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1、供暖散热器设计参数的实验研究 Experiments on the design parameter of radiators 提要 为了建立我国散热器的设计参数选用标准，以我国常用的散热器为对象，以闭式小室检测室为主要实验手段，对设计常用的各种散热器选用参数(如不同热媒、流量、连接方式、表面状况、片数和长度等)，进行了全面的实验研究，给出了相应的计算选用方法，并对闭式小室检测值的实用性进行了研究。关键词 散热器 标准散热器 计算温差 闭式小室 标准流量Abstract In order to establish a national standard for selecting radiat
2、or design parameters a research group made a series of experiments on commonly used radiators in closed test rooms， inquiring the effects of different heating media， the water flow rate， the connection methods， the surface conditions， the number of sections and the length of radiators conditions， th
3、e number of sections and the length of radiators on heat emission， which produced some corresponding methods for selecting and designing radiators. Introduces this research and some of its results.Keywords radiator standard heat-emission design temperature-difference closed radiator test room standa
4、rd flow rate我国供暖散热器设计选用时所采用的各种数据和修正值，长期沿用原苏联的设计资料，为了能够适应我国散热器的设计工作的需要，提高热能的有效利用率，在研究我国供暖散热器工作特性的基础上，尽快编制出适应国情的散热器设计选用参数体系，是建筑发展的需要。由中国建筑标准设计研究所组织，有清华大学、中国建筑科学研究院空调所、哈尔滨建筑大学、中国建筑学会暖通空调委员会工程性能测试小组和北京散热器厂共同参加的采暖散热器设计参数试验研究课题小组，自1989年起，在我国现有的三个散热器标准检测室进行了三百余次的试验，完成了课题规定的研究内容；在此基础上，提出了符合我国国情、接近实际和可供设计人员使
5、用的供暖散热器设计参数。这项研究成果于1992年12月通过了建设部科技发展司组织的专家鉴定。1 实验研究的条件11 样片111 依据原则形式 目前推行的标准型，以及少数应用比较普遍的型式；性能 技术指标良好且质量比较稳定的产品；提供单位 取得供散热器生产许可证、有一定规模和生产能力的厂家。112 确定的实验样片为：钢制柱型散热器 GZ4-1.6/6型 GZ3-1.2/5型钢制板型散热器 GB2-10/5型GB2-6/5型钢制闭式串片型 GCB70-1型散热器 GCB120-1型钢制扁管型散热器 GBG/DL-450型灰铸铁柱型散热器 TZ4-6型 TZ4-5型 TZ2-5型 813型灰铸铁长翼
6、型散热器 TC0.20/5型 TC0.28/5型灰铸铁圆翼型散热器 TY1.0型灰铸铁柱翼型散热器12 主要实验条件散热器热工性能试验，是本项课题研究的主要途径。国际标准的散热器检测装置，是以散热器在密闭小室内散热为基本特征的，这种试验条件尽管与实际房间不同，但是，其实验结果所具有的稳定性和精确度，却是在实际房间实验时难以达到的。因此，利用闭式小室对散热器在不同的型式、连接方式、片数或长度、热媒、流量和表面涂料等条件下散热量变化的规律进行实验研究，以得出满足工程设计要求的结论，是不成问题的。为了给出闭式小室的实验结果与实际工程设计选用值的修正，即解决国际标准检测值的实用性问题，中国建筑学会暖通
7、空调委员会工程性能测试小组在北京散热器厂专门设计建立了符合实际使用条件的模拟实际工程散热器热工性能试验室。同时，我们还利用哈尔滨建筑大学的实验研究成果，并参考了一些在实际房间内散热器热工性能实测结果的报道，以便得出比较可靠的结论。2 研究内容及结果21 采用同样连接方式、不同热媒，散热量与计算温差关系的变化目前供暖系统采用的热媒是热水或蒸汽，本项研究对以高低温热水和高低压蒸汽为热媒时，散热器热工性能的变化进行了实验。进口温度的选择：热水：65，75，95，110，130，150蒸汽：102，135，145，153对TZ2-5，TZ4-6-5和TC0.28/5散热器的实验证明，使用不同热媒时散热
8、量的差异将随计算温差的增加而变大，但在工程常用的温度范围内，其散热量之差不大于3.5%，如表1所示。因此，从工程实际出发，可以将常温条件下的热工性能检测公式，直接用于高温条件的散热量计算。表1 TZ2-5型散热器以热水或蒸汽为热媒时的散热量对比散热量经验公式蒸汽热水 Q1=4.080T1.376Q2=5.266T1.317T/Q1Q2|(Q1-Q2)/Q2|100%84181318020.63117286127882.6127320231063.11135348333663.5022 热水流量的对散热量的影响随着散热器内水流量的变化，散热量也将发生变化。实验表明，散热器按通常的上进下出方式连接
9、，相对流量GX（实际流量G与标准流量Gb之比）小于1.5时，散热量随GX的增加而显著提高，当GX大于1.5以后，这种增热明显变缓，增益不大。这一规律可以表达成多变量函数形式，为：Q=QTBGC还有另一种函数形式为Q=ATBG/（m+nG）式中，A，B，C，m和n是不同型式散热器按各种方式连接时，由实验确定的参数，其中，指数B和C（或m，n）分别反映了计算温差和流量对散热量影响的程度。应当指出的是，当散热器连接方式不同时，这种变化趋势虽然存在，但散热增势有所不同。所以，在考虑热水流量G的影响时，还应该注意散热器连接方式的影响。如10片TZ4-5型散热器，在流量G400kg/h的范围内，同侧上进下
10、出连接时，这种关系为Q=4.623T1.315G0.018而异侧下进下出连接时，则为Q=2.700T1.272G0.162 23 不同连接方式时散热量的变化 散热器进出口连接方式对散热量的影响是不可忽略的。在工程设计时，通常采用的连接方式有：同侧或异侧的上进下出连接，异侧上进上出、下进下出和下进上出连接。国外也有在片式散热器上采用异侧上进上出的连接方式，为此在本项研究中也对这种连接方式做了实验。以热水为热媒的实验表明，在标准流量条件下，散热器连接方式不同，其标准散热量也不相同，而且上进下出接法，无论同侧异侧，散热量基本相同且为最大；此外，各种型式散热器，下进上出接法时散热量均为最小，而钢制板型
11、散热器，由于结构关系，在下进下出接法时散热量最小。异侧上进上出是一种特殊的连接方式，据国外文献介绍，这种方式不仅技术合理，而且成本较低，可降低工程造价。本次实验研究表明，采用不着进上出连接方式的铸铁TZ2-5型、TZ4-5型和TC0.28型散热器，随着流量逐渐增加，散热器上部首先被加热，而散热器下部形成冷热分明的冷袋。随后，上部热表面逐渐扩大，下部冷袋逐渐缩小为冷的死角，当流量升至某一流量Gq时，冷袋迅速消失，整个散热器表面温度均匀，工作正常，这时，散热器的散热量可达标准散热量0.9倍以上。我们将Gq定义为散热器在上进上出连接时的启动流量。图1为TZ2-5型散热器按上进上出方式连接得到的Q-G
12、实验曲线。可见，在工程中若采用上进上出连接方式时，必须保证系统的实际流量大于启动流量，才能产生理想的散热效果。图1 铸铁TZ22-5型散热器上进上出连接时流量对散热量的影响24 表面涂料对散热量的影响散热器表面少料不同，使散热器表面辐射黑度不同，这对于通常采用的以辐射为主要散热方式的散热器（Radiator）来其影响是值得注意的。据了解，有的国家已有文规定，在散热器表面不得涂饰含有金属的银粉漆、金粉漆等。这一规定无疑对提高散热器热工性能和降低供暖设备初投资有积极意义。虽然早已做过散热器表面涂料对散热量影响的实验研究并积累了很多资料，但在本课题中仍安排了一必要的实验内容（见表2），以进一步确认这
13、一影响的存在，并作出定量分析。实验结果说明，在确定散热器表面涂料时，应尽量不采用银粉漆等，这样利于散热器的辐射传热，其结果是能使散热量提高10%以上。当然，如果所选用的是对流器（如各种带外罩的对流器，甚至折连的串片散热器等），由于其辐射传热比例小，涂料的影响可忽略。表2 散热器表面涂料善对标准散热量的影响/W 散热器型式片数（长度）GCB120-11m GB1-10/51m TZ4-6-5 10片银粉漆1001898 1224有光磁漆1007无光漆 1097 调和漆1013 1111 137525 散热器片数或长度对散热量的影响检测散热器热工性能时，规定试验片的条件为每组10片或1m，所以，设
14、计资料中，一般按W/片或W/m给出散热器的散热量。在设计选用时，在组散热器的片数或长度都不相同，因而就需要将单片或1m的散热器量，折算成实际选用条件下的散热量。虽然现有的设计手册中给出了散热器片数或长度对散热量的影响及修正系数，但所列产品型式较少，未能包括目前通过的各种形式，而且所列系数或源于国外手册，或取自国内零散的实验参数。为此，本课题投入了较多的力量，进行散热器片数或长度修正系数的实验研究。所选样片的片数变化为3，4，6，8，10，12，14，16，20，25共10种，长度变化为0.6m，1.0 m，1.4 m，1.8 m共4种。取不同片数（长度）时的散热量Gp，与10片（或1m长度）时同型散热器的标准散热量GB之比，定为修正系数，在计算时加修正。对钢制板型散热器的实验结果列于表3。表3 散热器长度对散热量的影响样片名称 规格型号 1m标准散热量GB /WGp / GB =0.6m 1.0m 1.4m 1.8m 板型散热器 GB2-0/5 1077 1.0241.0000.989 0.982 例如，所选该型钢制板型散热器为L=0.60m时，其散热量为Q=LGB =1.0240.61077=662W分析各种散热器的实验结果，可以发现一个规律，即：无论形式如何，当散热器片数小于10片，或长度不足1m时，修正值大于1，而当片数大于10片，或长度大于1m时，修正值将小于1
