涂層及顏色對衛(wèi)浴散熱器散熱量影響的

涂層及顏色對衛(wèi)浴散熱器散熱量影響的研究關(guān)鍵詞散熱器散熱量涂層顏色摘要結(jié)合散熱量的理論計(jì)算,在不同的計(jì)算溫差下,測定有涂層、無涂層以及幾種不同顏色的管式衛(wèi)浴散熱器的總散熱量,通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算的分析和比較,得出涂層及顏色對散熱量有影響的結(jié)論。0引言:隨著生活水平的提高，人們對冬季采暖期居住環(huán)境的舒適性和美觀性同時提出了要求。伴隨著供熱體制的改革,散熱器的散熱效果直接影響到社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益,管式衛(wèi)浴散熱器作為一種新型散熱器，具有占用使用空間少和美化居室的優(yōu)點(diǎn)。本文針對不同顏色的管式衛(wèi)浴散熱器在有涂層與無涂層的條件下作了實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算，在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，得出有涂層與無涂層對散熱量有很大影響的結(jié)論。1實(shí)驗(yàn)裝置及試件1.1實(shí)驗(yàn)裝置:散熱器熱工性能實(shí)驗(yàn)是在青島建筑工程學(xué)院采暖散熱器實(shí)驗(yàn)臺上實(shí)施的,實(shí)驗(yàn)裝置見圖1,該實(shí)驗(yàn)裝置符合JGJ32-86《采用閉式小室測試采暖散熱器熱工性能》[1]所規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo),實(shí)驗(yàn)臺除散熱器檢測小室1及補(bǔ)償套間2外,還包括下列4個系統(tǒng):熱媒循環(huán)系統(tǒng):由被檢測散熱器3、水冷凝器4、低位預(yù)熱水箱5、電熱鍋爐6、高位水箱7、熱水循環(huán)泵8等組成。空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)：由壓縮機(jī)9、表面蒸發(fā)器11、冷卻塔12、冷卻水循環(huán)泵13、風(fēng)機(jī)14、空氣電熱器15等組成，保證檢測小室要求的空氣環(huán)境。水量測量系統(tǒng)：由測量準(zhǔn)確度為±0.3g的電子天平16、量筒17、轉(zhuǎn)子流量計(jì)18、換向計(jì)時器19組成。微機(jī)檢測及溫度自控系統(tǒng)：由26個鉑電阻溫度敏感元件、多路切換板、8840A微機(jī)數(shù)字多用表、PC486工業(yè)控制機(jī)、V/I板、顯示器及打印機(jī)等組成，20為進(jìn)口溫度計(jì),21為出口溫度計(jì),22為室內(nèi)溫度計(jì),完成熱媒溫度、空氣基準(zhǔn)點(diǎn)及參考點(diǎn)溫度的檢測、控制，并具有穩(wěn)態(tài)工況的判斷、數(shù)據(jù)處理及顯示打印輸出等功能。實(shí)驗(yàn)臺各項(xiàng)性能指標(biāo)如下:熱媒流量:5～400kg/h精度:±0.5%;熱媒溫度:10～100℃精度:±0.1;檢測小室內(nèi)參數(shù):基準(zhǔn)點(diǎn)空氣溫度:17～19℃精度:±0.11.2本實(shí)驗(yàn)采用試件為管式衛(wèi)浴散熱器，其基本結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，實(shí)驗(yàn)選取了14種散熱器，其外表面的涂層及顏色參見表1。散熱器標(biāo)號表1標(biāo)號abcdefghijklmn材質(zhì)黃銅銅銅銅銅銅鋼管鋼管鋼管鋼管鋼管不銹鋼不銹鋼不銹鋼涂層顏色表面無處理表面無處理表面鍍鉻白理石亮光烤漆漆紅理石亮光烤漆漆銀白色亮光烤漆漆淺藍(lán)色噴塑F=0.7m2白色噴塑粉色噴塑F=0.5m2白色噴塑砂藍(lán)色噴塑無處理局部氧化化蛋黃色噴塑大紅色噴塑2實(shí)驗(yàn)研究方法根據(jù)GB/T13754-92《采暖散熱器熱量測定方法》[2]的規(guī)定,本實(shí)驗(yàn)采用了變熱水進(jìn)口溫度變熱水流量方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)開始后,調(diào)節(jié)系統(tǒng)中浮子流量計(jì)進(jìn)行流量調(diào)節(jié),通過稱量法,確定熱水流量為35～100kg/h范圍之間的某一確定值,波動值為±2%;通過空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),來調(diào)節(jié)風(fēng)冷加熱器和送風(fēng)溫度,使小室基準(zhǔn)空氣溫度保持在17～19℃之間的某一確定溫度,波動值不超過±0.1℃,調(diào)節(jié)電熱鍋爐的加熱量,使進(jìn)入散熱器的水溫為某一穩(wěn)定值,在室內(nèi)溫度穩(wěn)定為某溫度值的條件下散熱器的散熱量也達(dá)到穩(wěn)定值,每個試件在3種不同的流量下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在每一個流量下分別測試散熱器進(jìn)出口熱水平均溫度分別為50±5℃、65±5℃、80±5℃3個工況,每個工況均在穩(wěn)定條件下,以每次不少于10min的等時間間隔上連續(xù)進(jìn)行測試,其總時間不少于1h,根據(jù)每個工況測得結(jié)果,用二元線性回歸方程方法計(jì)算熱流量Q與計(jì)算溫差T的關(guān)系:Q=A·ΔTB,Q—管式衛(wèi)浴散熱器的散熱量,W;A,B—系數(shù);ΔT—計(jì)算溫差,ΔT=（tg+th）-tn，℃;tg—熱媒進(jìn)口溫度,℃;th—熱媒出口溫度,℃;tn—室內(nèi)空氣溫度,℃。3測試數(shù)據(jù)分析3.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：在實(shí)驗(yàn)中，為研究涂層及顏色對散熱量的影響，對14種散熱器的散熱量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將測得的結(jié)果用最小二乘法回歸出散熱量Q與計(jì)算溫差ΔT的關(guān)系，并將ΔT=30℃,ΔT=45℃,ΔT=64.5℃時實(shí)驗(yàn)測得的總散熱量分別繪制在圖3中。（其它計(jì)算溫差下的總散熱量可用內(nèi)差法計(jì)算得出）3.2理論值分析與計(jì)算：散熱器的傳熱有導(dǎo)熱，對流，輻射三種基本方式[3]，選取的散熱器壁厚很薄，而導(dǎo)熱系數(shù)相對較大，由導(dǎo)熱引起的熱損失可忽略，即散熱器內(nèi)外壁溫相同。同時認(rèn)為散熱器材質(zhì)是均勻的，物性參數(shù)各向同性為常數(shù)，且各管的表面溫度認(rèn)為是均勻的，則Q理論＝Q對流＋Q輻射。3.2.1對流散熱量的計(jì)算：對流為無限空間自然對流，準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為：Nu=C（Gr·Pr）n(1)式中Nu—努謝爾特準(zhǔn)則；Pr—普朗特準(zhǔn)則;Gr=為格拉曉夫準(zhǔn)則;—流體容積膨脹系數(shù),1/K;g—重力加速度,m/s2;d—壁面定型尺寸,m;t—流體與壁面溫度差,℃;—運(yùn)動粘度,m2/s；C—系數(shù)。自然對流換熱量Q對流=αF（2）式中α—對流換熱系數(shù)，α=Nu；—導(dǎo)熱系數(shù)，w/m·℃;F—散熱面積，m2。3.2.2輻射散熱量的計(jì)算：輻射為空腔與內(nèi)包壁面之間的輻射換熱，且認(rèn)為空腔（檢測小室）的面積〉〉內(nèi)包壁（散熱器）的面積，空腔（檢測小室）壁面的溫度與室溫相同，則輻射換熱為Q輻射=ε1F1σb（T41-T42）(3)式中Q輻射—檢測小室與散熱器之間的輻射換熱量,W;ε1—散熱器的表面發(fā)射率;F1—散熱器的散熱面積,m2;σb—絕對黑體輻射常數(shù),σb=5.67×10-8w/m2·K4;T1—散熱器壁面的溫度,℃;T2—檢測小室壁面的溫度,℃。由于表面處理成各種顏色的法向發(fā)射率未做規(guī)定,因此,本文只對幾種常見材料（黃銅、銅、白色鋼管、不銹鋼）表面的散熱器作了理論計(jì)算,結(jié)果參見表2。并將理論計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，誤差范圍主要在5％以內(nèi)（其中不銹鋼散熱器的散熱量與實(shí)驗(yàn)值偏差較大，是由于所選的εn值為表面拋光的不銹鋼，而實(shí)驗(yàn)中試件的焊接處未經(jīng)處理，形成了局部氧化。因此，實(shí)驗(yàn)測得的總散熱量偏大。），可認(rèn)為實(shí)驗(yàn)測得的散熱量數(shù)值基本能夠滿足工程技術(shù)上的要求。幾種散熱器的理論計(jì)算表2標(biāo)號abjlεn[4]0.220.150.650.202計(jì)算溫差△t((℃)64.54530Q理論305.5196.5119.2Q實(shí)驗(yàn)320.8204.7123.4Q理論288.4185.4112.5Q實(shí)驗(yàn)300.1184.9107.2Q理論403.3258.9157.2Q實(shí)驗(yàn)412.2259.2153.8Q理論308.2198120Q實(shí)驗(yàn)347.5219.5130.95%4.2%3.54%0.3%4.7%2.2%0.12%2.2%12.7%10.8%9%3.4表面涂層及顏色對散熱器的散熱量的影響從散熱量方面看，由圖3中可知，在相同的計(jì)算溫差ΔT下，外表面經(jīng)過涂層的同種型號的散熱器(d白理石亮光烤漆,e紅理石亮光烤漆,f銀白色亮光烤漆,m蛋黃不銹鋼,n大紅不銹鋼)的散熱量要比無涂層的散熱器(a黃銅無處理,b銅無處理,l不銹鋼)的散熱量大很多，其中銅管外表面經(jīng)過涂層比無涂層的散熱量大20%～53%，不銹鋼外表面經(jīng)過涂層比無涂層的散熱量大28%～35%。而銅管外表面鍍上金屬鉻后，散熱量并沒有明顯的變化，同時鋼管外表面經(jīng)過涂層與無涂層的散熱量相差也不大，在計(jì)算溫差為30℃時，相差8.9%～18%，計(jì)算溫差為45℃時，相差1%～8.8%，計(jì)算溫差為64.5℃時，相差1.6%～6.7%。將兩種面積不同的白鋼管噴塑進(jìn)行比較,當(dāng)大面積的散熱器按比例縮小到與小面積的散熱器相同時，兩者的散熱量相差0.7%～7%，說明散熱面積按比例縮放對散熱量的影響不大。同時顏色的亮暗及深淺對衛(wèi)浴散熱器的散熱量也有影響，e紅色大理石亮光烤漆比d白色大理石亮光烤漆的散熱量大4%～9%；n大紅不銹鋼比m蛋黃不銹鋼的散熱量大0.7%～5%。3.5誤差分析經(jīng)分析，由國家計(jì)量部門鑒定整個實(shí)驗(yàn)臺測量誤差為3％，散熱器表面溫度不同簡化成平均溫度（由熱相儀測得散熱器表面溫度）造成的誤差范圍為2.1％～9.8％，整個實(shí)驗(yàn)合成誤差為8.5％，基本能滿足工程上評價散熱器對室內(nèi)熱環(huán)境的影響。4結(jié)論4.1實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),管式衛(wèi)浴散熱器外表面的顏色、表面光潔度、以及計(jì)算溫差都對輻射換熱量具有一定的影響,而現(xiàn)有的一些常見材料的表面發(fā)射率是在某一溫度或某一溫度范圍內(nèi)給定的某個值或某個范圍值,這就使表面發(fā)射率難于選取,從而使衛(wèi)浴散熱器的散熱量在理論上難于計(jì)算。因此,本文通過實(shí)驗(yàn)對表面有涂層及不同顏色的管式衛(wèi)浴散熱器的總散熱量進(jìn)行測定，可作為工程技術(shù)上的參考。4.2由于表面涂層及顏色對管式衛(wèi)浴散熱器的散熱量有很大的影響，主要表現(xiàn)為提高了散熱器的表面發(fā)射率，增強(qiáng)了散熱器的表面的輻射換熱，因此應(yīng)盡量將散熱器外表面處理成具有亮度且較深的顏色，以提高管式衛(wèi)浴散熱器的總散熱量。4.3實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)對于同種材料的散熱器，當(dāng)表面處理方式不同時，其散熱量的變化有很大的區(qū)別：表面烤漆或噴塑的散熱器的散熱量都有明顯的增長，但增長幅度各異；表面鍍金屬的散熱器，如鉻，其散熱量基本沒有變化。因此，筆者認(rèn)為金屬外表面涂層無益于散熱量的提高。4.4根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，對于不同材料的散熱器有涂層與無涂層對散熱量的影響不同,如黃銅、銅、不銹鋼表面無涂層的衛(wèi)浴散熱器的散熱量比有涂層時小很多,且顏色不同散熱量也有差異。而銅管鍍鉻后其散熱量無明顯增長；對于鋼管衛(wèi)浴