住宅用新型铜铝散热器评析 - 我爱范文自我鉴定自传范文网论文论文网

摘要本文主要介绍和评析几种以铜管为通水部件、抗蚀能力强、能适应我国一般供暖水质使用要求的新型铜铝散热器，适合于在住宅供暖中使用，可供同行在工程设计和产品开发时参考。

关键词住宅铜铝散热器评析
1 概述
　　
　　我国的住宅建设，在近几十年内每年的建设量约为5.0亿m²，其中较大部分在采暖区，年需散热器约为1.5亿片（折合铸铁四柱--600型散热器）。加上旧房改建及老供暖系统更换散热器，数量会更多一些。由于建设部已明令自2000年10月1日起实施按户计热与控制，并且城市供热方式还是以城市集中供热为主，所以适合热水供暖使用的散热器仍然是我们研究的重点。已于2001年4月1日实施的国家采暖通风与空气调节设计规范采暖部分，对铝制散热器的内防腐及铸铁散热器内腔不含粘砂等问题提出了明确的要求。在现有的各种散热器中，铸铁散热器要推广和采用内腔无粘砂新工艺；钢（板）制散热器沿需解决人防腐技术；铝制散热器按即将实施的建工行业标准要求，必须采用人防腐措施，以能适用于水的pH≤12,氯离子含量≤120ppm的供暖系统。而新型铜铝散热器是以铜管为通水部件、充分发挥铜材耐腐蚀的优点；以铝材做成散热部件，充分发挥铝材密度小、易成型等优点，可以生产在型式、尺寸、重量等方面都能适合住宅使用要求的产品。本文将重点介绍我国目前兴起的几种新型铜铝散热器，以供同行选用或开发产品时参考。
　　
2 住宅对散热器的要求
　　
　　一般说来，住宅用散热器的要求为"安全可靠、轻薄美新"。"安全可靠"包括热工性能及制造质量两大方面。要求在规定的压力条件下不漏水、在与普通钢管近似的有效使用年限内安全工作且散热量无大的衰减、以及不会对人体造成损伤等方面；"轻"指采用钢、铝、铜、塑等薄壁轻型材料生产散热器，以减轻散热器自重，以及在热工性能提高的基础上减少金属用量；"薄"指散热器的厚度（宽度）尽量小一些，以少占平面面积，希望厚度在40～100mm范围内；"美"指散热器的外形、尺度、比例、色彩能与建筑装修协调且有良好的表面处理；"新"造型新颖及新材料、新工艺、新技术的采用。
　　我国是发展中国这，住宅有高、中、低档的判别，所使用的散热器也应当有不同的档次以满足不同标准住宅的要求。但上述的一般要求则是一致的。对此要求，新型铜铝散热器有极大的适应性。面对我国的现实情况，将散热器的通水部件和散热部件区别对待，各用其材分而治之，可能是发展我国散热器生产、保证安全使用的新出路。
　　
3 新型铜铝散热器的主要优点
　　
　　本产品的突出特点就是将散热器中通风部件与散热部件分别处理、发挥铜材耐蚀特长及铝材重量轻、导热好、易成型的特点，具体优点分述于后：
　　3．1 以铜管作通水部件，耐蚀能力强，可以保证使用寿命高于供暖系统所用普通钢管的使用寿命。按国家标准《工业循环冷却水处理规范要求》（GB50050-95），碳钢管壁的年腐蚀率应小于0.125mm/a；铜、铜合金及不锈钢管管壁的年腐蚀率应小于0.005mm/a。亦即铜管的耐蚀能力约为碳钢管的25倍。即是用壁厚0.5mm的铜管也相当于壁厚12.5mm碳钢管的耐蚀年限。
　　3．2 以铜管为通水部件，可以达到较高的承压能力，提高散热器的工作压力。
　　按照国家标准《铜及铜合金拉制管》（GB/T 1527-1997）的规定，对T₂、T₃牌号的铜管，产品的壁厚范围为0.5～10mm，出厂液压试验压力的计算公式为：
　　
　　　　P=2·S·t/(D-0.8t) (MPa)
　　
　　式中，t为壁厚（mm）；D为管外径（mm）;S为允许应力（纯铜为41.2MPa）。按此公式计算求得不同管径及壁厚铜管的出厂试压值见表1，据此可以根据散热器工作压力的要求选用不同壁厚的铜管。
　　
　　　　　　　　　　　　　　常用铜管出厂试验压力计算值（MPa）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1
外径
壁厚（mm）
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
15
2.82
3.40
3.99
　
　
　
　
16
2.64
3.19
3.74
　
　
　
　
19
2.22
2.67
2.13
　
　
　
　
20
2.10
2.53
2.97
　
　
　
　
22
1.91
2.30
2.69
　
　
　
　
25
1.67
2.02
2.36
2.71
　
　
　
27
1.55
1.86
2.18
2.50
　
　
　
41
　
　
1.43
1.63
1.84
2.05
2.26
45
　
　
1.3
1.47
1.67
1.86
2.05
　　注：本表根据GB/T 1527-1997所列计算公式求得。
　　
　　3．3 以铝材作散热部件，密度小、易成形。可按热工及使用要求做成不同形状及尺寸，减轻散热器自重，提高产品的金属热强度。
　　铝材的导热性能好，其密度为2.7g/cm³。而钢为7.8 g/cm³。显然用铝材作散热部件，在达到同样散热面积时的材料重将大大低于碳钢及铸铁。铜铝散热器的金属热强度，一般可达2.2W/(kg·℃)以上，约为铸铁散热器的五倍，钢制散热器的3倍以上。
　　至于铜铝散热器虽然使用了一些铜管，但因壁厚很薄，重量也会相应减少。
　　3．4 采用胀管工艺可保证水道与散热部件的紧密结合。胀管工艺有液压胀管和机械胀管两种，都能满足散热器传热的基本要求。而铜管所需的胀管压力大大低于钢管，便于工艺实施。
　　3.5 生产过程中无污染，可以避免铸铁散热器生产时对环境的极度污染，或其他类型散热器防腐处理等工艺过程中的污
染。

4 几种新型铜铝散热器简介
　　
　　目前我国已出现的铜铝散热器，大致有以下四种形式：
　　（a）罩式铜铝对流散热器：特点是有钢制外罩，罩宽有90、100、120、140mm几种规格；罩高有多种规格。外罩有单体式和连续两种；罩内散热元件为较大尺寸的铜管（Φ27）串铝片.其金属热强度约为2.0～2.3W/(kg·℃)。
　　（b）闭式铜管铝片对流散热器：特点是省去了钢外罩，利用铝翅片折边后造成闭孔气流通道（与闭式钢串片近似）。因而极大的减轻了散热器自身的重量，其金属热强度一般在2.8 W/(kg·℃)以上。
　　（c）铜铝复合柱翼型散热器：特点是外铝内铜，通水部件为薄壁铜管，采用胀管及铜焊技术生产，形式为立管柱翼型。热工性能取决于铝制翼片的构造形式及厚度，一般可达2.0～2.5 W/(kg·℃)。
　　（d）压铸复合铜铝柱翼型散热器：特点是先以铜管焊成骨架，通过压铸工艺做成散热器，然后用丝对连接组合成整组散热器（与铸铁散热器的组合方式相同）。其金属热强度约为1.4 W/(kg·℃)上下。

　　4．1 罩式铜铝对流散热器
　　目前的产品多为两根铜管分别串铝片成为散热元件，外用薄钢板作成对流罩，罩宽多在90～140mm范围内。由于目前尚未制定国家行业标准，所以产品尺寸尚无统一规定，一般是钢制翅片管散热器的尺寸选定。并根据住宅用散热器要求的减少厚度的需要，增加薄型产品。根据目前的产品情况及研究成果，对于罩厚为1200mm的产品，铝片的片距约为6.5～7.1mm；铝板厚度0.4～0.5mm。胀管工艺可用液胀或机械胀。
　　这种散热器。其散热元件由于是铜、铝结合构件，可以满足耐蚀及散热的不同要求。但外罩为薄钢板制作，这是散热器的外表，对加工质量及造型就有较高的要求。目前的产品所用钢板厚度多数较小，难以在加工后保持规正挺直，这是今后应注意研究改进的问题。罩厚120m的产品，罩高为600mm，罩长为1000mm(联箱包在罩内)的标准散热量（Δt=64.5℃）可达1715W，金属热强度可达2.3 W/(kg·℃)。对照国家建工行业标准JG/T3012.12-1998，罩高500mm，罩宽120mm的钢制翅片管对流散热器的标准散热量要求为1650W。为4根散热管。可见本产品用两根铜铝散热元件大致可达到四条钢制散热元件的标准散热量，而其使用寿命却可提高几倍。

　　4．2 闭式铜管铝串片对流散热器
　　从瑞典引进技术并结合我国国情进行技术改进后生产的温控式铜铝对流散热器，实际是在闭式铜铝对流散热器的基础上按订货要求再加装温控阀。主体部分是新式的铜管铝串片（闭式）散热器。这个产品研制中的多项技术改进，提高了闭式串片对流散热器的档次，成为一种新的、装饰性好的超薄型散热器，极适合我国目前住宅的需要。
　　其构造特点为：
　　（1）散热器厚度（宽度）为60mm，高度为300、400 mm。器内为多根Φ16铜和串整片的铝制翼片。散热器内的水道为多管并联单回程环路，器外设同侧进出水口。
　　（2）散热器两头加设装饰性封头，把水管连接件包装起来。
　　（3）散热器上加装横向条式出风口。
　　（4）由翼片折边270°，连续组合后形成闭式气流通道（不需另外加罩）。同时由于两翼片在折边后为凹凸槽对装，可保证组合后的板面平整及严密。
　　（5）铜管与翼片为胀管连接（液胀或机械胀）。
　　按照本产品测试情况，外形全长为1300mm，其内的有效散热管长度为1100 mm（两端各加有100 mm的装饰罩），片高为310 mm，片宽为60 mm，其标准散热量为1388W。对照我国建工行业标准《钢制闭式串片散热器》（JG/T3012·1-1994），中片宽80mm，片高300mm的闭式钢串片散热器，其最小散热量为1188W/m，标准中规定片长计算时不包括联箱在内。而本产品的有效散热管长度为1100mm，折算为1000mm时的散热量即为1261W/ m，超过钢制闭式串片散热器的散热量要求，有利于工程中选用或转换。其金属热强度达2.88 W/(kg·℃)。
　　本产品的突出特点，除前已阐明的铜铝散热器共有的优点外，主要是利用铝片折边形成气流通道，减去了钢制对流罩，简化工艺，节省材料；其二是散热器厚度仅为60mm，可称为超薄型。这就使对流型散热器的厚度达到了目前铝制散热器及其他薄型散热器的厚度，减少占地面积。其三是通过两端加装饰罩使联箱（管）内藏、上顶加装横条出风口、铝片间采用凹凸拼拼装以提高表面平整度，使散热器的外观质量大大提高。
　　我国自20世纪70年代开始引进生产各种钢制散热器以来，闭式钢串片散热器是在引进的基础上经我国创新、改进的一种散热器，适合我国国情、取得了很大的的发展。但对于管式翼片间要求的紧密连接，在工艺保证方面尚有些困难。而闭式铜铝对流散热器，则既有闭式钢串片散热器的优点，同时在型式改进后，外观质量及耐蚀能力均提高了很大的档次；由于铜和胀管所需压力较小，工艺较为简单，胀接工艺可以保证管、片的紧密结合，所以寿命长而传热稳定，是一种非常适合我国国情和住宅使用的中、高档散热器。

　　4．3 铜铝复合柱翼型散热器
　　铝制散热器在无内防府处理的情况下，只能在热媒水的pH=5～8.5的供暖系统中使用，否则会产生极强的碱性腐蚀。但铝制散热量体轻貌美，极受人们欢迎。解决的办法只有两条，一条是研究和搞好内防腐；二是开发铜铝或钢铝复合型散热器。本文所述的铜铝复合柱翼型散热器就是一种铜骨铝貌的新产品。通风部件全部为铜管、散热部件为铝制翼型管，两者通过胀管进行复合，保证传热良好。
　　由于其外貌及外部散热部件与铝制柱翼型散热器雷同，所以其尺寸及散热量也大致相同。金属热强度会略低于对应铝制产品（因这铜的密度8.9g/cm³）。但不会有很大的影响。铜铝复合柱翼型散热器的行业标准尚未制定，尺寸及散热量要求，可参照我国建工行业标准"铝制柱翼型散热器"的相关条文。值得说明的是：由于柱翼型散热器每柱的长度（立柱本身及组装间隙）变化很大，标准中难以一一按单柱尺寸列出。标准中的散热量要求是按不同的同侧接管中心距及散热器厚度（宽度），折算为组合长度L=1000mm时的名义散热量（见表2）。而送检标准样片的组合长度规定为1000 100mm，其内柱数不限。但生产厂家应根据送检样片的真实柱数求出每柱的平均散热量并依此编制产品样本，以便于工程选用。工程中只能按柱数选用，不可能按名义散热量选用。因为多柱组合时，由于每柱长度的不同，不太可能使各厂的产品都正好达到L=1000mm。（铜铝复合柱翼型散热器单柱的长度一般为60～100mm）。
　　
　　　　　　　　　　　　铝制柱翼型散热器的散热量要求
　　　　　　　　　　　　（国家建工行业标准JG 143-2002）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2

项目	符号	单位	参数值
同侧进出口中心距	H₁	mm	300	400	500	600	700
散热器高度	H	mm	340	440	540	640	740
散热器宽度（亦称厚度）	B	mm	50/60
组合长度	L	mm	400～2000
名义散热量（L=1000mmΔt=64.5℃）	Q_m	W/m	800/850	1070/1140	1280/1360	1450/1520	1600/1680
工作压力	P_a	MPa	≥0.8

　　注：1.宽度B为散热器外形最大宽度
　　　　2．名义散热量是根据送栓样片实测数值按长度折算为L=1000mm的相应散热量。
　　　　3．送检样片的组合长度为1000±100mm。
　　　　4．散热器高度H为推荐值。
　　
　　铜铝复合柱翼型散热器中的铝翼管，完全可以采用已有的铝制柱翼型散热器的研究成果，但翼管中圆管的内径必须与所用铜管相配合，并要求一定的椭圆度，以便于串管及控制胀管量。本产品的胀管量一般为0.40～0.60mm，并要达到使铝翼管的圆管也有微胀，确保结合紧密。所用铜管的牌号为T₂、T₃，但由于铜管出厂状态有硬（符号为Y）、半硬（Y2）、软（M）三种，出于加工的需要，本产品立柱部分与铝翼管串装的铜管应用半硬铜管，而上下联箱因钻孔的需要需采用硬铜管。两者的壁厚可按表一选定。
　　本产品的金属热强度略低于全铝产品，但亦可达2.0～2.6W/(kg·℃)。市场销售的热价格亦有内防腐的铝制柱翼型散热器相差不多，约为0.3元/W（按标准散热量计算）。
　　铜铝复合柱翼型散热器的优点，除前述的铜铝散热器共有的优点处，主要有以下几点：一是内铜外铝，铝貌铜骨，可以达到"安全可靠、轻薄美新"的综合要求，基本属于辐射散热器，外表面温度较高，易于被用户接受（相对于对流型散热器而言）。二是充分发挥了铜管耐蚀及铝材质轻并易成开拓的特点，外形变化较多，不仅为热工性能的提高留有余地，并且千姿百态的产品也可满足不同用户的需求。
　　单就不同金属复合柱翼型散热器而言，自然尚有钢铝（碳钢）、不锈钢铝复合等不同产品，各有优点，但不在本文叙述范围之内。仅就胀管工艺而言，铜管是最易胀管的。
　　4．4 压铸复合铜铝柱翼型散热器：该产品的主要优点是原料可以使用废铝（加收废），不仅成本可降低，并为废铝回收开阔出路。并且铸铝产品的整体刚性好。由于生产工艺的限制，在多片组装时接口较多（铸铁散热器亦有此缺点），增加了可能漏水的因素。但这一问题，只要组对及运输（或现场组对）时多加注意，是能够保证不漏水的。
　　
5 设计选用注意问题
　　
　　5．1 对横管式对流散热器而言，由于散热器的管内水流速较高，且不同的采暖系统，该水流差别也较大。而散热量却与管内水流速有直接而明显的关系。目前标准测试是按进、出水温差10℃进行测试，其管内水流速极低。对于较高流速时散热量随水流速变化的计算公式或修正系数却没有给出，所以工程设计人员要特别注意这一问题。也有的产品样本列出了高水流速（0.9m/s）的数值，然后又提供低水流速的衰减系数，但这一方式不符合我国现行测试标准规定，此外就是提供的衰减系数也不一定可靠。如果与实际工程条件有差异，容易导致散热器数量不准。除此而外，管式对流散热器内的小环路有单流程和双流程（或多流程）之分，其阻力也有差异，应当注意。
　　5．2 铜铝（或钢铝）复合柱翼型散热器的选用，要特别注意热工测试报告中的散热量、名义散热量与产品样本所列散热量是否一致，以及顶部装饰罩的加设是否对散热量产生影响等问题。
　　5．3 铜铝散热器是轻型、薄型散热器，外形美观，无需暗装。运输及安装、使用时要仔细对待。
　　以上重点介绍了我国目前兴起的三种铜铝散热器。时代的发展不仅对散热器提出了新的要求，也为散热器使用少量的铜材提供了可能。其实在空调产品、给水管道等方面早就使用铜材。当然，我国幅员广大，散热器需量极大，事实上不可能是一种产品一统天下。但针对我国目前情况，热媒水的管理及水质控制尚难满足钢制散热器的要求，而铜铝散热器可以保证使用要求，能做到设计选用者放心、承包商安心、使用者称心。只要生产厂把住焊接质量关就不会出现严重的漏水事故。我国目前对该产品的研究和开发，已与欧洲等地达到了同步状态，而不像其他散热器那样滞后，这就有可能形成有中国特色新一代散热器，为开辟国际市场创造条件。
　　以上所谈，仅供同行参考。不当之处望指正。
　　
参考文献
　　
　　1 牟灵泉，宋为民，牟冬。再谈住宅供暖散热器的开发
　　　　暖通空调20001年第4期
　　2 牟灵泉，牟萌。我国住宅适用的铜铝散热器
　　　　第十一届全国暖通空调技术信息网论文集，北京：中国建筑工业出版社，2000
　　3 牟灵泉，我国轻型散热器的发展
　　　　中国暖通空调制冷关资讯·技术篇。北京：中国建筑工业出版社，2002

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