采暖散热器的发展与思考

采暖散热器的发展与思考

现在是中国经济快速发展的时期。作为建筑设备之一的供暖盘也面临着前所未有的巨大机遇，形成了巨大的国内市场和国际市场。近三十年来,我国的采暖散热器经历了艰难曲折但成绩卓著的发展历程,不仅有深刻的教训,也取得了丰富的经验。特别是近十年来,我们不断总结经验、博采欧美之长,引进和开发生产了一些在国际和国内深受欢迎的产品,并且根据我国的国情需要,自行研究开发了一批具有中国特色的新产品,走出了一条独立发展之路。回顾过去,是教训深刻、经验丰富,但成绩辉煌;瞻望未来,是前景光明、市场广阔,但任务艰巨。在新时期中,如何在科学发展观的指导下健康发展,以史为鉴、少走弯路,是全国采暖散热器行业必须认真对待的问题。本文将对我国散热器今后的发展方向进行一些探索,以供同行参考。一、从产品开发的角度而言,对于社会主义的证成了“安全,薄美新”的标准四十年前,我国的采暖散热器市场还是铸铁散热器的一统天下。上世纪七十年代开始,我国加大了钢制散热器的研究、引进、开发与生产。建设部归口管理后,成立了行业组织,形成了有组织的散热器生产行业,使无序的分散生产,逐步走向有组织的开发和生产。目前已是钢、铁、铜、铝多种材料、多种型式并行发展的时代。面对已走过的历程,我们认为有以下几个方面的经验特别值得强调和注意:1.对散热器有了较全面的认识。首先是充分认识到了散热器的首要功能是散热,提高热工性能和保证足够的使用寿命是开发产品的首要条件。三十年来,多方人员对散热器传热机理的研究,保证了我国散热器热工性能的提高,取得了很好的成绩。单就产品的热工性能而言,我国的产品已不逊色于国外的产品。其次是对散热器的产品开发有了全方位的思考,散热器型式应充分考虑热工、美观及建筑装修的要求。新产品的开发,需要根据热媒水质情况,选取合适材料、通过良好的型式设计和严格而良好的制造工艺及表面防护处理,制成赏心悦目,经久耐用的产品,并且与采暖系统的热媒控制和良好的运行管理共同努力,才能保证散热器的可靠使用。落后的经营理念、低档的手工生产、简单而落后的制造工艺,难以做出高品质的散热器。2.对散热器在热媒水介质中的腐蚀,有了直接而深刻的体会和认识,付出了沉重的代价,同时也在应对散热器内腔腐蚀方面取得了长足的进步。现在,较为一致的看法是:钢制散热器在水介质中产生腐蚀的原因,首先是热媒的水质未严格控制和供暖系统运行管理水平过低;其次是钢板材质不佳和制造工艺水平低劣,包括机加工、焊接及表面防护处理等各个方面。而难度最大的问题是保证水质和减少失水量;铝制散热器在水质不适宜的条件下碱性腐蚀严重;铜管类散热器的耐蚀性能较好,但其耐蚀能力也随水介质酸碱度(PH值)的不同而变化,所以对水的酸碱度等也有一定的要求。3.认识到工厂的建设与产品的发展同样重要。三十年来,我们即经过“干打垒”、土法上马的阶段,也经过了前期的“乡镇企业”阶段。过去的简陋型工厂已不能适应现在的要求,现在的工厂建设应当与现代化的产品生产相适应。应当努力建设现代化的散热器生产企业,包括环保、装备、管理、信息、经营理念等各个方面,使散热器生产能跨进现代化工业生产的行列。4.认识到产品的生产和研发必须符合国情、立足我国的实际。我国近期的发展目标为“小康”,也就是中等发展国家的水平,这也是我们目前开发轻型散热器的前提,要求我们开发适应这一经济条件的产品。而建设和谐社会是长远的要求。和谐包括了人与自然、人与环境、人与社会、人与人等多方面的和谐。作为建筑室内环境的一部分,供暖散热器也应突出其与人和谐的个性,包括满足人的使用、视觉需要和环境要求等各个方面。这些要求,归结起来可分为三条:其一是产品要满足人的使用要求,这就是安全和散热;其二是与建筑室内环境的协调;其三是产品生产对自然生存环境无破坏。我们过去提出的发展轻型散热器的“安全可靠,轻薄美新”原则,是符合这些要求的。其中,安全可靠是前提。在此前提下,争取更美、更新、更好,就会更受人们的喜爱和欢迎。但目前我们还必须拿出适应我国近阶段情况的产品才行,重点还是要首先解决量大面广的通用散热器问题。对外来的产品、技术和工艺,必须结合我国的国情消化吸收,在自主创新的条件下,研发具有中国特色的散热器。二、采暖冷凝器的基本认识在探索我国采暖散热器今后发展方向问题之时,必然涉及对采暖散热器的一些基本认识和基本理念,这不仅是谈发展问题的前提,也是能否取得健康而快速发展的根本。1.采暖采暖的使用和特点建筑供暖的方式很多,近百年来,以热水为热媒的供暖系统成为主流,城市集中供热更是热水供暖的高度发展。我国城镇发展也把集中供热作为建筑供暖最主要的供热方式,其他如电采暖、燃气采暖、太阳能采暖、热泵空调采暖等均因各种条件的限制而处于少量使用的位置。采暖散热器是热水供暖系统的末端装置,承担着将热媒携带的热量传输给室内空气的任务。散热器作为建筑设备,具有在建筑物内安装使用、用量随建筑总量的增长而增加、以及热媒是热水的特点,这些特点就是散热器生产、研究和发展的前提。如果改变了工质(热媒)及供暖的方式,那也就没有现在所说的散热器了。在热水供暖系统中,辐射供暖(如地板辐射等),它不使用上述的散热器,而是把地面作为一个的特殊“散热器”,它具有自身的特点(包括优点和缺点)。就我国的实际情况和世界发展情况看来,它可以作为一种有效、可行的供暖方式在管材质量有保证的条件下使用和发展,但不会成为我国城镇供暖方式的主流。2.产品寿命和使用寿命长建筑物本身的使用寿命一般均在50年以上(我国分为50年和100年)。作为建筑设备按理应与建筑物寿命同步,但是,现有的管道和设备都不可能达到这一要求。从另一方面看来,虽然建筑主体不变,但室内装修会随着用户的变更或使用情况的变化而重新进行,在一定使用年限后,大部分管道、线路和设备也会需要更换,散热器也有更换的可能。但这就会遇到散热器的有效使用寿命多长才能被市场接受的问题。我国采暖散热器行业“十一五”发展规划中提出的十五年使用寿命应是最低的基本要求。二、三年就失效的短命产品根本没有足够的使用价值,有效寿命十五年以上的产品应是我们努力达到的基本产品。寿命问题是我国轻型散热器能否持续发展的“瓶颈”,必须全力解决。对不同类型产品的评价,也应把寿命列为前提条件,进行综合分析、全面进行评价。3.产品的类型和品种散热器的基本功能是散热,但由于它是建筑设备、是在建筑物内使用的,所以其型式应符合建筑物的使用要求,应当追求热工要求与建筑要求的统一,不能片面。至于那些既不能保证热工要求、又不符合建筑室内装修要求的产品,不应在开发生产之列。产品的类型和品种,应以量大面广的通用型散热器为主。过分追求艺术造型的产品,实际是把散热器做成了工艺美术作品,只可能是少数人的需要。4.供热采暖系统的水质要求热水供暖系统中的散热器,是在热水为热媒的条件下使用,这是必须承认和面对的前提。尽管热媒水的品质是造成各类轻型散热器腐蚀的首要原因,但作为散热器不能完全推责于水,还是应当首先从自身做必要的努力。我国现行标准中有关供暖水质的规定,基本有两大方面:一是工业锅炉水质标准(GB1576-2001):水质要求的突出点是高碱度(pH(25℃)=10~12),和低含氧量(O2≤0.1mg/L)。其二是工业循环冷却水处理设计规范(GB50050-95),和射频式物理场水处理设备技术条件(HG/T3729-2004),其突出点是未提出除氧要求,但要求水的pH=7.5~9.5,Cl-、SO42-含量分别小于100mg/L,(还有一些其他指标未予列出),这是对换热器供暖系统的水质要求。在全国数量极大的供暖工程中,锅炉直供和换热器供水都会遇到,后者在城市集中供热情况下会更多一些。至于使用那些不符合规范要求的恶劣水质作为热媒,应当属于明令禁止的范畴,另当别论。不同的热媒水质对散热器的要求和影响不同,而不同材质的散热器对水质的适应能力也不相同,各种产品都应当极力争取和保证在其适用条件下使用,不能不顾水质条件,盲目推销。现在北京市已开始实施地方标准“供热采暖系统水质及防腐技术规程(DBJ01-619-2004)”,这不仅会使北京地区的热媒水质管理逐步规范化,也会带动全国其他地区对热媒水质的重视和改进。但是,我们应当看到这一工作的难度和漫长的时间因素,全国各地区发展的不平衡以及同一水质不可能对各种散热器都适用的诸多问题。作为散热器生产单位还是要首先努力提高散热器自身的抗蚀能力,扩大产品对水质的适应范围,才能适应市场,满足现实的建设需要。不能因远景的美好而放弃现实的需要和自身应做的努力。5.从基础和根本上统计分析我国可采取的对策轻型散热器是相对于铸铁散热器而言,采用钢、铜、铝等金属材料或其他材料生产的散热器。其共有的特点是体轻貌美。但由于不同金属材料的特性差异,而使不同材质的轻型散热器各有特点。对这些特点的充分认识并扬长避短是轻型散热器发展的重要课题。目前我国已有的几种轻型散热器的特性和在热水供暖系统中的适应能力大致分析如下:(1)薄壁钢制散热器:专指用δ≤1.5mm(目前多为δ=1.2mm)钢板(或钢管)制造的散热器,包括钢制柱型(立柱为圆形或椭圆形,片头为钢板冲压)板型及钢管组合型等产品,主要是从欧洲引进或受其影响的产品。其优点是少用钢材;其缺点是对水质要求非常严格。这些产品如果是出口欧洲,由于欧洲的热媒水质条件较好,所以只要在材料和制造工艺方面达到欧洲的要求即可。如在国内使用则必须强调要能适应我国现在的水质条件,否则会遇到严重的腐蚀问题。对于PH=7.5~9.5的中碱度水质和未经除氧的情况,这类薄壁产品是不能适应的,除非有效的进行了内防腐处理,并且热媒水的含氧量得到严格的控制,O2≤0.1mg/L。上述问题已逐步得到大家的共识和重视,绝不能再走二十年前的老路。应当看到用δ=1.2mm的钢板制造散热器是欧洲理念,它所依据的是欧洲高度发展的工业基础和经济基础。在中国就要结合我国的现实情况,采取相应措施和对策才行,这是我国轻型散热器健康发展的必由之路。除此而外,薄壁钢制散热器的制造,要求高水平的机加工和焊接设备,依靠高精度的先进设备和精心敬业的操作去保证加工质量。如果仍然以原有低劣而简陋的设备进行生产,要达到欧洲产品的同等质量水平是很困难的。此外还有钢板本身的质量问题和抗蚀能力问题。我国的钢板与国外一些品牌的钢板,在自身抗蚀能力方面有明显的差异。选用自身抗蚀能力强的钢板和良好的制作工艺是生产散热器时首先应当做到的问题。(2)厚壁钢管类散热器:是相对于壁厚1.2mm而言,专指以壁厚δ=2.5mm上下的钢管组合成型的钢管柱型(包括圆管、椭圆管、T型管等)、高频焊翅片管型、钢铝复合柱翼型等产品。由于所用钢管壁厚与标准焊接钢管基本相同(DN15和DN20焊接钢管的壁厚为2.75mm),因此可认为其使用寿命大致与采暖系统所用钢管等同,符合我国住宅设计规范规定的对散热器使用寿命的要求。这时,对热媒水是否进行除氧无严格要求,(但如能除氧会大大改善散热器的使用条件,延长使用寿命)。在热媒水的PH=7~12的系统中均可使用,(其他水质指标应符合相关标准)。对这一产品,应看到其实用性和耐用性,不能简单的因其壁厚大于1.2mm而认为是材料浪费,应当结合使用寿命和热工性能,进行综合评价。值得注意的是研制这一产品时必须充分考虑其热工性能的提高,保持较高的金属热强度。片面的加厚钢管而不顾热工性能,必然会造成钢材的浪费,那是不可取的,并且也违反发展轻型散热器的初衷。目前个别产品的金属热强度仅达到铸铁散热器的水平,这在金属材料的利用方面就无先进性可言。我们认为,厚壁钢制散热器的金属热强度不宜低于0.6W/kg.℃,约为铸铁散热器的两倍上下。事实证明,我国已有一些厚壁钢管散热器的金属热强度均超过了0.7W/kg.℃,说明这一要求是可以达到的。(3)铜管类散热器:专指其通水部件均为铜管的散热器,包括铜铝复合柱翼型、铜管铝片对流型、铜管卫浴专用型等产品。这类散热器的使用寿命取决于铜管。铜管对氧的耐蚀能力较强,氧化亚铜保护膜的形成更会提高铜管的耐蚀能力。试验证明,在PH=7~10的范围,铜管的耐蚀能力很强,可以有30年以上的使用寿命。在PH=10~12的水质中,耐蚀能力会随PH值的升高而减弱。北京科技大学在PH=12、水温85℃、未除氧的水中进行的试验(这是最不利的情况),紫铜管的年蚀率为0.0178mm/a,(钢管为0.3874mm/a)。现开发的产品多采用壁厚为0.6mm以上的紫铜管,其壁厚计算中的腐蚀余量达0.25mm以上,可保证有15年的使用寿命。所以,这类产品的最佳适用区可为PH=7~10,而其可用区为PH=10~12。在可用区范围内虽然使用年限较适用区有所减少,但仍能达到我国住宅设计规范要求的散热器使用年限。自然,生产厂家和产品选用单位应当尽量使本产品能在其适用区中使用,以争取最长的使用年限。热媒水中的氯根(Cl-)含量,是造成铜管点蚀(穿孔腐蚀)的最主要因素之一,它直接影响氧化亚铜保护膜的形成。主要腐蚀产物氯化亚铜(CuCl)是在金属表面生成的。在任何一点上,如果氯化亚铜生成太快,或由于氯化亚铜水解而形成物未能迅速去除,都要发生点蚀。所以,铜管散热器对热媒水中的Cl-含量有严格的要求(Cl-≤100mg/L)。硫酸盐也会对铜管造成腐蚀,所以要求SO42-≤100mg/L。至于在钢、铜混装的情况下,如何减少铜离子对碳钢造成的影响,也是我们应当进一步研究和解决的技术问题之一。值得注意的是不同工艺方法生产的紫铜管,抗蚀能力差异很大。在编的国家行业标准要求采用挤压轧制拉伸紫铜管,不能采用黄铜管及上引法生产的紫铜管。(4)铝制散热器:包括铝制柱翼型、扁管型及铸铝柱翼型等散热器。铝材抗氧腐蚀能力较强,对热媒水的含氧量无严格要求,但其碱腐蚀严重。试验证明,当水的PH>8.5时会出现严重的碱性腐蚀。铝制散热器对水的酸碱度的适用区为PH=5~8.5,(采暖系统宜为PH=7~8.5)同时对Cl-有严格的要求(Cl-≤100mg/L)。我国建工行业标准规定的铝制柱翼型散热器,要求进行内防腐处理。由于内腔涂膜要求散热器内壁平整和散热器的结构能方便涂料的灌装,并且整个前期予处理及内涂工艺要求严格操作,但目前有很多生产厂不能保证这些要求,造成市场上良莠不分,这是应当特别注意的问题。(5)轻型散热器:表面处理包括内、外两部分。轻型散热器的外表面处理质量,决定着产品的外观水平和在潮湿环境中的使用质量。我国现多采用静电喷塑技术进行外表面处理。这一工艺技术本身,在前期预处理、喷塑设备和粉末,操作过程等方面,质量和水平也有很大差别。劣质的原料和不规范的操作,很难达到欧洲产品的外观质量水平。低档次的外表面处理,不仅不能保证长久的使用要求,而且难以把产品档次和价位提上去。我国过去的散热器生产企业,多数存在着对外表面处理不够重视的情况,但在新世纪中,这将上升为必须充分注意的问题。散热器内表面防腐技术的实施,首先要求散热器自身有适合实施的条件,要能方便涂料的灌注、放空;散热器内腔及内焊缝应平滑,无尖角毛刺及暗缝、夹缝,在此基础上,加上严格的前期预处理和严格按内涂防腐的工艺要求进行操作,才能取得良好的全面防护效果。6.热价要按照环保原则进行按世界人均能源储量,我国并不是富能国家。节能、环保已列为我国的基本国策,否则不能保证我国的持续发展。建筑耗能是国家总耗能中的大户,但散热器只是采暖系统中的末端装置,是能量转换设备,它本身并不能节省热媒携带的能量。散热器的节能重点是其本身的制造能耗,包括原材料的生产。对散热器的节能评价,应按不同材质、不同型式分别对待。从节约制造能耗的角度出发,对同种、同类、同型、同材、同寿命的某一散热器而言,重要的评价指标就是在前述“五同”条件下金属热强度的高低。而进行节能评价的前提条件是必要的使用寿命。短时失效的短命产品,就其根本已不能满足建筑使用要求,并且会带来巨大而无为的损失,从保证工程使用角度是不应选用的,自然更难谈其节能问题。环保是国家和人类发展的需要。不能把掠夺式的原生资源利用、恶劣的生产环境和过分严重的环境污染作为低成本依据和企业发展的优势,更不能因此而对不同材质的散热器进行片面而简单化的对比和评价,否则就容易得出与实际和发展不符的错误结论。我们应当通过生产工艺的改进达到环保要求,造福于民、荫及子孙,追求长远而持续的发展。劳动条件的改善和环保投资都应视为该产品的真实成本。目前过低的铸铁散热器热价格是在恶劣的生产条件及环保条件下实现的,实际是恶性透支,并不是它按环保及持续发展要求的条件下进行生产时应有的价格。其他各类散热器同样应强调环保和无害化生产。7.对中国的启示对我国而言,热水采暖原为引进技术,散热器自然也是引进技术。在20世纪的中、后期,我国基本是学习和仿造外来产品阶段,尽管有的进行了少量的改造或改进,但基本类型变化很少。近些年来,我们已从全面学习阶段逐步进步到自主研发的阶段,但自主创新的力度和成果还难符合我国的实际需要。就目前我国的轻型散热器生产情况而言,西欧的钢制(柱型、板型、卫浴专用型)、北美的铜管铝片、加上我国自行研发的铜铝、钢铝复合型及钢管组合型等等,已基本包罗了世界范围的主要花样和品种,所用材料已包括了钢、铜、铝等常用金属材料。我们认