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提要為了建立我國散熱器的設計參數選用標準，以我國常用的散熱器為對象，以閉式小室檢測室為主要實驗手段，對設計常用的各種散熱器選用參數(如不同熱媒、流量、連接方式、表面狀況、片數和長度等)，進行了全面的實驗研究，給出了相應的計算選用方法，并對閉式小室檢測值的實用性進行了研究。

關鍵詞散熱器標準散熱器計算溫差閉式小室標準流量

AbstractInordertoestablishanationalstandardforselectingradiatordesignparametersaresearchgroupmadeaseriesofexperimentsoncommonlyusedradiatorsinclosedtestrooms,inquiringtheeffectsofdifferentheatingmedia,thewaterflowrate,theconnectionmethods,thesurfaceconditions,thenumberofsectionsandthelengthofradiatorsconditions,thenumberofsectionsandthelengthofradiatorsonheatemission,whichproducedsomecorrespondingmethodsforselectinganddesigningradiators.Introducesthisresearchandsomeofitsresults.

Keywordsradiatorstandardheat-emissiondesigntemperature-differenceclosedradiatortestroomstandardflowrate

我國供暖散熱器設計選用時所采用的各種數據和修正值，長期沿用原蘇聯的設計資料，為了能夠適應我國散熱器的設計工作的需要，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上，盡快編制出適應國情的散熱器設計選用參數體系，是建筑發展的需要。

由中國建筑標準設計研究所組織，有清華大學、中國建筑科學研究院空調所、哈爾濱建筑大學、中國建筑學會暖通空調委員會工程性能測試小組和北京散熱器廠共同參加的《采暖散熱器設計參數試驗研究》課題小組，自1989年起，在我國現有的三個散熱器標準檢測室進行了三百余次的試驗，完成了課題規定的研究內容；在此基礎上，提出了符合我國國情、接近實際和可供設計人員使用的供暖散熱器設計參數。這項研究成果于1992年12月通過了建設部科技發展司組織的專家鑒定。

1實驗研究的條件

1．1樣片

1．1．1依據原則

①形式目前推行的標準型，以及少數應用比較普遍的型式；

②性能技術指標良好且質量比較穩定的產品；

③提供單位取得供散熱器生產許可證、有一定規模和生產能力的廠家。

1．1．2確定的實驗樣片為：

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

1．2主要實驗條件

散熱器熱工性能試驗，是本項課題研究的主要途徑。國際標準的散熱器檢測裝置，是以散熱器在密閉小室內散熱為基本特征的，這種試驗條件盡管與實際房間不同，但是，其實驗結果所具有的穩定性和精確度，卻是在實際房間實驗時難以達到的。因此，利用閉式小室對散熱器在不同的型式、連接方式、片數或長度、熱媒、流量和表面涂料等條件下散熱量變化的規律進行實驗研究，以得出滿足工程設計要求的結論，是不成問題的。

為了給出閉式小室的實驗結果與實際工程設計選用值的修正，即解決國際標準檢測值的實用性問題，中國建筑學會暖通空調委員會工程性能測試小組在北京散熱器廠專門設計建立了符合實際使用條件的模擬實際工程散熱器熱工性能試驗室。同時，我們還利用哈爾濱建筑大學的實驗研究成果，并參考了一些在實際房間內散熱器熱工性能實測結果的報道，以便得出比較可靠的結論。

2研究內容及結果

2．1采用同樣連接方式、不同熱媒，散熱量與計算溫差關系的變化

目前供暖系統采用的熱媒是熱水或蒸汽，本項研究對以高低溫熱水和高低壓蒸汽為熱媒時，散熱器熱工性能的變化進行了實驗。

進口溫度的選擇：

熱水：65℃，75℃，95℃，110℃，130℃，150℃

蒸汽：102℃，135℃，145℃，153℃

對TZ2-5，TZ4-6-5和TC0.28/5散熱器的實驗證明，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，其散熱量之差不大于3.5%，如表1所示。因此，從工程實際出發，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

散熱量經驗公式蒸汽

熱水Q1=4.080ΔT1.376

Q2=5.266ΔT1.317

ΔT/℃Q1Q2|(Q1-Q2)/Q2|×100%

84181318020.63

117286127882.6

127320231063.11

135348333663.50

2．2熱水流量的對散熱量的影響

隨著散熱器內水流量的變化，散熱量也將發生變化。實驗表明，散熱器按通常的上進下出方式連接，相對流量GX（實際流量G與標準流量Gb之比）小于1.5時，散熱量隨GX的增加而顯著提高，當GX大于1.5以后，這種增熱明顯變緩，增益不大。這一規律可以表達成多變量函數形式，為：

Q=QΔTBGC

還有另一種函數形式為

Q=AΔTB[G/（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，由實驗確定的參數，其中，指數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。

應當指出的是，當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G≯400kg/h的范圍內，同側上進下出連接時，這種關系為

Q=4.623ΔT1.315G0.018

而異側下進下出連接時，則為

Q=2.700ΔT1.272G0.162

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供暖散熱器設計參數的實驗研究(2)

編輯：studa9ngns作者：佚名出處：中國論文下載中心日期：2005-12-26

2．3不同連接方式時散熱量的變化

散熱器進出口連接方式對散熱量的影響是不可忽略的。在工程設計時，通常采用的連接方式有：同側或異側的上進下出連接，異側上進上出、下進下出和下進上出連接。國外也有在片式散熱器上采用異側上進上出的連接方式，為此在本項研究中也對這種連接方式做了實驗。

以熱水為熱媒的實驗表明，在標準流量條件下，散熱器連接方式不同，其標準散熱量也不相同，而且上進下出接法，無論同側異側，散熱量基本相同且為最大；此外，各種型式散熱器，下進上出接法時散熱量均為最小，而鋼制板型散熱器，由于結構關系，在下進下出接法時散熱量最小。

異側上進上出是一種特殊的連接方式，據國外文獻介紹，這種方式不僅技術合理，而且成本較低，可降低工程造價。本次實驗研究表明，采用不著進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，上部熱表面逐漸擴大，下部"冷袋"逐漸縮小為冷的死角，當流量升至某一流量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標準散熱量0.9倍以上。我們將Gq定義為散熱器在上進上出連接時的啟動流量。圖1為TZ2-5型散熱器按上進上出方式連接得到的Q-G實驗曲線。可見，在工程中若采用上進上出連接方式時，必須保證系統的實際流量大于啟動流量，才能產生理想的散熱效果。

圖1鑄鐵TZ22-5型散熱器上進上出連接時流量對散熱量的影響

2．4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。據了解，有的國家已有文規定，在散熱器表面不得涂飾含有金屬的銀粉漆、金粉漆等。這一規定無疑對提高散熱器熱工性能和降低供暖設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驗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驗內容（見表2），以進一步確認這一影響的存在，并作出定量分析。

實驗結果說明，在確定散熱器表面涂料時，應盡量不采用銀粉漆等，這樣利于散熱器的輻射傳熱，其結果是能使散熱量提高10%以上。當然，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準散熱量的影響/W

散熱器型式

片數（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

調和漆101311111375

2．5散熱器片數或長度對散熱量的影響

檢測散熱器熱工性能時，規定試驗片的條件為每組10片或1m，所以，設計資料中，一般按W/片或W/m給出散熱器的散熱

量。在設計選用時，在組散熱器的片數或長度都不相同，因而就需要將單片或1m的散熱器量，折算成實際選用條件下的散熱

量。

雖然現有的設計手冊中給出了散熱器片數或長度對散熱量的影響及修正系數，但所列產品型式較少，未能包括目前通過的各種形式，而且所列系數或源于國外手冊，或取自國內零散的實驗參數。為此，本課題投入了較多的力量，進行散熱器片數或長度修正系數的實驗研究。所選樣片的片數變化為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（長度）時的散熱量Gp，與10片（或1m長度）時同型散熱器的標準散熱量GB之比，定為修正系數ε，在計算時加修正。對鋼制板型散熱器的實驗結果列于表3。

表3散熱器長度對散熱量的影響

樣片名稱規格型號1m標準散熱量GB/WGp/GB=ε

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=ε·L·GB=1.024×0.6×1077=662W

分析各種散熱器的實驗結果，可以發現一個規律，即：無論形式如何，當散熱器片數小于10片，或長度不足1m時，修正值大于1，而當片數大于10片，或長度大于1m時，修正值將小于1。這說明散熱器片數或長度較小時，有效散熱量較大。

2．6散熱器在上進下出連接時水流阻力

在供暖系統水力計算時，要確定熱媒流經散熱器處的局部阻力。由流體力學可知：散熱器的阻力大小，不僅與流量（流速）有關，還與散熱器的結構和流通路徑有關。為此，本課題對散熱器在較大流量（流體阻力平方區）時，上進下出連接方式下的水流阻力進行了實驗。部分實驗結果見表4。

表4散熱器阻力系數（G=250kg/h）

散熱器型式片數或長度同側上進下出異側上進下出

TZ4-6-510片1．01．1

TC0.283片1．01．2

GB1-10/51．0m5．45．9

GCB120-11．0m3．8/

2．7閉式小室檢測值的工程實用性

我國依照國際通用方法，根據ISO標準，已制訂并頒布了采用閉式小室進行散熱器熱工性能檢測的國家標準，使散熱器牌嚴格控制的環境中，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品開發和標準化，是關鍵性的條件和保證。

但是由于閉式小室與實際房間的條件不同，在設計選用散熱器時，能否直接使用閉式小室的檢測結果，或者說，散熱器在閉式小室和實際房間中，散熱量是否有所不同，是一個為設計工作者所共同關心的問題。有關這問題的分析討論已有報道，目前使用的《供暖通風設計手冊》中也有標注："（閉式小室）測試數據比實際使用情況的條件差，在實際情況下傳熱系數將比表列數據略高些，……"。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際工程散熱器熱工性能試驗室。這個裝置參照使小室換氣次數保持在0.5h-1左右。在試驗室與閉式小室試驗臺上進行了多項次的對比實驗，得出了結果，見表5。

表5模擬實際工程散熱器熱工實驗室對比試驗結果

散熱器型號GCB120-1TZ4-6-5GB2-10/5

閉式小室檢測的標準散熱量值/W1003313191076

模擬實際工程試驗室測試的散熱量值/W95914661081

對比/%-7.2+11.0接近

哈爾濱建筑大學曾在實際房間內進行了散熱器的熱工實驗，將散熱量與閉式小室的測定結果進行對比，如表6所示。這一結果對本項研究有重要參考價值。

表6散熱器在實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/%13.510.610.68.47.06.8

此外，太原工學院有關對比的一些測試數據，亦用來作為分析研究的參考。

綜合以上各項實驗研究可以看出，閉式小室檢測結果與實際房間的設計使用值是不同的。一般來說，在工程設計時，可以在閉式小室數據上給以附加，這種附加不僅與使用條件有關，而且還與散熱器的型式或傳熱方式有關。從實驗結果看，輻射器的差異較大，而對流器差異略小。

但對表5中出現的串片散熱器散熱量降低的情況應做何解釋，還待進一步研究。

3結束語

散熱器設計選用參數的實驗研究，已取得了一定成果，得出了符合我國散熱器產品現狀、適用于工程設計選用的參數（在工程常用范圍內），完成了課題的任務。這一課題完成的意義在于，我國有了自己的設計參數系列，填補了供暖設計研究領域的一項空白。當然，本項實驗研究涉及的一些方面，如散熱器實際設計修正值與散熱器形式之間的關系、散熱器上進上出連接方式的應用、散熱器在不同安裝條件下的散熱等，還有待深入進行。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計需要的《供暖散熱器設計選用參數手冊》盡早面世，以饗讀者。

4參考文獻

1散熱器標準JGJ29.1-32-86.

2EE卡爾畢斯等，張國銘等譯，中央采暖與通風系統的設備，建材出版社。