關(guān)于住宅銅鋁散熱器評(píng)析管理論文
摘要：本文主要介紹和評(píng)析幾種以銅管為通水部件、抗蝕能力強(qiáng)、能適應(yīng)我國一般供暖水質(zhì)使用要求的新型銅鋁散熱器，適合于在住宅供暖中使用，可供同行在工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)時(shí)參考。
關(guān)鍵詞：住宅銅鋁、散熱器評(píng)析
1概述
我國的住宅建設(shè)，在近幾十年內(nèi)每年的建設(shè)量約為5.0億m2，其中較大部分在采暖區(qū)，年需散熱器約為1.5億片（折合鑄鐵四柱--600型散熱器）。加上舊房改建及老供暖系統(tǒng)更換散熱器，數(shù)量會(huì)更多一些。由于建設(shè)部已明令自2000年10月1日起實(shí)施按戶計(jì)熱與控制，并且城市供熱方式還是以城市集中供熱為主，所以適合熱水供暖使用的散熱器仍然是我們研究的重點(diǎn)。已于2001年4月1日實(shí)施的國家采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范采暖部分，對鋁制散熱器的內(nèi)防腐及鑄鐵散熱器內(nèi)腔不含粘砂等問題提出了明確的要求。在現(xiàn)有的各種散熱器中，鑄鐵散熱器要推廣和采用內(nèi)腔無粘砂新工藝；鋼（板）制散熱器沿需解決人防腐技術(shù)；鋁制散熱器按即將實(shí)施的建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，必須采用人防腐措施，以能適用于水的pH≤12,氯離子含量≤120ppm的供暖系統(tǒng)。而新型銅鋁散熱器是以銅管為通水部件、充分發(fā)揮銅材耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)；以鋁材做成散熱部件，充分發(fā)揮鋁材密度小、易成型等優(yōu)點(diǎn)，可以生產(chǎn)在型式、尺寸、重量等方面都能適合住宅使用要求的產(chǎn)品。本文將重點(diǎn)介紹我國目前興起的幾種新型銅鋁散熱器，以供同行選用或開發(fā)產(chǎn)品時(shí)參考。
2住宅對散熱器的要求
一般說來，住宅用散熱器的要求為"安全可靠、輕薄美新"。"安全可靠"包括熱工性能及制造質(zhì)量兩大方面。要求在規(guī)定的壓力條件下不漏水、在與普通鋼管近似的有效使用年限內(nèi)安全工作且散熱量無大的衰減、以及不會(huì)對人體造成損傷等方面；"輕"指采用鋼、鋁、銅、塑等薄壁輕型材料生產(chǎn)散熱器，以減輕散熱器自重，以及在熱工性能提高的基礎(chǔ)上減少金屬用量；"薄"指散熱器的厚度（寬度）盡量小一些，以少占平面面積，希望厚度在40～100mm范圍內(nèi)；"美"指散熱器的外形、尺度、比例、色彩能與建筑裝修協(xié)調(diào)且有良好的表面處理；"新"造型新穎及新材料、新工藝、新技術(shù)的采用。
我國是發(fā)展中國這，住宅有高、中、低檔的判別，所使用的散熱器也應(yīng)當(dāng)有不同的檔次以滿足不同標(biāo)準(zhǔn)住宅的要求。但上述的一般要求則是一致的。對此要求，新型銅鋁散熱器有極大的適應(yīng)性。面對我國的現(xiàn)實(shí)情況，將散熱器的通水部件和散熱部件區(qū)別對待，各用其材分而治之，可能是發(fā)展我國散熱器生產(chǎn)、保證安全使用的新出路。
3新型銅鋁散熱器的主要優(yōu)點(diǎn)
本產(chǎn)品的突出特點(diǎn)就是將散熱器中通風(fēng)部件與散熱部件分別處理、發(fā)揮銅材耐蝕特長及鋁材重量輕、導(dǎo)熱好、易成型的特點(diǎn)，具體優(yōu)點(diǎn)分述于后：
3．1以銅管作通水部件，耐蝕能力強(qiáng)，可以保證使用壽命高于供暖系統(tǒng)所用普通鋼管的使用壽命。按國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范要求》（GB50050-95），碳鋼管壁的年腐蝕率應(yīng)小于0.125mm/a；銅、銅合金及不銹鋼管管壁的年腐蝕率應(yīng)小于0.005mm/a。亦即銅管的耐蝕能力約為碳鋼管的25倍。即是用壁厚0.5mm的銅管也相當(dāng)于壁厚12.5mm碳鋼管的耐蝕年限。
3．2以銅管為通水部件，可以達(dá)到較高的承壓能力，提高散熱器的工作壓力。
按照國家標(biāo)準(zhǔn)《銅及銅合金拉制管》（GB/T1527-1997）的`規(guī)定，對T2、T3牌號(hào)的銅管，產(chǎn)品的壁厚范圍為0.5～10mm，出廠液壓試驗(yàn)壓力的計(jì)算公式為：
P=2·S·t/(D-0.8t)(MPa)
式中，t為壁厚（mm）；D為管外徑（mm）;S為允許應(yīng)力（純銅為41.2MPa）。按此公式計(jì)算求得不同管徑及壁厚銅管的出廠試壓值見表1，據(jù)此可以根據(jù)散熱器工作壓力的要求選用不同壁厚的銅管。
常用銅管出廠試驗(yàn)壓力計(jì)算值（MPa）表1
外徑壁厚（mm）
0.50.60.70.80.91.01.1
152.823.403.99
162.643.193.74
192.222.672.13
202.102.532.97
221.912.302.69
251.672.022.362.71
271.551.862.182.50
411.431.631.842.052.26
451.31.471.671.862.05
注：本表根據(jù)GB/T1527-1997所列計(jì)算公式求得。
3．3以鋁材作散熱部件，密度小、易成形�？砂礋峁ぜ笆褂靡笞龀刹煌螤罴俺叽�，減輕散熱器自重，提高產(chǎn)品的金屬熱強(qiáng)度。
鋁材的導(dǎo)熱性能好，其密度為2.7g/cm3。而鋼為7.8g/cm3。顯然用鋁材作散熱部件，在達(dá)到同樣散熱面積時(shí)的材料重將大大低于碳鋼及鑄鐵。銅鋁散熱器的金屬熱強(qiáng)度，一般可達(dá)2.2W/(kg·℃)以上，約為鑄鐵散熱器的五倍，鋼制散熱器的3倍以上。
至于銅鋁散熱器雖然使用了一些銅管，但因壁厚很薄，重量也會(huì)相應(yīng)減少。
3．4采用脹管工藝可保證水道與散熱部件的緊密結(jié)合。脹管工藝有液壓脹管和機(jī)械脹管兩種，都能滿足散熱器傳熱的基本要求。而銅管所需的脹管壓力大大低于鋼管，便于工藝實(shí)施。
3.5生產(chǎn)過程中無污染，可以避免鑄鐵散熱器生產(chǎn)時(shí)對環(huán)境的極度污染，或其他類型散熱器防腐處理等工藝過程中的污
染。
4幾種新型銅鋁散熱器簡介
目前我國已出現(xiàn)的銅鋁散熱器，大致有以下四種形式：
�。╝）罩式銅鋁對流散熱器：特點(diǎn)是有鋼制外罩，罩寬有90、100、120、140mm幾種規(guī)格；罩高有多種規(guī)格。外罩有單體式和連續(xù)兩種；罩內(nèi)散熱元件為較大尺寸的銅管（Φ27）串鋁片.其金屬熱強(qiáng)度約為2.0～2.3W/(kg·℃)。
�。╞）閉式銅管鋁片對流散熱器：特點(diǎn)是省去了鋼外罩，利用鋁翅片折邊后造成閉孔氣流通道（與閉式鋼串片近似）。因而極大的減輕了散熱器自身的重量，其金屬熱強(qiáng)度一般在2.8W/(kg·℃)以上。
�。╟）銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器：特點(diǎn)是外鋁內(nèi)銅，通水部件為薄壁銅管，采用脹管及銅焊技術(shù)生產(chǎn)，形式為立管柱翼型。熱工性能取決于鋁制翼片的構(gòu)造形式及厚度，一般可達(dá)2.0～2.5W/(kg·℃)。
�。╠）壓鑄復(fù)合銅鋁柱翼型散熱器：特點(diǎn)是先以銅管焊成骨架，通過壓鑄工藝做成散熱器，然后用絲對連接組合成整組散熱器（與鑄鐵散熱器的組合方式相同）。其金屬熱強(qiáng)度約為1.4W/(kg·℃)上下。
4．1罩式銅鋁對流散熱器
目前的產(chǎn)品多為兩根銅管分別串鋁片成為散熱元件，外用薄鋼板作成對流罩，罩寬多在90～140mm范圍內(nèi)。由于目前尚未制定國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以產(chǎn)品尺寸尚無統(tǒng)一規(guī)定，一般是鋼制翅片管散熱器的尺寸選定。并根據(jù)住宅用散熱器要求的減少厚度的需要，增加薄型產(chǎn)品。根據(jù)目前的產(chǎn)品情況及研究成果，對于罩厚為1200mm的產(chǎn)品，鋁片的片距約為6.5～7.1mm；鋁板厚度0.4～0.5mm。脹管工藝可用液脹或機(jī)械脹。
這種散熱器。其散熱元件由于是銅、鋁結(jié)合構(gòu)件，可以滿足耐蝕及散熱的不同要求。但外罩為薄鋼板制作，這是散熱器的外表，對加工質(zhì)量及造型就有較高的要求。目前的產(chǎn)品所用鋼板厚度多數(shù)較小，難以在加工后保持規(guī)正挺直，這是今后應(yīng)注意研究改進(jìn)的問題。罩厚120m的產(chǎn)品，罩高為600mm，罩長為1000mm(聯(lián)箱包在罩內(nèi))的標(biāo)準(zhǔn)散熱量（Δt=64.5℃）可達(dá)1715W，金屬熱強(qiáng)度可達(dá)2.3W/(kg·℃)。對照國家建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T3012.12-1998，罩高500mm，罩寬120mm的鋼制翅片管對流散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量要求為1650W。為4根散熱管�？梢姳井a(chǎn)品用兩根銅鋁散熱元件大致可達(dá)到四條鋼制散熱元件的標(biāo)準(zhǔn)散熱量，而其使用壽命卻可提高幾倍。
4．2閉式銅管鋁串片對流散熱器
從瑞典引進(jìn)技術(shù)并結(jié)合我國國情進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)后生產(chǎn)的溫控式銅鋁對流散熱器，實(shí)際是在閉式銅鋁對流散熱器的基礎(chǔ)上按訂貨要求再加裝溫控閥。主體部分是新式的銅管鋁串片（閉式）散熱器。這個(gè)產(chǎn)品研制中的多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，提高了閉式串片對流散熱器的檔次，成為一種新的、裝飾性好的超薄型散熱器，極適合我國目前住宅的需要。
其構(gòu)造特點(diǎn)為：
�。�1）散熱器厚度（寬度）為60mm，高度為300、400mm。器內(nèi)為多根Φ16銅和串整片的鋁制翼片。散熱器內(nèi)的水道為多管并聯(lián)單回程環(huán)路，器外設(shè)同側(cè)進(jìn)出水口。
（2）散熱器兩頭加設(shè)裝飾性封頭，把水管連接件包裝起來。
�。�3）散熱器上加裝橫向條式出風(fēng)口。
�。�4）由翼片折邊270°，連續(xù)組合后形成閉式氣流通道（不需另外加罩）。同時(shí)由于兩翼片在折邊后為凹凸槽對裝，可保證組合后的板面平整及嚴(yán)密。
�。�5）銅管與翼片為脹管連接（液脹或機(jī)械脹）。
按照本產(chǎn)品測試情況，外形全長為1300mm，其內(nèi)的有效散熱管長度為1100mm（兩端各加有100mm的裝飾罩），片高為310mm，片寬為60mm，其標(biāo)準(zhǔn)散熱量為1388W。對照我國建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼制閉式串片散熱器》（JG/T3012·1-1994），中片寬80mm，片高300mm的閉式鋼串片散熱器，其最小散熱量為1188W/m，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定片長計(jì)算時(shí)不包括聯(lián)箱在內(nèi)。而本產(chǎn)品的有效散熱管長度為1100mm，折算為1000mm時(shí)的散熱量即為1261W/m，超過鋼制閉式串片散熱器的散熱量要求，有利于工程中選用或轉(zhuǎn)換。其金屬熱強(qiáng)度達(dá)2.88W/(kg·℃)。
本產(chǎn)品的突出特點(diǎn)，除前已闡明的銅鋁散熱器共有的優(yōu)點(diǎn)外，主要是利用鋁片折邊形成氣流通道，減去了鋼制對流罩，簡化工藝，節(jié)省材料；其二是散熱器厚度僅為60mm，可稱為超薄型。這就使對流型散熱器的厚度達(dá)到了目前鋁制散熱器及其他薄型散熱器的厚度，減少占地面積。其三是通過兩端加裝飾罩使聯(lián)箱（管）內(nèi)藏、上頂加裝橫條出風(fēng)口、鋁片間采用凹凸拼拼裝以提高表面平整度，使散熱器的外觀質(zhì)量大大提高。
我國自20世紀(jì)70年代開始引進(jìn)生產(chǎn)各種鋼制散熱器以來，閉式鋼串片散熱器是在引進(jìn)的基礎(chǔ)上經(jīng)我國創(chuàng)新、改進(jìn)的一種散熱器，適合我國國情、取得了很大的的發(fā)展。但對于管式翼片間要求的緊密連接，在工藝保證方面尚有些困難。而閉式銅鋁對流散熱器，則既有閉式鋼串片散熱器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在型式改進(jìn)后，外觀質(zhì)量及耐蝕能力均提高了很大的檔次；由于銅和脹管所需壓力較小，工藝較為簡單，脹接工藝可以保證管、片的緊密結(jié)合，所以壽命長而傳熱穩(wěn)定，是一種非常適合我國國情和住宅使用的中、高檔散熱器。
4．3銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器
鋁制散熱器在無內(nèi)防府處理的情況下，只能在熱媒水的pH=5～8.5的供暖系統(tǒng)中使用，否則會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的堿性腐蝕。但鋁制散熱量體輕貌美，極受人們歡迎。解決的辦法只有兩條，一條是研究和搞好內(nèi)防腐；二是開發(fā)銅鋁或鋼鋁復(fù)合型散熱器。本文所述的銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器就是一種銅骨鋁貌的新產(chǎn)品。通風(fēng)部件全部為銅管、散熱部件為鋁制翼型管，兩者通過脹管進(jìn)行復(fù)合，保證傳熱良好。
由于其外貌及外部散熱部件與鋁制柱翼型散熱器雷同，所以其尺寸及散熱量也大致相同。金屬熱強(qiáng)度會(huì)略低于對應(yīng)鋁制產(chǎn)品（因這銅的密度8.9g/cm3）。但不會(huì)有很大的影響。銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，尺寸及散熱量要求，可參照我國建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"鋁制柱翼型散熱器"的相關(guān)條文。值得說明的是：由于柱翼型散熱器每柱的長度（立柱本身及組裝間隙）變化很大，標(biāo)準(zhǔn)中難以一一按單柱尺寸列出。標(biāo)準(zhǔn)中的散熱量要求是按不同的同側(cè)接管中心距及散熱器厚度（寬度），折算為組合長度L=1000mm時(shí)的名義散熱量（見表2）。而送檢標(biāo)準(zhǔn)樣片的組合長度規(guī)定為1000+100mm，其內(nèi)柱數(shù)不限。但生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)送檢樣片的真實(shí)柱數(shù)求出每柱的平均散熱量并依此編制產(chǎn)品樣本，以便于工程選用。工程中只能按柱數(shù)選用，不可能按名義散熱量選用。因?yàn)槎嘀M合時(shí)，由于每柱長度的不同，不太可能使各廠的產(chǎn)品都正好達(dá)到L=1000mm。（銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器單柱的長度一般為60～100mm）。
鋁制柱翼型散熱器的散熱量要求
�。▏医üば袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG143-2002）表2項(xiàng)目符號(hào)單位參數(shù)值
同側(cè)進(jìn)出口中心距H1mm300400500600700
散熱器高度Hmm340440540640740
散熱器寬度（亦稱厚度）Bmm50/60
組合長度Lmm400～2000
名義散熱量（L=1000mmΔt=64.5℃）QmW/m800/8501070/11401280/13601450/15201600/1680
工作壓力PaMPa≥0.8
注：1.寬度B為散熱器外形最大寬度
2．名義散熱量是根據(jù)送栓樣片實(shí)測數(shù)值按長度折算為L=1000mm的相應(yīng)散熱量。
3．送檢樣片的組合長度為1000±100mm。
4．散熱器高度H為推薦值。
銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器中的鋁翼管，完全可以采用已有的鋁制柱翼型散熱器的研究成果，但翼管中圓管的內(nèi)徑必須與所用銅管相配合，并要求一定的橢圓度，以便于串管及控制脹管量。本產(chǎn)品的脹管量一般為0.40～0.60mm，并要達(dá)到使鋁翼管的圓管也有微脹，確保結(jié)合緊密。所用銅管的牌號(hào)為T2、T3，但由于銅管出廠狀態(tài)有硬（符號(hào)為Y）、半硬（Y2）、軟（M）三種，出于加工的需要，本產(chǎn)品立柱部分與鋁翼管串裝的銅管應(yīng)用半硬銅管，而上下聯(lián)箱因鉆孔的需要需采用硬銅管。兩者的壁厚可按表一選定。
本產(chǎn)品的金屬熱強(qiáng)度略低于全鋁產(chǎn)品，但亦可達(dá)2.0～2.6W/(kg·℃)。市場銷售的熱價(jià)格亦有內(nèi)防腐的鋁制柱翼型散熱器相差不多，約為0.3元/W（按標(biāo)準(zhǔn)散熱量計(jì)算）。
銅鋁復(fù)合柱翼型散熱器的優(yōu)點(diǎn)，除前述的銅鋁散熱器共有的優(yōu)點(diǎn)處，主要有以下幾點(diǎn)：一是內(nèi)銅外鋁，鋁貌銅骨，可以達(dá)到"安全可靠、輕薄美新"的綜合要求，基本屬于輻射散熱器，外表面溫度較高，易于被用戶接受（相對于對流型散熱器而言）。二是充分發(fā)揮了銅管耐蝕及鋁材質(zhì)輕并易成開拓的特點(diǎn)，外形變化較多，不僅為熱工性能的提高留有余地，并且千姿百態(tài)的產(chǎn)品也可滿足不同用戶的需求。
單就不同金屬復(fù)合柱翼型散熱器而言，自然尚有鋼鋁（碳鋼）、不銹鋼鋁復(fù)合等不同產(chǎn)品，各有優(yōu)點(diǎn)，但不在本文敘述范圍之內(nèi)。僅就脹管工藝而言，銅管是最易脹管的。
4．4壓鑄復(fù)合銅鋁柱翼型散熱器：該產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)是原料可以使用廢鋁（加收廢），不僅成本可降低，并為廢鋁回收開闊出路。并且鑄鋁產(chǎn)品的整體剛性好。由于生產(chǎn)工藝的限制，在多片組裝時(shí)接口較多（鑄鐵散熱器亦有此缺點(diǎn)），增加了可能漏水的因素。但這一問題，只要組對及運(yùn)輸（或現(xiàn)場組對）時(shí)多加注意，是能夠保證不漏水的。
5設(shè)計(jì)選用注意問題
5．1對橫管式對流散熱器而言，由于散熱器的管內(nèi)水流速較高，且不同的采暖系統(tǒng)，該水流差別也較大。而散熱量卻與管內(nèi)水流速有直接而明顯的關(guān)系。目前標(biāo)準(zhǔn)測試是按進(jìn)、出水溫差10℃進(jìn)行測試，其管內(nèi)水流速極低。對于較高流速時(shí)散熱量隨水流速變化的計(jì)算公式或修正系數(shù)卻沒有給出，所以工程設(shè)計(jì)人員要特別注意這一問題。也有的產(chǎn)品樣本列出了高水流速（0.9m/s）的數(shù)值，然后又提供低水流速的衰減系數(shù)，但這一方式不符合我國現(xiàn)行測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，此外就是提供的衰減系數(shù)也不一定可靠。如果與實(shí)際工程條件有差異，容易導(dǎo)致散熱器數(shù)量不準(zhǔn)。除此而外，管式對流散熱器內(nèi)的小環(huán)路有單流程和雙流程（或多流程）之分，其阻力也有差異，應(yīng)當(dāng)注意。
5．2銅鋁（或鋼鋁）復(fù)合柱翼型散熱器的選用，要特別注意熱工測試報(bào)告中的散熱量、名義散熱量與產(chǎn)品樣本所列散熱量是否一致，以及頂部裝飾罩的加設(shè)是否對散熱量產(chǎn)生影響等問題。
5．3銅鋁散熱器是輕型、薄型散熱器，外形美觀，無需暗裝。運(yùn)輸及安裝、使用時(shí)要仔細(xì)對待。
以上重點(diǎn)介紹了我國目前興起的三種銅鋁散熱器。時(shí)代的發(fā)展不僅對散熱器提出了新的要求，也為散熱器使用少量的銅材提供了可能。其實(shí)在空調(diào)產(chǎn)品、給水管道等方面早就使用銅材。當(dāng)然，我國幅員廣大，散熱器需量極大，事實(shí)上不可能是一種產(chǎn)品一統(tǒng)天下。但針對我國目前情況，熱媒水的管理及水質(zhì)控制尚難滿足鋼制散熱器的要求，而銅鋁散熱器可以保證使用要求，能做到設(shè)計(jì)選用者放心、承包商安心、使用者稱心。只要生產(chǎn)廠把住焊接質(zhì)量關(guān)就不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的漏水事故。我國目前對該產(chǎn)品的研究和開發(fā)，已與歐洲等地達(dá)到了同步狀態(tài)，而不像其他散熱器那樣滯后，這就有可能形成有中國特色新一代散熱器，為開辟國際市場創(chuàng)造條件。
以上所談，僅供同行參考。不當(dāng)之處望指正。
參考文獻(xiàn)
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