Теплообменник вода-температура воздуха

У меня были споры с коллегой по поводу температуры жидкости в теплообменнике, и, хотя я думал, что твердо понял принципы, я не очень хорошо отстаивал свою точку зрения.

Я смотрю на катушку воздух-вода для укладчика воздуха. Я выбирал катушку на основе температуры воздуха на выходе ~ 60F (это промышленное помещение с большой вентиляцией). Я использую конденсационные котлы, поэтому я выбрал 180 для температуры воды на выходе и 140 для возврата в самый холодный день, что дает перепад температуры 40 градусов. С воздушной стороны я ввожу 5-градусный воздух (EAT) со скоростью 16000 кубических футов в минуту на одном из воздушных регуляторов. Мой коллега хочет понизить температуру до 140 градусов подачи и возврата 100 градусов, его причина в том, что это будет температурный перепад 40 градусов на стороне воды, поэтому тепловая мощность будет такой же. Я полагаю, что более высокая температура подачи приведет к более быстрой передаче тепла, но у меня не было никаких веских аргументов против его логики. Он просто связывал два эмпирических уравнения для воздуха и воды: [Btu / hr] = 1,08 * CFM * deltaT и [Btu / hr] = 500 * gpm * deltaT, чтобы доказать свою точку зрения. Мой аргумент состоял в том, что это не учитывает передачу тепла от одной стороны катушки к другой, но я не смог адекватно проиллюстрировать свою сторону до такой степени, что он согласится.

Прежде всего, прав ли я, что работа системы при 180 градусах является более эффективным решением, и если да, то как мне вписать теплопередачу теплообменника в систему уравнений?

Надлежащий анализ требует вычисления логарифмического среднего значения дельта Т и понимания конфигурации теплообменника (то есть параллельный поток, поперечный поток и т. Д.). Но на очень высоком уровне это сводится к изменению основного уравнения конвективного теплового потока Q = U A DT, где DT - это разность температур между водой и воздухом. Если предположить, что коэффициент теплопередачи и площадь одинаковы, то более высокий DT обеспечит более высокую скорость теплопередачи.

Уравнения, которые вы привели, применяются к необходимому потоку воды, чтобы обеспечить тепло и увеличение тепла в воздухе. Им нечего сказать, сколько тепла на самом деле будет передано. Используя только эти уравнения, вы можете ввести воду при 73 градусах и отправить ее при 33 градусах, все еще получая падение 40 градусов, но, очевидно, это не сработает, потому что они не учитывают скорость теплопередачи от воды к воздух.

Простой ответ заключается в следующем: уравнение теплообмена учитывает количество времени, в течение которого жидкости находятся в контакте, тогда как уравнение сохранения энергии предполагает, что жидкости находятся в равновесии. Поэтому, если разница температур между двумя жидкостями меньше, необходимо, чтобы жидкости находились в контакте дольше, чтобы получить величину теплообмена, которую вы рассчитываете для более высокой разницы температур. Поскольку уравнения сохранения энергии имеют значения расхода в терминах, это эквивалентно тому, что жидкости движутся по поверхности теплообменника с постоянной скоростью, единственный способ получить такое же количество теплопередачи при меньшем перепаде температур увеличить поверхность теплообменника, чтобы жидкости оставались в контакте в течение более длительного периода времени.