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散热器

/radiator/
条目作者周志刚

周志刚

最后更新 2024-12-13
浏览 151
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内部流通热水或蒸汽、表面掠过室内空气而释放热量的供暖设施。

英文名称
radiator
所属学科
土木工程

热水流过散热器温度降低、蒸汽流过散热器凝结释放热量。其表面温度高于供暖房间的空气温度,从而将热媒释放出来的热量传递给房间。房间不断地获得热量,从而保持一定的室内温度,达到供暖的目的。

选择散热器时主要考虑4个方面的要求。

热工性能和机械性。①热工性能要好,传热系数要高。②不同类型的散热器采用不同的措施来获得好的热工性能、高的传热系数。③优化散热器的外形和流道的结构和尺寸。④增加外壁散热面积,如加翼(肋)片。⑤提高散热器周围空气流动速度,如钢制串片散热器加热)。⑥减少散热器各部件间的接触热阻,如钢制板式散热器的面板与背部对流片的牢固焊接、钢制串片式散热器的钢管与串片的紧密嵌套。⑦外表面涂饰辐射系数高的材料等。⑧散热器应具有一定的机械强度和承压能力。⑨安装和使用中不易损坏,能承受供暖系统的最大工作压力。

经济性指标。金属热强度[指1千克质量的散热器、每1℃传热温差下的散热量,瓦/(千克·摄氏度)]高或单位散热量成本(元/瓦)低的散热器,经济性指标高。对相同材质的散热器,可计算金属热强度作为衡量经济性的指标之一;由于材质不同使传热系数有较大差别,对不同材质的散热器,可计算单位散热量的成本作为衡量经济性的指标之一。选用耐腐蚀、使用寿命期长的散热器,成本低。

制造和安装。①制造工艺应简单,适于批量生产,生产过程对环境和人员的不利影响要小。②组对简便,便于组合成所需的散热面积。③安装快捷。④外形尺寸应较小,便于与建筑尺寸配合,少占用房间面积和空间。

外形。外形应美观,便于清扫,与房间装饰协调。表面应光滑,易于清除积灰。

散热器以辐射和对流方式向外传热。大多数散热器同时以对流和辐射散热,称为辐射器;对流散热量几乎占100%的散热器,称为对流器。散热器按材质分为铸铁、钢制和其他材质散热器。

从19世纪开始,主要用灰口铸铁浇铸而成。由于结构简单、水容量大、耐腐蚀、不怕磕碰、价格较低、使用寿命长(甚至长达几十年)。其金属耗量大、金属热强度比其他金属制散热器低,笨重;热惰性大;承压能力较低(一般≥0.5兆帕)。如要求高承压能力时,要选用含稀土的灰铸铁散热器。

铸铁散热器生产为单片状,按所需散热面积用散热器专用对丝将单片连接成组使用。有柱型、翼型、柱翼型和板翼型等(图1)。①柱型散热器(图1a),外形呈中空柱状。根据水流通道的数量分为二柱、三柱和四柱等。有中片与足片之分,分别用于挂墙和落地安装。外形美观,传热系数较大,单片散热量小,容易组对成所需散热面积和清除积灰。②翼型散热器(图1b),在中空盒状外表面铸造有许多翼片。造价较低,但笨重、外形不甚美观,品种单一。外表面的翼片,增大散热器的外表面积和传热量,但不利于清除积灰。单片面积较大,不便组合成所需面积。③柱翼型散热器(图1c),柱型和翼型的结合体,在过水的柱型通道外表面浇铸翼片。组装灵活、外形美观、体型较紧凑。④板翼型散热器(图1d),主体及翼片在散热器的正面形成平面,其他翼片在侧面或后面,组装后在散热器的正面形成大平面。体型紧凑、外形美观,组装灵活、金属热强度高,正面便于擦拭。

图1 铸铁散热器H中片高度H1热媒进出口中心距L单片长度B宽度图1 铸铁散热器

钢制散热器是用钢材经模压、焊接制成的。制造工艺先进,外形美观,体型紧凑。易实现产品多样化、系列化,适于工业化生产。传热系数高于铸铁散热器,金属热强度高[大于1瓦/(千克·摄氏度)]。安装简便,承压能力较高(一般可达到0.8兆帕以上)。但耐腐蚀能力差,怕磕碰,水容量小,热惰性小。施工安装时要防止磕碰,以免表面变形,影响美观。不宜与铸铁散热器混用于同一个间歇供暖的供暖系统中。不宜用于有腐蚀性气体的生产厂房和相对湿度较大的房间。为减缓腐蚀应对供暖系统的充水和补水进行水处理,并实行非供暖期满水养护。

常见钢制散热器有柱型、板型、扁管型和钢管串片等(图2)。

图2 常用钢制散热器图2 常用钢制散热器

钢制柱型散热器(图2a)。其构造和外形与铸铁柱型散热器相似,但外观轻巧、光滑和美观。用1.2~1.5毫米冷轧钢板模压成具有半柱状的半片散热器。由两个半片经滚焊成单片。然后由若干单片串联,用氩弧焊焊制成组的散热器。

钢制板型散热器(图2b)。由面板、背板、对流片、进水口和出水口等组成。面板和背板用1.2~1.5毫米冷轧钢板冲压成具有圆弧形或梯形波纹的矩形钢片。面板与背板上的波纹相对,经滚焊成整体后形成有竖向水道和水平联箱的散热器。联箱上焊接有进、出水口。背板后面可焊对流片增加散热面积。

钢制扁管散热器(图2c)。从正面看,由长方形小扁管平排成平面,从背面看,有联箱和对流片。扁管两端的联箱将小扁管焊成整体,并使各小扁管形成并联水流通道(面板)。点焊的对流片用以增加散热面积。图2c的钢制扁管散热器为单板带对流片的型式,还有双板带对流片(两块面板夹对流片)的型式。

钢制串片散热器(图2d)。由钢管套钢串片制成。钢管规格DN20~DN25、串片为厚0.5毫米的钢板。在所有散热器中该种散热器与光排管散热器的承压能力最高,可达1.0兆帕以上。该种散热器有带罩和无罩两种,有罩钢制串片散热器是典型的对流器。

光排管散热器(图3)。由钢管组合焊接而成,是最早应用的钢制散热器。表面光滑、易于清除积灰、承压能力高、耐用;但较笨重、金属热强度小(耗钢材)、占地面积大。常在现场制作,图3a用于热水供暖系统,过水短管不仅串联各水平钢管,而且起支撑作用;支撑短管仅起支撑作用,无水流通过。图3b用于蒸汽供暖系统,各水平钢管用立置粗短管并联。图中表示出两个凝结水出口,可根据供暖系统的型式选用其中的一个。

图3 光排管散热器图3 光排管散热器

随着金属加工业的发展和市场需求的多样化,铝、铜、钢铝复合、铜铝复合、不锈钢铝复合和搪瓷等材质的散热器也得到发展和应用。铝制或铝合金散热器加工方便、结构紧凑、金属热强度高,重量比钢制散热器还要轻,外形美观,不怕氧腐蚀,但不如铸铁散热器耐用,不能经受碱性水腐蚀、价格高。有铝制柱翼型、管翼型和板翼型。铜制散热器耐腐蚀,使用寿命长,铜的导热性好,承压能力高,易加工,但要消耗有色金属。搪瓷散热器耐腐蚀、使用寿命长、金属热强度较高、外形美观艳丽,节省金属,但怕撞击和碰砸。

散热器的安装在人们经常活动的生产和生活场所,与室内环境和供暖效果密切相关。为了便于施工、备料和管理,一个供暖系统所选散热器种类不宜过多,尽量选用1种,不要多于两种。

不同材质的散热器传热系数差别较大,所要选的散热器应在同类散热器中传热系数高,承压能力应满足要求。由于供暖系统下部各层散热器承受的压力比其他各层大,要求散热器的承压能力应大于供暖系统中底层散热器承受的工作压力。散热器的外形应美观,与室内装饰协调。散热器的外形尺寸能与建筑尺寸匹配。如窗台较低的建筑,在有橱窗、玻璃幕墙的部位不能选尺寸高的散热器。在产尘和对防尘要求较高的工业建筑中,应采用表面光滑、易于清除表面灰尘的散热器。在具有腐蚀性气体的生产厂房或相对湿度较大的车间、地下水为水源且水质或水处理不佳的各类建筑物应用铸铁散热器。只有在水处理后水质指标(含氧量、pH或氯离子含量)达到要求的系统可采用钢制、铝制、铜制散热器。水质要求是:一般钢制散热器pH=10~12,O2≤0.1毫克/升;铝制散热器pH=5~5.8;铜制散热器pH=7.5~10。铜或不锈钢制散热器CI-、SO42-含量均不大于100毫克/升。铝合金散热器不宜用于pH>10、供水温度大于85℃的连续供暖系统。间歇供暖时,同一供暖系统中不宜混用水容量差别较大的、不同类型的散热器。

散热器的平面布置方案见图4。一般沿外墙,特别是在窗下布置(图4a);也可以靠内墙布置(图4b)。布置在外窗下,可提高外墙和外窗下部的温度,阻止渗入室内的空气形成下降的冷气流,房间贴地面处的空气温度较高,减少对人体的冷辐射,人体所在工作区感觉良好。不仅提高房间的热舒适性,而且散热器可少占用室内使用面积。但散热器背面的墙体温度高,增加热损失。靠内墙布置的优点是某些场合下可减少管路系统的长度和节省管材。散热器背面的热损失可有效利用。其缺点是沿房间地面流动的空气温度较低,降低舒适度。不仅占用室内使用面积、影响家具及其他设施的布置,而且天长日久散热器上升气流中所含微尘附着于散热器所在处上方内墙表面,影响美观。

图4 散热器在室内的平面布置图4 散热器在室内的平面布置

各种布置方式下室内的气流循环如图5所示。图5a、图5b为沿外墙布置时的气流循环。图5c为靠内墙布置时的气流循环。散热器的长、宽、高不仅要适应所在位置的建筑结构尺寸,而且在散热器的两侧要留出连接和拆卸接管部件的余地。在窗下布置时,窗台板下的高度不仅要大于散热器的高度,而且要预留安装时下落就位和拆卸散热器时上抬的空间。

图5 散热器不同布置方案下室内空气循环示意图图5 散热器不同布置方案下室内空气循环示意图

散热器可以明装或暗装。明装时易于清除灰尘,布置简单,有利散热。大多数情况下加罩暗装后散热器的散热量减少,为此,装饰罩的正表面应有合理的、足够的气流通道以减少其影响。装饰罩不仅本身要便于嵌固和摘取,而且要便于维修时拆装散热器。暗装散热器设温控阀时,应采用外置式温度传感器。对房间装饰要求较高的民用、公用建筑或幼托机构和老年住所等要防止烫伤和磕碰的场所可加装饰罩暗装。

因热气流自然上升,楼梯间的散热器尽量布置在其底层及下部各层。两道外门之间不能布置散热器,楼梯间底层散热器应远离外门,以防冻害。主要房间尽量不要与辅助房间的散热器串联和共用立管,以免后者维修时影响主要房间供暖。垂直式系统中同一房间的两组散热器可以串联,但串联管的直径应与散热器接口直径相同。

在供暖设计热负荷大的房间布置散热器时,要注意一组铸铁散热器的片数不要大于下列规定:粗柱型20片;细柱型25片。组装长度不宜超过1.5米,以避免试压合格后、成组搬运时连接片与片之间的对丝受力过大,发生泄漏。如计算所得散热器片数超过上述规定,则应将其分为多组布置。

  • 胡必俊.新型供暖散热器的选用.北京:机械工业出版社,2003.
  • 陆耀庆.实用供热空调设计手册.北京:中国建筑工业出版社,2008.

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