Площадь по мощности: как считать
Основное уравнение теплопередачи Q = k·A·Δt_ср даёт площадь аппарата: A = Q/(k·Δt_ср), где Q — мощность в ваттах, k — коэффициент теплопередачи в Вт/(м²·К), Δt_ср — среднелогарифмический напор. Мощность известна из задачи, напор — из температур сред, а k — самая неопределённая величина: он зависит от типа аппарата, скоростей, свойств сред и загрязнения. Ориентиры для чистых поверхностей: пластинчатый вода — вода 3 000–7 000, вода — гликоль 2 000–4 000, кожухотрубный вода — вода 800–1 500, пар — вода 1 500–3 500, змеевик в баке 300–600, масло — вода 200–450, калорифер вода — воздух 25–70 Вт/(м²·К).
Пример: 50 кВт, греющая 80 → 60, нагреваемая 40 → 65 °C, LMTD 17,4 °C. Пластинчатый аппарат с k = 4 500: A = 50·1000/(4 500·17,4) = 0,64 м², UA = 2 877 Вт/К. Тот же режим в кожухотрубном (k 1 000) потребует 2,9 м² — в четыре с половиной раза больше поверхности, поэтому в тепловых пунктах пластинчатые аппараты вытеснили секционные. Загрязнение с обеих сторон водопроводной водой (R_f = 0,0002 м²·К/Вт на сторону) снижает k до 1 468 и увеличивает площадь до 1,96 м² — трёхкратно; отсюда запас поверхности 10–25 % по СП 41-101 и регламент промывки.
Расходы сторон: греющая 2 148 кг/ч (2,2 м³/ч), нагреваемая 1 718 кг/ч (1,74 м³/ч) — они нужны для подбора насосов и проверки скоростей в каналах (0,3–1 м/с в пластинчатых). Калькулятор считает площадь по четырём температурам, мощности и k (типовой из справочника или свой), показывает UA, расходы и альтернативы по типам аппаратов, а также влияние загрязнения.
Типовые коэффициенты теплопередачи и площадь для 50 кВт
LMTD 17,4 °C из примера; диапазон k зависит от скоростей, свойств сред и загрязнения.
Расходы сторон по мощности и графику
G = Q/(c·Δt) для типовых пар температур — для подбора насосов и проверки скоростей.
Тепловой поток через поверхность аппарата пропорционален коэффициенту теплопередачи, площади поверхности и среднему температурному напору: Q = k·A·Δt_ср, где для противотока и прямотока Δt_ср = (Δt₁ − Δt₂)/ln(Δt₁/Δt₂) — среднелогарифмическая разность температур сред на концах аппарата.— Основное уравнение теплопередачи
Как считать и что проверить
- A = Q/(k·LMTD): 50 кВт при 17,4 °C и k 4 500 — 0,64 м²; кожухотрубный (k 1 000) — 2,9 м².
- k — самая неопределённая величина: берите типовой по типу аппарата и уточняйте по каталогу производителя.
- Закладывайте запас 10–25 % на загрязнение: водопроводная вода снижает k до 1 468 и утраивает площадь (1,96 м²).
- Проверьте расходы и скорости: 2,2 и 1,74 м³/ч — 0,3–1 м/с в каналах пластинчатого аппарата.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном калькуляторе теплообменника; расход и потери контуров — в гидравлике системы отопления, регулирующий клапан теплообменника — в расчёте Kv клапана.
- СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» — расчёт водоподогревателей ГВС и отопления, средняя разность температур, запас поверхности. Минстрой России. 1995.
- ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели водо-водяные систем теплоснабжения. Общие технические условия» — кожухотрубные секционные подогреватели, тепловой расчёт, коэффициенты теплопередачи. Росстандарт. 2005.
- ГОСТ 15518-87 «Аппараты теплообменные пластинчатые. Типы, параметры и основные размеры» — пластины, площади, компоновка. Госстандарт. 1987.
- VDI-Wärmeatlas — коэффициенты теплопередачи типовых теплообменников, поправки на схему тока. Springer. 2013.
- TEMA Standards (Tubular Exchanger Manufacturers Association) — сопротивления загрязнений R_f для воды, масел и пара. TEMA. 2019.
