供暖散热器应用研究进展分析和主流趋势

随着我国供暖空调技术的发展，供暖设备的应用研究由于受到工作量大且难度高、而资金不足的困扰，落后于新型散热器的研究开发。近十年来有关散热器应用方面的许多问题，日益被设计和使用单位重视，研究工作有所开展，研究成果不断推出。
　　现将已经取得的部分进展作简单的综合介绍，内容以散热器的应用研究而不以新型散热器开发为主。
　　1.散热器表面涂料对散热器量的影响
　　美国早在20年代即已有研究报道。至80年代，我国先有哈尔滨建工学院的试验，后有清华大学的专题研究。
　　根据国际标准化组织对供暖散热器名称的界定：部分靠辐射散热的称为辐射器（Radiator），几乎完全靠自然对流散热的称为对流器（Convector）。对于辐射器来说，表面黑度将直接影响散热器的辐射散热量，因此，散热器表面涂料的黑度，就显得十分重要了。但对于对流器，这种影响则可忽略。
　　研究结果表明：对于柱型、翼型、板型和扁管型散热器，将传统的银粉漆改为任何颜色的非金属涂料后，可使其标准散热量比涂银粉漆时提高10%以上。这一结论对采用传统涂料银粉漆的铸铁散热器来说尤其重要，也就是由于这个原因，规定铸铁散热器在热工性能检测时表面为铸铁自然状态，不得饰以任何涂料。
　　推广采用百金属涂料，以达到节省所需散热面积的目的，经济效益将是十分显著的；对于这一点工程设计人员若能取得共识，并在设计时注意落实，应该不难实现。但至今我国未能如有的国家那样，作为政府行为，明令禁止在散热器表面涂刷银粉漆。容忍这种状况，已经并且还在继续给我国资源造成巨大的浪费。
　　2.稀土孕育技术的应用
　　由清华大学与河北省冀县暖气片厂合作，研究开发了稀土孕育灰铸铁散热器。利用稀土孕育技术，即铸铁碳当量在4.3%左右，硫磺、磷小于0.1%，锰在0.4～0.8%之间，在熔化铁水的出炉温度大于1300℃时，进行稀土处理。稀土孕育可以净化铁水中所含的氧、硫等元素，增加材料的致密性和连续性，并提高铁水密度和流动性，使共晶团细化；这样既可减薄壁厚，增强材料的抗拉强度约20%，又可改善材料的加工性能，提高产品的成品率。这一技术的应用和推广，是我国铸铁散热器工艺革新方面的新进步。正确运用这一工艺，可以使铸铁散热器具有较高的机械强度，承压能力可达0.8MPa，其技术特性已经正式列入部颁产品标准之中。
　　3.供暖散热器设计参数试验研究
　　由于中国建筑标准设计研究所主持，清华大学、哈尔滨建工学院、中国建筑科学研究院空调所和北京市散热器厂联合完成的《采暖散热器设计参数的试验研究》，已以通过建设部组织的鉴定，这是我国首次利用自己的试验手段，对国产各种型式散热器进行的设计参数试验，内容包括闭式小室检测值与工程设计选用值的对比，各种连接方式、变流量、片数和涂料等影响的修正，高温热媒（热水和蒸汽）设计参数确定和阻力系数。这是一次工作量很大的联合攻关项目。本项课题内容比较实用全面，将为我国供暖工程设计选用的各种参数提供比较科学的数据，标志我国开始结束长期以来引用外国工程设计数据的历史。
　　4.散热器上进上出连接方式
　　从1968年起，这种连接方式的供暖系统即在苏联广泛应用。据介绍可以减少散热器用量的33%，以重量计可减少管材用量的三分之二，而且运行可靠，易于施工。
　　我国已经进行研究并在工程设计中试用
　　研究表明，这种连接方式可以用于我国目前生产的柱型、长翼型、板型等多种连接方式可以选择的散热器，但现行扁管散热器和闭式串片型散热器则不宜使用。实验研究时还发现，散热器上进上出连接时，在流量较小时，散热器下部将出现明显的冷“水袋”，而当流量大于某一启动流量时，散热器表面温度立即变得均匀，且无冷死角。这时的热量几乎等于该散热器在上进下出连接时的标准散热量值。
　　研究的结论是，对于柱（10片）和长翼型（3片）散热器，工程设计时的启动流量约为500kg/h.这种连接方式，对于大面积房间内采用的水平串联系统，且有很大的实用价值。
　　5.钢制散热器耐蚀性研究
　　由中国建筑金属结构协会采暖散热器研究所和中国科技大学联合攻关的项目《国产钢制散热器耐蚀性研究》，已经作为重点研究课题由建设部立项。从阶段性研究报告提供的初步结论可知：
　　①在水质方面，供暖热水中的溶解氧是形成腐蚀的主要因素，充水保养、采取除氧措施或加缓蚀剂，都是必要的。
　　②钢制散热器腐蚀失效与散热器型式有关，依腐蚀造成损害的顺序，一般是柱型→板型→扁管型→串片型。其早期（几天至几个月）失效的主要原因在生产厂，问题产生在制造工艺之中。散热器成型工艺，变形拉伸过大，最易出现针状空孔腐蚀，这是造成腐蚀失重试验表明，缝隙腐蚀发生于一定范围的缝隙之中，控制散热器加中时的缝隙大小，也是防止腐蚀发生的重要措施之一。所以，从工艺入手，早期失效是可以避免的。
　　③应该推荐采用散热器专用型号的钢制薄板；设计出正确的加工工艺规程；利用高科技手段，合理进行板型散热器的型式与结构设计。
　　④采取涂料或表面处理的方法，解决散热器内防腐，在当前不失为一种手段，也是可取的；但需要实践考验，注意经济合理性。
　　近几年来，北京市散热器厂、黑龙江机械工业研究所、河南省沈丘建材厂、山西省文水县凤凰散热器厂、安徽利辛县水暖设备厂和吉林省工具锻造厂等单位，经过努力摸索研究和吸收先进技术，分别采用渗氨技术、阴极电沪涂料技术、热浸铝、热浸锌和内防腐涂料等手段，对钢制散热器进行防腐处理，经三年实际运行考验，其短期有效性是可以肯定的。
　　6.散热器标准检测值与设计选用值的对比
　　这是自我国按国际标准建立散热器热工性能实验室并实施检测以来引起各个有关方面、尤其是设计人员关注的一个问题。关于将检测值换算为工程设计值的问题，哈尔滨建工学院于1990年曾在实际房间内进行了专门的对比试验，结果如下：
　　散热器实际房间的散热器比标准检测值的提高率（%）
　　型式四柱M-132长翼钢柱板型钢串片
　　提高率13.510.67.010.66.48.4
　　尽管对实际房间散热量大于闭式小室检测值，以及上表所列数值差异的原因，还未及研究分析，作出科学的解释，但实际房间内散热器的散热量大于闭式小室检测结果，已可以肯定。据所掌握的资料，国外一些企业在介绍产品性能时，公开用文字说明将闭式小室检测值乘以大于1的数，作为向用户提供的散热数据；同样，国内一些设计单位在设计选用散热器时，已经采取了对标准检测数据给以大于1的修正，也证明了这一点。
　　7.新材质散热器的研制与开发
　　目前，主要有铝制品和塑料制品。国内已经生产的铝制散热器中，由航天部3267工厂利用压力铸造生产的铝制辐射对流型散热器，是一种仿意大利产品，其工艺性好，外型美观，结构紧凑，重量很轻，是国内可以称之为具有装饰功能的高档次铸造散热器，但其工艺难度高，因而售价也高；铝制扁管散热器采用铝合金挤压7015型扁管组合，经氩弧焊接制成扁管型或百面型，产品体轻而用，适宜在潮湿环境中工作，已由山东生产；还有一种由天津和四川等地生产的，利用两张薄铝板兴覆处理，压延结合后，经吹胀形成水道，制成“吹胀式”散热器，这是一种体重更轻的铝制超薄型家用散热器，壁厚仅为0.8mm，承压0.2MPa，散热器外形为600×1000mm时，标准散热量超过100W；但产品抗冲击性和整体刚属于匀较差，在型式设计上还需完善。
　　塑料散热器在西安、北京、山东和浙江等地，均已进行研制。据了解，利用导热塑料或聚丙烯改性增强塑料的散热器已在试制中，型式有肋片型、管柱型和柱型，这种产品外观好，光滑润泽，耐腐蚀且体重较轻，成本仅及同型钢制产品的一半，但由于其材质导热性能变化，散热能力约比同型号钢制散热器低13～20%，在供暖温度下耐压能力较低，甚至有的在供暖温度下塑料变形过大，散热器工作时出现塌腰变形或接口漏水，使用寿命和安全性还需提高。