Расчет теплообменника
Расчёт теплообменника: формулы, примеры и быстрый подбор
Расчёт теплообменника — определение тепловой мощности, площади поверхности и гидравлики по вашим данным. Инженеры «МСМ Тепло» рассчитывают пластинчатые, паянные и кожухотрубные аппараты за 30–90 минут: тепловой баланс, температурный напор (ΔTlm), коэффициент теплопередачи и потери давления. Итог — точный подбор под задачу, смету и сроки поставки.
Работаем по всей России и ЕАЭС: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Пермь и другие города.
- Что такое расчёт и когда он нужен
- Данные для расчёта: чек-лист инженера
- Формулы и температурный напор (ΔTlm)
- Пример расчёта: ГВС и контур «вода/гликоль»
- Выбор типа: пластинчатый, Паянный, кожухотрубный
- Материалы, давление, температура и совместимость
- Гидравлика: потери давления и скорости в каналах
- Стоимость, сроки и что влияет на цену
- Микрокейсы: ЖКХ, пищевая, нефтехимия
- FAQ — 10 ответов
Что такое расчёт и когда он нужен
Расчёт теплообменника — это инженерная процедура, где по исходным данным определяют тепловую нагрузку, площадь поверхности теплообмена, количество пластин либо труб, конфигурацию каналов, допустимые потери давления и итоговую мощность. Используется при проектировании новых систем и при проверочном расчёте существующих аппаратов.
- Проектный (конструктивный) — подбирается оптимальный тип и размер под заданные расходы, температуры и ограничения.
- Проверочный — оценивается, хватает ли стандартного аппарата при заданной площади поверхности и габаритах.
Данные для расчёта: чек-лист инженера
Чтобы определить мощность и выбрать аппарат корректно, нужны исходные параметры. Чем точнее вводные, тем точнее результат.
1) Тепловые и температурные
- Назначение: ГВС, отопление, вентиляция, процесс.
- Температуры горячего и холодного теплоносителей на входе и выходе.
- Желаемая тепловая нагрузка (кВт) или требуемый нагрев/охлаждение.
- Температурный график источника (например, 95/70, 80/60).
2) Расходы и гидравлика
- Объёмный или массовый расход по каждому контуру (м³/ч или кг/ч).
- Допустимые потери давления (кПа/бар), наличие насосной станции.
- Качество фильтрации, вязкость и плотность при рабочей температуре.
3) Среды и материалы
- Типы сред: вода, водно-гликолевый раствор, масло, технологическая жидкость, молоко и др.
- Требования по коррозионной стойкости: нержавеющая сталь, титан и пр.
- Материал уплотнений по совместимости со средой и температурой.
4) Монтаж и подключения
- Тип присоединений: резьба, фланцы, санитарные.
- Ограничения по габаритам и месту установки.
- Город и сроки: Москва/Санкт-Петербург/Новосибирск/Пермь/другие.
Формулы и температурный напор (ΔTlm)
Базовая связь тепловой мощности и поверхности описывается уравнением теплопередачи: Q = U × A × ΔTlm, где Q — мощность (Вт), U — коэффициент теплопередачи (Вт/м²·К), A — площадь поверхности (м²), ΔTlm — логарифмический средний температурный напор.
Тепловой баланс по контурам: Q = G · c · ΔT, где G — массовый расход (кг/с), c — удельная теплоёмкость (кДж/кг·К), ΔT — изменение температуры среды. Эти формулы позволяют определить требуемую мощность и площадь поверхности в единицу времени.
| Параметр | Рекомендуемый диапазон | Комментарий |
|---|---|---|
| ΔTlm (°C) | 25–50 | Зависит от схемы (противоток/смешение) и графиков. |
| Потери давления, кПа | 20–60 на контур | Для сетей ГВС/отопления; в процессах — по ТЗ. |
| Скорость в канале | 0,3–0,8 м/с | Баланс эффективности и риска эрозии/шумов. |
| Материал пластин | сталь 1.4404 / титан | Выбор по коррозии и агрессивности среды. |
| Уплотнения | этилен-пропилен / нитрильный / фторкаучук | Совместимость с температурой и средой. |
| Класс давления (PN) | 10–25 | По сети и арматуре, закладывается в расчёт. |
Подсказка: при переменных режимах закладывайте запас по площади поверхности 10–15% — это стабилизирует работу и продлевает ресурс.
Пример расчёта: ГВС и контур «вода/гликоль»
Пример 1 — ГВС в многоквартирном доме
Дано: холодная вода 10→60 °C, расход 12 м³/ч; сетевой теплоноситель 80→60 °C.
Ищем мощность: Q ≈ G·c·ΔT = (12·1000/3600)·4,19·(60−10) ≈ 698 кВт.
Далее: принимаем ΔTlm ≈ 32 °C, U ≈ 2500 Вт/м²·К ⇒ A ≈ 8,7 м². Плюс 10% запаса.
Итог: подбираем пластинчатый разборный аппарат с нужной площадью и потерями давления до 40 кПа.
Пример 2 — чиллер (вода/гликоль)
Дано: контур гликоля 30%: 12→7 °C, 15 м³/ч; контур охлаждающей воды 30→35 °C.
Мощность по балансу: Q ≈ (15·1000/3600)·3,7·(12−7) ≈ 77 кВт.
ΔTlm: при противотоке ≈ 10–12 °C, U ниже из-за вязкости ⇒ A ≈ 6,5–7,2 м².
Итог: возможен паянный пластинчатый аппарат с компактными габаритами и низкими потерями давления.
Выбор типа: пластинчатый, паянный, кожухотрубный
| Критерий | Пластинчатый разборный | Паянный пластинчатый | Кожухотрубный |
|---|---|---|---|
| Эффективность/габариты | Макс. эффективность, компактный | Очень компактный | Крупнее при равной мощности |
| Сервис | Разборка/чистка на месте | Чистка химией, без разборки | Часто демонтаж в цех |
| Температуры/давление | Широкий диапазон | Высокие t/p в компактном корпусе | Высокие t/p, устойчив к загрязнениям |
| Стоимость и сроки | Средние, гибкая комплектация | Ниже при малых/средних мощностях | Выше стоимость металла/изготовления |
| Применение | ГВС, отопление, процессы | Холодоснабжение, рекуперация | Нефтехимия, пар, вязкие среды |
Если сомневаетесь, какой вариант выбрать, отправьте нам задачу — подберём два-три решения с пояснениями и чертежами.
Материалы, давление, температура и совместимость
Материал пластин
- Нержавеющая сталь — универсальна для воды и водных растворов.
- Титан — морская вода, агрессивные среды, высокая коррозионная стойкость.
- Сплавы с повышенной стойкостью — по запросу для химической промышленности.
Уплотнения и режимы
- Этилен-пропилен — вода, отопление, ГВС.
- Нитрильный каучук — масла/углеводороды (с проверкой совместимости).
- Фторкаучук — повышенные температуры и часть химических сред.
Давление и температура
Рабочие диапазоны зависят от серии и конструкции. Для сетей ЖКХ обычно PN 10–16; для промышленности PN 16–25 и выше. Температуры — от холодоснабжения до 150 °C и более по спецификации.
Совместимость со средами
Для молока и пищевой продукции учитывают санитарные требования; для морской воды — стойкость к хлоридам; для масла — вязкость и теплопроводность. Все это закладывается в расчёте.
Гидравлика: потери давления и скорости в каналах
Потери давления влияют на подбор насосов и эффективность. Слишком низкие скорости ухудшают теплоотдачу, слишком высокие — повышают шум и износ.
- Оптимальные потери давления на контур — 20–60 кПа для ГВС и отопления; в технологических контурах задаются проектом.
- Скорости поддерживаем 0,3–0,8 м/с; для вязких сред — пониженные значения.
- Вентиляция/чиллер: следим за кавитацией и корректной работой автоматических регуляторов перепада.
Стоимость, сроки и что влияет на цену
30–90 минут (оперативный ответ с расчётом и спецификацией).
Со склада — 1–3 дня; изготовление стандартов — 5–20 рабочих дней.
Площадь поверхности, материалы, класс давления, присоединения, требования к документам.
Мы подготовим несколько вариантов: базовый (минимальная цена), стандартный (баланс цена/ресурс), усиленный (агрессивные среды, повышенные t/p). В письме вы получите расчёт, подбор, чертёж присоединений и коммерческое предложение.
Микрокейсы: ЖКХ, пищевая, нефтехимия
ЖКХ/ЦТП, город Новосибирск
Цель — стабильная температура ГВС при графике 95/70. Подобрали разборный пластинчатый аппарат с запасом 12% по площади. Потери давления ограничили 35 кПа. Результат: экономия энергии и устойчивый режим в пиковые часы.
Пищевая (молоко), Московская область
Процесс пастеризации чувствителен к чистоте каналов. Рассчитали поверхность исходя из теплопроводности продукта и ограничили скорости для предотвращения отложений. Запланировали регулярную промывку химией, совместимой с материалами.
Нефтехимия, Пермский край
Агрессивные среды и повышенные температуры. Выбрали титановые пластины и фторкаучуковые уплотнения, класс давления PN 25. Проектный расчёт включал проверку на прочность и рекомендации по автоматике.
Холодоснабжение, Санкт-Петербург
Контур вода/гликоль 30%. Учли рост вязкости при низких температурах: скорректировали U и увеличили площадь, сохранив разумные потери давления. Аппарат — паянный пластинчатый, компактная установка.
FAQ — ответы на частые вопросы
1. Какие данные обязательны для расчёта?
Назначение узла, температуры на входе и выходе по обоим контурам, расход (м³/ч) или тепловая нагрузка (кВт), допустимые потери давления, требования к материалам и присоединениям.
2. Чем отличается проектный и проверочный расчёт?
Проектный — когда подбираем тип/размер под заданные режимы. Проверочный — когда оцениваем, справится ли имеющийся аппарат при текущих параметрах и можно ли увеличить площадь.
3. Как быстро выполняется расчёт и что входит в результат?
30–90 минут. Получаете тепловой баланс, ΔTlm, площадь, расчёт потерь давления, выбор материалов, эскиз присоединений и коммерческое предложение.
4. Как рассчитать мощность, если известны только температуры и расход?
Используем Q = G·c·ΔT, где G — массовый расход (кг/с), c — удельная теплоёмкость, ΔT — разность температур. Приближённо для воды: 1 м³/ч ≈ 0,278 кг/с.
5. Что такое логарифмический температурный напор?
Это усреднение разности температур на входе и выходе, учитывающее схему движения потоков. Чем выше ΔTlm, тем меньше требуется площадь поверхности для той же мощности.
6. Как выбрать тип: пластинчатый, паянный или кожухотрубный?
Смотрим на температуру, давление, вязкость и чистоту сред, требуемые габариты и сервис. Для ГВС и отопления чаще берут пластинчатые; для холода и компактности — паянные; для агрессивных/высоких t/p и вязких — кожухотрубные.
7. Какие материалы уплотнений использовать?
Для воды и гликоля — этилен-пропилен. Для масел и части углеводородов — нитрильный. Для повышенных температур/части химии — фторкаучук. Конкретный выбор зависит от состава и температур.
8. Как часто нужна промывка?
Обычно раз в 1–2 года. Интервал зависит от качества воды, фильтрации и режимов. Для пищевой продукции — чаще, с соблюдением санитарных норм.
9. Какой допуск по потерям давления закладывать?
Для сетей ГВС/отопления 20–60 кПа на контур. В технологических задачах — по проекту и возможностям насосов.
10. Где выполняете поставки и как отправить ТЗ?
Поставляем по РФ и ЕАЭС. Отправьте ТЗ на zakaz@msmteplo.ru или позвоните по 8 (800) 302-58-75. Также можно заполнить мини-квиз на этой странице.