换热系数

总换热系数，也称U值，是指热量在一系列介质中传递的优良性，它的单位是W/(m2℃)

蒸汽 VS.热水

下文说明的是如何比较蒸汽和热水在不同介质中的U值，包括膜层和实际壁面材料的系数。

总换热系数受传热介质的厚度和热导率影响。系数越大，热量就越容易从热源转移到被加热的产品上。在热交换器中，总换热系数（U）和热传递率（Q）之间的关系可以用下面的方程来证明：

在公式中

从这个等式可以看出U值与换热率Q成正比。假设换热面积和温差保持不变，U值越大，换热率就越高。换句话说，对已确定的换热器和产品，U值越高，批处理时间越短，产量/收入越高。

计算U值

U值可以用几个方程来确定，其中之一为：

在公式中

热量通过金属壁面传递

以生产热水为例，热传递主要发生在从流体1（热源）通过传导体（金属壁）到流体2（水，被加热的产品）。当然同时也要考虑膜层热阻。这就是为什么在计算流体到传导壁面时要考虑到对流换热系数（h），即膜层系数。

此外，在一些特定的工况，如制药或生物技术行业的工艺加热时，换热过程会通过多层不同的壁面材料。在这种情况下，上述的等式需要对应地加上每一层的壁面厚度与其热导率的比值。

为简化以下的计算，也可以用下列值作为对流换热系数的参考：

举例比较不同热源——蒸汽或热水对U值的影响

举例两个内壁厚度均为15mm的碳钢 (λ = 50 W/(m°C)) 夹套锅，用来加热水，其中一个使用热水作为热源，而另一个使用蒸汽。假设被加热的产品——水的换热系数为1000W/m2 °C，热源热水为3000 W/m2 °C ，蒸汽为10000 W/m2°C，开始计算两个换热工艺的U值。

碳钢夹套锅——比较热水 Vs. 蒸汽热源

热水：

蒸汽：

由此可见，蒸汽的U值相比较热水，高了17%。

现在假设相同的夹套锅，加入了1mm厚的玻璃内衬(λ = 0.9 W/(m ℃))，将这些值加入U值的等式，即可得出下述结果：

玻璃内衬夹套锅——比较热水 Vs.蒸汽热源

热水：

蒸汽：

在这种有其它热阻介入的情况下，蒸汽加热的U值依旧比热水高，虽然只有9%，同时可以看出像玻璃这样导热性差的导热体会极大地影响换热。

因此，对于某些特定的换热设备例如一个碳钢加热釜，如果壁面材料导热性好，将热源从热水变成蒸汽可能会显著提高U值和换热效率。然而，同样的显著效果在带有导热性差的壁面材料（如玻璃内衬）的换热器的场合下是无法达到的。

然而，一些工艺需要某些特定的壁面材料，例如玻璃内衬，防止与产品直接接触发生反应。尽管如此，在这种情况下将热源从热水换成蒸汽依旧可以提高换热率。

进一步理解

积垢

壁面材料的表面积垢对换热器而言是增加了一种额外的换热壁障。产生这种现象的原因有很多，并且可能会同时发生在换热媒介侧和产品侧。一部分原因可能是换热侧的颗粒沉积，以及产品侧温度过高或过低。

例如，有些工况需要提高蒸汽压力来把冷凝水从控制阀出口的液位罐压出；但随着换热器内压力的升高，蒸汽温度也随之升高，这种过热会导致产品侧产生积垢。反之，如果冷凝水在设备内积存，则积存的冷凝水中夹杂的碎屑会在换热侧发生积垢，同时，由于温度降低，当产品粘度无法保持时，会导致在产品侧表面上的结块。

积垢的影响可以通过在上述的等式中加上积垢的厚度 (LF) 与其热导率(λF)之比来进行计算，与前文添加玻璃内衬介质的方法相同，但是对于一个正在使用中的换热器，这通常被并入、表述成一个积垢系数。一般来说，此时U值的比较是指清洗后Vs.使用中。