住宅用新型銅鋁散熱器評(píng)析

1、住宅用新型銅鋁散熱器評(píng)析             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(guó)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(guó)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

2、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(guó)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(duì)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pH12,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、

3、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(guó)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(duì)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?jī)纱蠓矫?。要求在?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(duì)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

4、面面積，希望厚度在40100mm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(guó)是發(fā)展中國(guó)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(duì)此要求，新型銅鋁散熱器有極大的適應(yīng)性。面對(duì)我國(guó)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(duì)待，各用其材分而治之，可能是發(fā)展我國(guó)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(zhǎng)及鋁

5、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：31 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(guó)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。32 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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)銅及銅合金拉制管（GB/T 1527-1997）的規(guī)定，對(duì)T2、T3牌號(hào)的銅管，產(chǎn)品的壁厚范圍為0.510m

6、m，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）0.50.60.70.80.91.01.1152.823.403.99162.643.193.74192.222.672.13202.102.532.97221.912.302.69251.672.022.362.71271.551.862.182.5

7、0411.431.631.842.052.26451.31.471.671.862.05注：本表根據(jù)GB/T 1527-1997所列計(jì)算公式求得。33 以鋁材作散熱部件，密度小、易成形。可按熱工及使用要求做成不同形狀及尺寸，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7.8 g/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。34 采用脹管工藝

8、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(duì)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(jiǎn)介目前我國(guó)已出現(xiàn)的銅鋁散熱器，大致有以下四種形式：（a）罩式銅鋁對(duì)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（27）串鋁

9、片.其金屬熱強(qiáng)度約為2.02.3W/(kg·)。（b）閉式銅管鋁片對(duì)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2.8 W/(kg·)以上。（c）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)2.02.5 W/(kg·)。（d）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(duì)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

10、約為1.4 W/(kg·)上下。41 罩式銅鋁對(duì)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(duì)流罩，罩寬多在90140mm范圍內(nèi)。由于目前尚未制定國(guó)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(duì)于罩厚為1200mm的產(chǎn)品，鋁片的片距約為6.57.1mm；鋁板厚度0.40.5mm。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(duì)加工質(zhì)量及造型就有較高的要求。目前

11、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(zhǎng)為1000mm(聯(lián)箱包在罩內(nèi))的標(biāo)準(zhǔn)散熱量（t=64.5）可達(dá)1715W，金屬熱強(qiáng)度可達(dá)2.3 W/(kg·)。對(duì)照國(guó)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(duì)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。42 閉式銅管鋁串片對(duì)流散熱器從瑞典引進(jìn)技術(shù)并結(jié)合我國(guó)國(guó)情進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)后生產(chǎn)的溫控式銅鋁對(duì)流散熱器，實(shí)際是在

12、閉式銅鋁對(duì)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(duì)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(guó)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、400 mm。器內(nèi)為多根16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(duì)裝，可保證組

13、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(cè)試情況，外形全長(zhǎng)為1300mm，其內(nèi)的有效散熱管長(zhǎng)度為1100 mm（兩端各加有100 mm的裝飾罩），片高為310 mm，片寬為60 mm，其標(biāo)準(zhǔn)散熱量為1388W。對(duì)照我國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)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

14、屬熱強(qiáng)度達(dá)2.88 W/(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(duì)流罩，簡(jiǎn)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(duì)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(guó)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(guó)創(chuàng)新、改進(jìn)的一種散熱器，適合我國(guó)國(guó)情、取得了很大的的發(fā)展。但對(duì)于管式翼片間要求的緊密連

15、接，在工藝保證方面尚有些困難。而閉式銅鋁對(duì)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(jiǎn)單，脹接工藝可以保證管、片的緊密結(jié)合，所以壽命長(zhǎng)而傳熱穩(wěn)定，是一種非常適合我國(guó)國(guó)情和住宅使用的中、高檔散熱器。43 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=58.5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

16、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(duì)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(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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