鋼制散熱器對于我國現階段的實用性分析

(青島理工大學 山東 青島 266033)

鋼制散熱器對于我國現階段的實用性分析

王滕孫明明

(青島理工大學山東青島266033)

散熱器俗稱暖氣片，是將集中供暖系統管網中高溫水的熱量傳遞到到室內的一種末端裝置，是現階段春、冬季節生活中不可缺少的組成部分。其材質的好壞，性能的高低，外觀的形式，直接關系到生活使用中的安全性、經濟性和裝飾性等問題。鋼制散熱器的使用可行性是由于我國現階段的國情決定的，其主要原因是由以下幾點決定的。

歷史原因：散熱器作為現代城市春、冬季節采暖的重要設備，其發展歷史由來已久。其最早出現在19世紀中期的歐洲國家，其作用除了能夠在冬季能夠采暖外，更是當時歐洲上流貴族顯示社會地位的一種象征且大貴族們多采用鑄鐵浮雕單柱形式散熱器來裝飾府邸。20世紀初期，隨著第一次工業革命的不斷推展，人們的生產力及生產水平有了極大提高，在許多歌劇院、教堂等地陸續出現了多柱、鐵柱浮雕類散熱器。在1920年～1930年，單柱鋼制散熱器的出現更是滿足了當時中高層人群的社會需求。隨著工業革命的不斷推進，普通人民群眾也相繼采用散熱器(多采用多柱鑄鐵散熱器和多柱鋼制散熱器)的采暖方式來代替燒火取暖，散熱器也在同一時期在世界傳播開來。隨著人們生活水平的提高，人們對生活質量要求越來越嚴格。1950年～1960年出現的銅質板式散熱器以散熱量大、外觀簡潔大方、價格適中的特點受到當時人們的青睞，成為主流產品。隨之1960年～1980年人們對于鋁以其傳熱效果好、輕捷、可樹性好等特點更為關注，希望能以此取代更加昂貴的銅質散熱器。但由于水質問題的酸堿性無法得到解決而引起的腐蝕問題，故而在1980年之后散熱器主流又回歸到鋼制。

中國開展城市集中供熱的時間較晚，其源頭是從20世紀50年代中國向蘇聯學習先進的文化科學知識起。供熱技術(包括供熱的設計、施工、運行管理等)就是當時我國學習的方面之一。我國大量的科研人才經過不斷的努力、嘔心瀝血，為提高能源利用率、降低環境污染于1987年終于在之前建設部頒布的設計規范的基礎上提出了更適合我國國情的《采暖通風與空調設計規范》(GBJ19-1987)。2003年又對該項規范提出了更為全面的修訂，頒布了《采暖通風與空調設計規范》(參考文獻[1])。其中室外溫度和熱負荷的確定計算與先進的發達國家相比絲毫不差。20世紀80年代隨著中國國力的增強，經濟實力的增加，我國供熱事業也在此階段迅猛發展。我國國內的煤炭儲備以及鋼鐵儲備在世界遙遙領先，在這期間鑄鐵散熱器以其造價低廉更是風靡一時。1998年我國正式引入鋼制柱型散熱器，該類散熱器以其散熱性能好、外觀精美、裝飾性強等優點逐漸出現在人們的眼中。這種散熱器的出現徹底的解決了當時因家居裝飾和鑄鐵散熱器不相協調、不美觀的問題。但隨著新型鋼制暖氣片在我國熱銷，許多棘手的問題逐漸呈現出來，現階段我國的采暖系統由于設備的品質問題和管理的不夠完善和規范，部分采暖系統存在嚴重的腐蝕問題。這與自身防腐能力相對較差的普通鋼制暖氣片之間形成一個難以解決的矛盾。另外，鋼制散熱器逐漸成為我國北方家庭裝修者可供選著方案之一的同時，價格問題也慢慢成為衡量商品選取的重要因數。為加強鋼制散熱器的防腐能力，2000年，我國首次采用內防腐技術。大品牌散熱器廠家紛紛開展防腐技術的研發，截止目前鋼制散熱器內防腐技術已經非常成熟，其平均使用壽命達到十年以上。2005年后，銅鋁復合暖氣片、鋁合金暖氣片等復合型暖氣片大量投產，它是依據中國供暖水質及運行管理不規范、鋼制暖氣片常易腐蝕漏水、在中國特定條件下應運而生的，也深受廣大用戶的歡迎。不過目前我國仍以鋼制散熱器作為主流散熱器，鑄鐵散熱器為輔。

人們對于散熱器的需求：散熱器其本身就是為人們服務的，其質量的好壞完全取決于社會生產力以及相應的社會生產關系。我們一般用以下幾個方面來評判質量的好壞：熱工性能、經濟、工藝、安裝使用、美觀、衛生、使用壽命等。

1.熱工性能要求。熱工性能是指散熱器在正常運行情況下向周圍環境散發熱量的能力。而其所散發的熱量又由對流換熱量和輻射換熱量兩部分組成。衡量對流換熱量的指標我們稱作對流換熱系數，而衡量表面輻射換熱量的指標我們稱作表面輻射換熱系數。因此如何提高散熱器的熱工性能主要可由三部分構成：第一就是優化外形設計提高對流換熱系數，第二就是增加散熱器外表面對流換熱面積，第三，正確使用散熱器涂層及其顏色以增加散熱器外表面輻射率。

2.經濟性要求。衡量散熱器經濟性能主要是看其金屬熱強度值得大小。金屬熱強度是指散熱器內熱媒平均溫度與空氣溫度差為1℃時，每公斤質量散熱器單位時間所散發的熱量。因此，金屬熱強度越大，散發同等熱量所耗金屬量越小，經濟性能越好。

3.工藝要求。工藝中在對散熱器進行焊接組裝時，應該嚴格按照相關國家標準規定對其進行無縫隙焊接，且焊接處無明顯凸凹痕跡。同時散熱器的生產工藝應滿足大批量生產的要求。

4.安裝使用要求。參照現代安裝使用規范。

5.衛生要求。散熱器的外表面應該光滑不易于積累灰塵，應該便于清理。

6.美觀要求

7.使用壽命的要求。影響使用壽命的因素主要在于散熱器的腐蝕問題得不到很好的解決。而影響腐蝕的原因一般有以下兩個方面：⑴對于鍋爐直供的采暖系統，應當服從對于鍋爐的保護，按GB1576-2001，工業鍋爐水質中的有關規定(PH=10～12，O2≤0.1mg/L等)，而對換熱器供熱的采暖系統，應當按閉式工業循環冷卻水的相應標準采用。在停暖狀態下，主管道內存水基本排空，空氣充滿整個管道空間，管道處于密閉狀態下，其內表面余水難以完全蒸發，此時鋼、鐵腐蝕機理是電化學腐蝕。⑵在運行狀態下，腐蝕的原因有以下3個方面：①供暖系統的補充水PH值太小，鋼制散熱器在該環境下迅速腐蝕。②氧對于碳鋼有著嚴重的腐蝕。實際運行中如果一次補水量很大，除氧器無法達到除氧所需的溫度(100±1℃)條件，導致溶氧超標，從而造成嚴重的氧腐蝕。③碳鋼表面在大多數的水質中無法形成有效的保護膜。保護膜一般為一層致密的Fe3O4，若可以保持則能較好地抵抗氧腐蝕，但實際運行工況中pH值僅為6.7～7.3，Fe3O4保護膜難以形成，即使在投運前進行造膜處理，運行中仍會被溶解，主要原因是pH值僅為6.7～7.3時，水中仍有部分游離的CO2,這部分CO2來源于水中的碳酸鹽和除氧器低溫運行時溶入的空氣，它不僅破壞氧化膜，而且能直接與鋼鐵反應而加速腐蝕。碳鋼在大氣中的腐蝕速率計算經驗公式：

M=0.484T+0.701W+0.075H+8.202S-0.022Y-52.67

M-碳鋼大氣腐蝕量，mg/(dm2·d)；

T-地區氣溫，°C；

W-地區濕度，%；

H-海鹽粒子量，mg/L；

S-SO2量，mg/(dm2·d)；

Y-降水量，mm。

王滕(1990.05-)，男，漢族，山東省濟寧市任城區喻屯鎮白莊村，在讀碩士，青島理工大學，研究方向散熱器。