa，板殼式可達8MPa。在可拆式換熱器中，通過在常規(guī)波紋板片上加筋形成波紋管狀通道，除能強化傳熱之外，還增加了板式換熱器的承壓能力。

14、工作溫度達1000℃
可拆式板式換熱器的工作溫度決定于密封墊片能承受的溫度，用橡膠類彈性墊片時，最高工作溫度低于200℃。釬焊式、全焊式和板殼式密封不采用墊片形式，其工作溫度與工藝有關(guān)，目前為-200~1000℃。

15、當(dāng)量直徑大
寬—寬通道，寬—窄通道等大通道板式換熱器的當(dāng)量直徑de達28mm，（北京京海換熱生產(chǎn)的KBB，KNB型板式換熱器屬這種型式），有一側(cè)或兩側(cè)可適用于含纖維、顆粒或高粘度介質(zhì)的換熱。

16、適用流體的范圍更廣泛
可拆式板式換熱器受密封材料的限制，不適合某些流體。釬焊式、全焊式和板殼式不使用密封墊片，故可在高真空條件下使用，適用流體的范圍也擴大了。