涂层及颜色对卫浴散热器散热量影响的

涂层及颜色对卫浴散热器散热量影响的研究关键词散热器散热量涂层颜色摘要结合散热量的理论计算,在不同的计算温差下,测定有涂层、无涂层以及几种不同颜色的管式卫浴散热器的总散热量,通过对实验数据和理论计算的分析和比较,得出涂层及颜色对散热量有影响的结论。0引言:随着生活水平的提高，人们对冬季采暖期居住环境的舒适性和美观性同时提出了要求。伴随着供热体制的改革,散热器的散热效果直接影响到社会效应和经济效益,管式卫浴散热器作为一种新型散热器，具有占用使用空间少和美化居室的优点。本文针对不同颜色的管式卫浴散热器在有涂层与无涂层的条件下作了实验研究和理论计算，在分析数据的基础上，得出有涂层与无涂层对散热量有很大影响的结论。1实验装置及试件1.1实验装置:散热器热工性能实验是在青岛建筑工程学院采暖散热器实验台上实施的,实验装置见图1,该实验装置符合JGJ32-86《采用闭式小室测试采暖散热器热工性能》[1]所规定的各项指标,实验台除散热器检测小室1及补偿套间2外,还包括下列4个系统:热媒循环系统:由被检测散热器3、水冷凝器4、低位预热水箱5、电热锅炉6、高位水箱7、热水循环泵8等组成。空气调节系统：由压缩机9、表面蒸发器11、冷却塔12、冷却水循环泵13、风机14、空气电热器15等组成，保证检测小室要求的空气环境。水量测量系统：由测量准确度为±0.3g的电子天平16、量筒17、转子流量计18、换向计时器19组成。微机检测及温度自控系统：由26个铂电阻温度敏感元件、多路切换板、8840A微机数字多用表、PC486工业控制机、V/I板、显示器及打印机等组成，20为进口温度计,21为出口温度计,22为室内温度计,完成热媒温度、空气基准点及参考点温度的检测、控制，并具有稳态工况的判断、数据处理及显示打印输出等功能。实验台各项性能指标如下:热媒流量:5～400kg/h精度:±0.5%;热媒温度:10～100℃精度:±0.1;检测小室内参数:基准点空气温度:17～19℃精度:±0.11.2本实验采用试件为管式卫浴散热器，其基本结构示意图见图2，实验选取了14种散热器，其外表面的涂层及颜色参见表1。散热器标号表1标号abcdefghijklmn材质黄铜铜铜铜铜铜钢管钢管钢管钢管钢管不锈钢不锈钢不锈钢涂层颜色表面无处理表面无处理表面镀铬白理石亮光烤漆漆红理石亮光烤漆漆银白色亮光烤漆漆浅蓝色喷塑F=0.7m2白色喷塑粉色喷塑F=0.5m2白色喷塑砂蓝色喷塑无处理局部氧化化蛋黄色喷塑大红色喷塑2实验研究方法根据GB/T13754-92《采暖散热器热量测定方法》[2]的规定,本实验采用了变热水进口温度变热水流量方法进行实验研究。实验开始后,调节系统中浮子流量计进行流量调节,通过称量法,确定热水流量为35～100kg/h范围之间的某一确定值,波动值为±2%;通过空气调节系统,来调节风冷加热器和送风温度,使小室基准空气温度保持在17～19℃之间的某一确定温度,波动值不超过±0.1℃,调节电热锅炉的加热量,使进入散热器的水温为某一稳定值,在室内温度稳定为某温度值的条件下散热器的散热量也达到稳定值,每个试件在3种不同的流量下进行实验,在每一个流量下分别测试散热器进出口热水平均温度分别为50±5℃、65±5℃、80±5℃3个工况,每个工况均在稳定条件下,以每次不少于10min的等时间间隔上连续进行测试,其总时间不少于1h,根据每个工况测得结果,用二元线性回归方程方法计算热流量Q与计算温差T的关系:Q=A·ΔTB,Q—管式卫浴散热器的散热量,W;A,B—系数;ΔT—计算温差,ΔT=（tg+th）-tn，℃;tg—热媒进口温度,℃;th—热媒出口温度,℃;tn—室内空气温度,℃。3测试数据分析3.1实验数据：在实验中，为研究涂层及颜色对散热量的影响，对14种散热器的散热量进行实验，将测得的结果用最小二乘法回归出散热量Q与计算温差ΔT的关系，并将ΔT=30℃,ΔT=45℃,ΔT=64.5℃时实验测得的总散热量分别绘制在图3中。（其它计算温差下的总散热量可用内差法计算得出）3.2理论值分析与计算：散热器的传热有导热，对流，辐射三种基本方式[3]，选取的散热器壁厚很薄，而导热系数相对较大，由导热引起的热损失可忽略，即散热器内外壁温相同。同时认为散热器材质是均匀的，物性参数各向同性为常数，且各管的表面温度认为是均匀的，则Q理论＝Q对流＋Q辐射。3.2.1对流散热量的计算：对流为无限空间自然对流，准则关联式为：Nu=C（Gr·Pr）n(1)式中Nu—努谢尔特准则；Pr—普朗特准则;Gr=为格拉晓夫准则;—流体容积膨胀系数,1/K;g—重力加速度,m/s2;d—壁面定型尺寸,m;t—流体与壁面温度差,℃;—运动粘度,m2/s；C—系数。自然对流换热量Q对流=αF（2）式中α—对流换热系数，α=Nu；—导热系数，w/m·℃;F—散热面积，m2。3.2.2辐射散热量的计算：辐射为空腔与内包壁面之间的辐射换热，且认为空腔（检测小室）的面积〉〉内包壁（散热器）的面积，空腔（检测小室）壁面的温度与室温相同，则辐射换热为Q辐射=ε1F1σb（T41-T42）(3)式中Q辐射—检测小室与散热器之间的辐射换热量,W;ε1—散热器的表面发射率;F1—散热器的散热面积,m2;σb—绝对黑体辐射常数,σb=5.67×10-8w/m2·K4;T1—散热器壁面的温度,℃;T2—检测小室壁面的温度,℃。由于表面处理成各种颜色的法向发射率未做规定,因此,本文只对几种常见材料（黄铜、铜、白色钢管、不锈钢）表面的散热器作了理论计算,结果参见表2。并将理论计算的结果与实验数据比较，误差范围主要在5％以内（其中不锈钢散热器的散热量与实验值偏差较大，是由于所选的εn值为表面抛光的不锈钢，而实验中试件的焊接处未经处理，形成了局部氧化。因此，实验测得的总散热量偏大。），可认为实验测得的散热量数值基本能够满足工程技术上的要求。几种散热器的理论计算表2标号abjlεn[4]0.220.150.650.202计算温差△t((℃)64.54530Q理论305.5196.5119.2Q实验320.8204.7123.4Q理论288.4185.4112.5Q实验300.1184.9107.2Q理论403.3258.9157.2Q实验412.2259.2153.8Q理论308.2198120Q实验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表面涂层及颜色对散热器的散热量的影响从散热量方面看，由图3中可知，在相同的计算温差ΔT下，外表面经过涂层的同种型号的散热器(d白理石亮光烤漆,e红理石亮光烤漆,f银白色亮光烤漆,m蛋黄不锈钢,n大红不锈钢)的散热量要比无涂层的散热器(a黄铜无处理,b铜无处理,l不锈钢)的散热量大很多，其中铜管外表面经过涂层比无涂层的散热量大20%～53%，不锈钢外表面经过涂层比无涂层的散热量大28%～35%。而铜管外表面镀上金属铬后，散热量并没有明显的变化，同时钢管外表面经过涂层与无涂层的散热量相差也不大，在计算温差为30℃时，相差8.9%～18%，计算温差为45℃时，相差1%～8.8%，计算温差为64.5℃时，相差1.6%～6.7%。将两种面积不同的白钢管喷塑进行比较,当大面积的散热器按比例缩小到与小面积的散热器相同时，两者的散热量相差0.7%～7%，说明散热面积按比例缩放对散热量的影响不大。同时颜色的亮暗及深浅对卫浴散热器的散热量也有影响，e红色大理石亮光烤漆比d白色大理石亮光烤漆的散热量大4%～9%；n大红不锈钢比m蛋黄不锈钢的散热量大0.7%～5%。3.5误差分析经分析，由国家计量部门鉴定整个实验台测量误差为3％，散热器表面温度不同简化成平均温度（由热相仪测得散热器表面温度）造成的误差范围为2.1％～9.8％，整个实验合成误差为8.5％，基本能满足工程上评价散热器对室内热环境的影响。4结论4.1实验中发现,管式卫浴散热器外表面的颜色、表面光洁度、以及计算温差都对辐射换热量具有一定的影响,而现有的一些常见材料的表面发射率是在某一温度或某一温度范围内给定的某个值或某个范围值,这就使表面发射率难于选取,从而使卫浴散热器的散热量在理论上难于计算。因此,本文通过实验对表面有涂层及不同颜色的管式卫浴散热器的总散热量进行测定，可作为工程技术上的参考。4.2由于表面涂层及颜色对管式卫浴散热器的散热量有很大的影响，主要表现为提高了散热器的表面发射率，增强了散热器的表面的辐射换热，因此应尽量将散热器外表面处理成具有亮度且较深的颜色，以提高管式卫浴散热器的总散热量。4.3实验中发现对于同种材料的散热器，当表面处理方式不同时，其散热量的变化有很大的区别：表面烤漆或喷塑的散热器的散热量都有明显的增长，但增长幅度各异；表面镀金属的散热器，如铬，其散热量基本没有变化。因此，笔者认为金属外表面涂层无益于散热量的提高。4.4根据实验测得的数据，对于不同材料的散热器有涂层与无涂层对散热量的影响不同,如黄铜、铜、不锈钢表面无涂层的卫浴散热器的散热量比有涂层时小很多,且颜色不同散热量也有差异。而铜管镀铬后其散热量无明显增长；对于钢管卫浴