供暖散熱器設(shè)計管理論文提要為了建立我國散熱器的設(shè)計參數(shù)選用標(biāo)準(zhǔn)，以我國常用的散熱器為對象，以閉式小室檢測室為主要實(shí)驗(yàn)手段，對設(shè)計常用的各種散熱器選用參數(shù)(如不同熱媒、流量、連接方式、表面狀況、片數(shù)和長度等)，進(jìn)行了全面的實(shí)驗(yàn)研究，給出了相應(yīng)的計算選用方法，并對閉式小室檢測值的實(shí)用性進(jìn)行了研究。 關(guān)鍵詞散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱器計算溫差閉式小室標(biāo)準(zhǔn)流量 AbstractInordertoestablishanationalstandardforselectingradiatordesignparametersaresearchgroupmadeaseriesofexperimentsoncommonlyusedradiatorsinclosedtestrooms,inquiringtheeffectsofdifferentheatingmedia,thewaterflowrate,theconnectionmethods,thesurfaceconditions,thenumberofsectionsandthelengthofradiatorsconditions,thenumberofsectionsandthelengthofradiatorsonheatemission,whichproducedsomecorrespondingmethodsforselectinganddesigningradiators.Introducesthisresearchandsomeofitsresults. Keywordsradiatorstandardheat-emissiondesigntemperature-differenceclosedradiatortestroomstandardflowrate 我國供暖散熱器設(shè)計選用時所采用的各種數(shù)據(jù)和修正值，長期沿用原蘇聯(lián)的設(shè)計資料，為了能夠適應(yīng)我國散熱器的設(shè)計工作的需要，提高熱能的有效利用率，在研究我國供暖散熱器工作特性的基礎(chǔ)上，盡快編制出適應(yīng)國情的散熱器設(shè)計選用參數(shù)體系，是建筑發(fā)展的需要。 由中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究所組織，有清華大學(xué)、中國建筑科學(xué)研究院空調(diào)所、哈爾濱建筑大學(xué)、中國建筑學(xué)會暖通空調(diào)委員會工程性能測試小組和北京散熱器廠共同參加的采暖散熱器設(shè)計參數(shù)試驗(yàn)研究課題小組，自1989年起，在我國現(xiàn)有的三個散熱器標(biāo)準(zhǔn)檢測室進(jìn)行了三百余次的試驗(yàn)，完成了課題規(guī)定的研究內(nèi)容；在此基礎(chǔ)上，提出了符合我國國情、接近實(shí)際和可供設(shè)計人員使用的供暖散熱器設(shè)計參數(shù)。這項(xiàng)研究成果于1992年12月通過了建設(shè)部科技發(fā)展司組織的專家鑒定。 1實(shí)驗(yàn)研究的條件 11樣片 111依據(jù)原則 形式目前推行的標(biāo)準(zhǔn)型，以及少數(shù)應(yīng)用比較普遍的型式； 性能技術(shù)指標(biāo)良好且質(zhì)量比較穩(wěn)定的產(chǎn)品； 提供單位取得供散熱器生產(chǎn)許可證、有一定規(guī)模和生產(chǎn)能力的廠家。 112確定的實(shí)驗(yàn)樣片為： 鋼制柱型散熱器GZ4-1.6/6型 GZ3-1.2/5型 鋼制板型散熱器GB2-10/5型 GB2-6/5型 鋼制閉式串片型GCB70-1型 散熱器GCB120-1型 鋼制扁管型散熱器GBG/DL-450型 灰鑄鐵柱型散熱器TZ4-6型 TZ4-5型 TZ2-5型 813型 灰鑄鐵長翼型散熱器TC0.20/5型 TC0.28/5型 灰鑄鐵圓翼型散熱器TY1.0型 灰鑄鐵柱翼型散熱器 12主要實(shí)驗(yàn)條件 散熱器熱工性能試驗(yàn)，是本項(xiàng)課題研究的主要途徑。國際標(biāo)準(zhǔn)的散熱器檢測裝置，是以散熱器在密閉小室內(nèi)散熱為基本特征的，這種試驗(yàn)條件盡管與實(shí)際房間不同，但是，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果所具有的穩(wěn)定性和精確度，卻是在實(shí)際房間實(shí)驗(yàn)時難以達(dá)到的。因此，利用閉式小室對散熱器在不同的型式、連接方式、片數(shù)或長度、熱媒、流量和表面涂料等條件下散熱量變化的規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以得出滿足工程設(shè)計要求的結(jié)論，是不成問題的。 為了給出閉式小室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工程設(shè)計選用值的修正，即解決國際標(biāo)準(zhǔn)檢測值的實(shí)用性問題，中國建筑學(xué)會暖通空調(diào)委員會工程性能測試小組在北京散熱器廠專門設(shè)計建立了符合實(shí)際使用條件的模擬實(shí)際工程散熱器熱工性能試驗(yàn)室。同時，我們還利用哈爾濱建筑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究成果，并參考了一些在實(shí)際房間內(nèi)散熱器熱工性能實(shí)測結(jié)果的報道，以便得出比較可靠的結(jié)論。 2研究內(nèi)容及結(jié)果 21采用同樣連接方式、不同熱媒，散熱量與計算溫差關(guān)系的變化 目前供暖系統(tǒng)采用的熱媒是熱水或蒸汽，本項(xiàng)研究對以高低溫?zé)崴透叩蛪赫羝麨闊崦綍r，散熱器熱工性能的變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。 進(jìn)口溫度的選擇： 熱水：65，75，95，110，130，150 蒸汽：102，135，145，153 對TZ2-5，TZ4-6-5和TC0.28/5散熱器的實(shí)驗(yàn)證明，使用不同熱媒時散熱量的差異將隨計算溫差的增加而變大，但在工程常用的溫度范圍內(nèi)，其散熱量之差不大于3.5%，如表1所示。因此，從工程實(shí)際出發(fā)，可以將常溫條件下的熱工性能檢測公式，直接用于高溫條件的散熱量計算。 表1TZ2-5型散熱器以熱水或蒸汽為熱媒時的散熱量對比 散熱量經(jīng)驗(yàn)公式蒸汽 熱水Q1=4.080T1.376 Q2=5.266T1.317 T/Q1Q2|(Q1-Q2)/Q2|100% 84181318020.63 117286127882.6 127320231063.11 135348333663.50 22熱水流量的對散熱量的影響 隨著散熱器內(nèi)水流量的變化，散熱量也將發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)表明，散熱器按通常的上進(jìn)下出方式連接，相對流量GX（實(shí)際流量G與標(biāo)準(zhǔn)流量Gb之比）小于1.5時，散熱量隨GX的增加而顯著提高，當(dāng)GX大于1.5以后，這種增熱明顯變緩，增益不大。這一規(guī)律可以表達(dá)成多變量函數(shù)形式，為： Q=QTBGC 還有另一種函數(shù)形式為 Q=ATBG/（m+nG） 式中，A,B,C,m和n是不同型式散熱器按各種方式連接時，由實(shí)驗(yàn)確定的參數(shù)，其中，指數(shù)B和C（或m，n）分別反映了計算溫差和流量對散熱量影響的程度。 應(yīng)當(dāng)指出的是，當(dāng)散熱器連接方式不同時，這種變化趨勢雖然存在，但散熱增勢有所不同。所以，在考慮熱水流量G的影響時，還應(yīng)該注意散熱器連接方式的影響。如10片TZ4-5型散熱器，在流量G400kg/h的范圍內(nèi)，同側(cè)上進(jìn)下出連接時，這種關(guān)系為 Q=4.623T1.315G0.018 而異側(cè)下進(jìn)下出連接時，則為 Q=2.700T1.272G0.162 全部由碩士、博士撰寫 保證原創(chuàng)，版權(quán)歸您 保證PASS，否則退款 發(fā)表在CN省級以上刊物 全部由碩士、博士撰寫 保證發(fā)表出刊，否則退款 文章保證省唯一性 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異側(cè)上進(jìn)上出是一種特殊的連接方式，據(jù)國外文獻(xiàn)介紹，這種方式不僅技術(shù)合理，而且成本較低，可降低工程造價。本次實(shí)驗(yàn)研究表明，采用不著進(jìn)上出連接方式的鑄鐵TZ2-5型、TZ4-5型和TC0.28型散熱器，隨著流量逐漸增加，散熱器上部首先被加熱，而散熱器下部形成冷熱分明的”冷袋”。隨后，上部熱表面逐漸擴(kuò)大，下部”冷袋”逐漸縮小為冷的死角，當(dāng)流量升至某一流量Gq時，”冷袋”迅速消失，整個散熱器表面溫度均勻，工作正常，這時，散熱器的散熱量可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)散熱量0.9倍以上。我們將Gq定義為散熱器在上進(jìn)上出連接時的啟動流量。圖1為TZ2-5型散熱器按上進(jìn)上出方式連接得到的Q-G實(shí)驗(yàn)曲線?？梢姡诠こ讨腥舨捎蒙线M(jìn)上出連接方式時，必須保證系統(tǒng)的實(shí)際流量大于啟動流量，才能產(chǎn)生理想的散熱效果。 圖1鑄鐵TZ22-5型散熱器上進(jìn)上出連接時流量對散熱量的影響 24表面涂料對散熱量的影響 散熱器表面少料不同，使散熱器表面輻射黑度不同，這對于通常采用的以輻射為主要散熱方式的散熱器（Radiator）來其影響是值得注意的。據(jù)了解，有的國家已有文規(guī)定，在散熱器表面不得涂飾含有金屬的銀粉漆、金粉漆等。這一規(guī)定無疑對提高散熱器熱工性能和降低供暖設(shè)備初投資有積極意義。雖然早已做過散熱器表面涂料對散熱量影響的實(shí)驗(yàn)研究并積累了很多資料，但在本課題中仍安排了一必要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（見表2），以進(jìn)一步確認(rèn)這一影響的存在，并作出定量分析。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在確定散熱器表面涂料時，應(yīng)盡量不采用銀粉漆等，這樣利于散熱器的輻射傳熱，其結(jié)果是能使散熱量提高10%以上。當(dāng)然，如果所選用的是對流器（如各種帶外罩的對流器，甚至折連的串片散熱器等），由于其輻射傳熱比例小，涂料的影響可忽略。 表2散熱器表面涂料善對標(biāo)準(zhǔn)散熱量的影響/W 散熱器型式 片數(shù)（長度）GCB120-1 1mGB1-10/5 1mTZ4-6-5 10片 銀粉漆10018981224 有光磁漆1007 無光漆1097 調(diào)和漆101311111375 25散熱器片數(shù)或長度對散熱量的影響 檢測散熱器熱工性能時，規(guī)定試驗(yàn)片的條件為每組10片或1m，所以，設(shè)計資料中，一般按W/片或W/m給出散熱器的散熱 量。在設(shè)計選用時，在組散熱器的片數(shù)或長度都不相同，因而就需要將單片或1m的散熱器量，折算成實(shí)際選用條件下的散熱 量。 雖然現(xiàn)有的設(shè)計手冊中給出了散熱器片數(shù)或長度對散熱量的影響及修正系數(shù)，但所列產(chǎn)品型式較少，未能包括目前通過的各種形式，而且所列系數(shù)或源于國外手冊，或取自國內(nèi)零散的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。為此，本課題投入了較多的力量，進(jìn)行散熱器片數(shù)或長度修正系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。所選樣片的片數(shù)變化為3,4,6,8,10,12,14,16,20,25共10種，長度變化為0.6m，1.0m，1.4m，1.8m共4種。取不同片數(shù)（長度）時的散熱量Gp，與10片（或1m長度）時同型散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量GB之比，定為修正系數(shù)，在計算時加修正。對鋼制板型散熱器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。 表3散熱器長度對散熱量的影響 樣片名稱規(guī)格型號1m標(biāo)準(zhǔn)散熱量GB/WGp/GB= 0.6m1.0m1.4m1.8m 板型散熱器GB2-0/510771.0241.0000.9890.982 例如，所選該型鋼制板型散熱器為L=0.60m時，其散熱量為 Q=LGB=1.0240.61077=662W 分析各種散熱器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，即：無論形式如何，當(dāng)散熱器片數(shù)小于10片，或長度不足1m時，修正值大于1，而當(dāng)片數(shù)大于10片，或長度大于1m時，修正值將小于1。這說明散熱器片數(shù)或長度較小時，有效散熱量較大。 26散熱器在上進(jìn)下出連接時水流阻力 在供暖系統(tǒng)水力計算時，要確定熱媒流經(jīng)散熱器處的局部阻力。由流體力學(xué)可知：散熱器的阻力大小，不僅與流量（流速）有關(guān)，還與散熱器的結(jié)構(gòu)和流通路徑有關(guān)。為此，本課題對散熱器在較大流量（流體阻力平方區(qū)）時，上進(jìn)下出連接方式下的水流阻力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。 表4散熱器阻力系數(shù)（G=250kg/h） 散熱器型式片數(shù)或長度同側(cè)上進(jìn)下出異側(cè)上進(jìn)下出 TZ4-6-510片1011 TC0.283片1012 GB1-10/510m5459 GCB120-110m38/ 27閉式小室檢測值的工程實(shí)用性 我國依照國際通用方法，根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，已制訂并頒布了采用閉式小室進(jìn)行散熱器熱工性能檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)，使散熱器牌嚴(yán)格控制的環(huán)境中，精確測量其散熱能力。閉式小室檢測臺的建立和使用，對于我國供暖散熱器的產(chǎn)品開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化，是關(guān)鍵性的條件和保證。 但是由于閉式小室與實(shí)際房間的條件不同，在設(shè)計選用散熱器時，能否直接使用閉式小室的檢測結(jié)果，或者說，散熱器在閉式小室和實(shí)際房間中，散熱量是否有所不同，是一個為設(shè)計工作者所共同關(guān)心的問題。有關(guān)這問題的分析討論已有報道，目前使用的供暖通風(fēng)設(shè)計手冊中也有標(biāo)注：”（閉式小室）測試數(shù)據(jù)比實(shí)際使用情況的條件差，在實(shí)際情況下傳熱系數(shù)將比表列數(shù)據(jù)略高些，”。但是，由于是我國的研究工作開展不多，故無定論。 針對這個問題，北京散熱器廠專門建立了模擬實(shí)際工程散熱器熱工性能試驗(yàn)室。這個裝置參照使小室換氣次數(shù)保持在0.5h-1左右。在試驗(yàn)室與閉式小室試驗(yàn)臺上進(jìn)行了多項(xiàng)次的對比實(shí)驗(yàn)，得出了結(jié)果，見表5。 表5模擬實(shí)際工程散熱器熱工實(shí)驗(yàn)室對比試驗(yàn)結(jié)果 散熱器型號GCB120-1TZ4-6-5GB2-10/5 閉式小室檢測的標(biāo)準(zhǔn)散熱量值/W1003313191076 模擬實(shí)際工程試驗(yàn)室測試的散熱量值/W95914661081 對比/%-7.2+11.0接近 哈爾濱建筑大學(xué)曾在實(shí)際房間內(nèi)進(jìn)行了散熱器的熱工實(shí)驗(yàn)，將散熱量與閉式小室的測定結(jié)果進(jìn)行對比，如表6所示。這一結(jié)果對本項(xiàng)研究有重要參考價值。 表6散熱器在實(shí)際房間比閉式小室散熱量的提高/% 散熱器型號TZ4-6-5TZ2-5鋼柱型串片型TC0.28板型 提高數(shù)/%13.510.610.68.47.06.8 此外，太原工學(xué)院有關(guān)對比的一些測試數(shù)據(jù)，亦用來作為分析研究的參考。 綜合以上各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究可以看出，閉式小室檢測結(jié)果與實(shí)際房間的設(shè)計使用值是不同的。一般來說，在工程設(shè)計時，可以在閉式小室數(shù)據(jù)上給以附加，這種附加不僅與使用條件有關(guān)，而且還與散熱器的型式或傳熱方式有關(guān)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，輻射器的差異較大，而對流器差異略小。 但對表5中出現(xiàn)的串片散熱器散熱量降低的情況應(yīng)做何解釋，還待進(jìn)一步研究。 3結(jié)束語 散熱器設(shè)計選用參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，已取得了一定成果，得出了符合我國散熱器產(chǎn)品現(xiàn)狀、適用于工程設(shè)計選用的參數(shù)（在工程常用范圍內(nèi)），完成了課題的任務(wù)。這一課題完成的意義在于，我國有了自己的設(shè)計參數(shù)系列，填補(bǔ)了供暖設(shè)計研究領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。當(dāng)然，本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究涉及的一些方面，如散熱器實(shí)際設(shè)計修正值與散熱器形式之間的關(guān)系、散熱器上進(jìn)上出連接方式的應(yīng)用、散熱器在不同安裝條件下的散熱等，還有待深入進(jìn)行。從這個意義上說，本課題的研究工作還僅僅是個開始。 我們期望，適合于我國供暖工程設(shè)計需要的供暖散熱器設(shè)計選用參數(shù)手冊盡早面世，以饗讀者。 4參考文獻(xiàn) 1散熱器標(biāo)準(zhǔn)JGJ29.1-32-86. 2EE卡爾畢斯等，張國銘等譯，中央采暖與通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備，建材出版社。9