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散熱器及設計選型與暖風機的簡介

建築物室内的供暖或供冷裝置處于能量輸送系統的終端,稱之為末端裝置。供暖系統末端裝置即散熱裝置常用的有散熱器、暖風機、輻射闆和風機盤管(後兩種夏季可同時供冷)。它是供暖系統的主要組成部分。它向房間散熱以補充房間的熱損失,保持室内要求的溫度。

其中散熱器是應用最廣、最普遍的散熱裝置。

散熱器的作用:将供暖系統的熱媒(蒸汽或熱水)所攜帶的熱量,通過散熱器壁面傳向房間達到采暖的目的。

散熱器的種類:

按傳熱方式分:輻射散熱器和對流散熱器。

按材質分:鑄鐵、鋼制、鋁合金、銅鋁複合及塑膠散熱器。

按構造分:柱型、翼型、管型、平闆型、柱翼型。

柱式散熱器:材料-鑄鐵、鋁、銅鋁複合;K值大,美觀

闆式散熱器:材料-鋼;K值大,美觀;承壓高、壽命長;

串片式散熱器:材料-鋼、鋁;以對流為主

1)鑄鐵散熱器:

類型:翼型(長翼、圓翼)、柱型、柱翼型。

優點:結構簡單、耐腐蝕(材料:灰口鑄鐵)、使用壽命長、熱穩定性好(水容量大)。

缺點:金屬耗量大(笨重,制造安裝和運輸勞動繁重)、比鋼制散熱器低。

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2)鋼制散熱器:

類型:鋼串片、闆型、扁管型、柱型、光排管型。

特點:金屬耗量少,金屬熱強度高;

耐壓強度高,适用于高層建築和高溫水供暖;

外形美觀整潔,占地小,便于布置;水容量較少,熱穩定性差些;

易被腐蝕,使用壽命短。

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鋼串片散熱器:由鋼管、鋼片、聯箱及管接頭組成,鋼串片上的串片采用0.5mm的薄鋼片串片兩端折邊90℃形成封閉形。許多封閉垂直空氣通道,增強了對流放熱能力。

有帶罩和無罩兩種,有罩的鋼串片散熱器是典型的對流散熱器(對流散熱量幾乎占100%)。

鋼制扁管型散熱器:由長方形的水通路扁管疊加焊接在一起,兩端加上聯箱制成。

闆型有單闆、雙闆,單闆帶對流片和雙闆帶對流片四種結構形式。單雙闆扁管散熱器兩面均為光闆,闆面溫度較高,有較多的輻射熱。帶對流片的單雙闆扁管散熱器,每片散熱量比同規格的不帶對流片的大,熱量主要以對流方式傳遞。

鋼制光排管散熱器:由鋼管焊接而成,易于清除積灰。耗鋼材,占地面積大。

鋁合金散熱器:加工友善,重量輕,外形美觀,但造價較高,不如鑄鐵散熱器耐用。

塑膠散熱器:重量輕,可節省金屬,耐腐蝕,但不能承受太高的溫度和壓力。

散熱器的布置:

宜安裝在外牆窗台下。

散熱器宜明裝,幼稚園、老年人建築必須暗裝或加防護罩。

鑄鐵散熱器的片數不宜超過:粗柱型(含柱翼型)20,細柱型25,長翼型7。

貯藏、盥洗、廁、廚等輔助用室及走廊的散熱器,可與鄰室串聯。

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熱水供暖散熱器串聯時,可同側連接配接,但上下串聯管直徑應與散熱器接口直徑相同。

有當機危險的樓梯間或其他有當機危險的場所,應由單獨的立、支管供暖。散熱器前不得設定調節閥。

安裝在裝飾罩内的恒溫控制器必須采用外置傳感器,傳感器應設在能正确反映房間溫度的位置。

在兩道外門的外室以及門鬥中,不應設定散熱器,以防凍裂。

樓梯間或有回馬廊的大廳散熱器應盡量配置設定在底層,當散熱器數量過多,在底層無法布置時,按後表配置設定。多層住宅樓梯間一般可不設散熱器。

樓梯間或有回馬廊的大廳散熱器應盡量配置設定在底層,當散熱器數量過多,在底層無法布置時,按規範配置設定。多層住宅樓梯間一般可不設散熱器。

散熱器的選擇、布置:

選用原則:據實際情況,選擇經濟、實用、耐久、美觀的散熱器。

原則:容易造成室内冷暖氣流,室外侵入的冷空氣加熱迅速,人們停留區域暖和舒适以及少占用室内有效空間和使用面積。

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散熱器的計算:

散熱器的計算是确定供暖房間所需的散熱面積和片數。

1.散熱器面積的計算:

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注:在計算散熱面積時,如果明裝供暖管道散熱量超過房間供暖系統設計熱負荷的5%時,則在Q值中宜減去系統管道對室内的放熱。

計算公式:

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2.散熱器内熱媒平均溫度 的計算:

a.熱水供暖系統:tpj=(tsg+tsh)/2℃

單管系統:進出口水溫需逐一計算,然後求F;

雙管系統:tpj=(t΄g+t΄h)/2 ℃

b.蒸汽供暖系統:

當蒸汽壓力≤0.03MPa時,tpj取100℃;

當蒸汽壓力>0.03MPa時,tpj取與散熱器進口蒸汽壓力相對應的飽和溫度tb。

3.散熱器的傳熱系數K值:

a.k的實體意義:

是散熱器散熱能力強弱的标志,指(tpj-tn)為1℃時,每平方米散熱器的散熱量。

b.影響因素:散熱器的制造情況;散熱器的使用條件。

其中,影響傳熱系數和散熱量的最主要因素-△t。K值是通過實驗确定的。

注:Q=KA(tm-tR)W

K---散熱器的傳熱系數。

k修正:

(1)組裝片數修正系數

注:鋼制闆式及扁管式等整體式散熱器用不同規格的散熱器分别進行試驗,得到各自的熱工性能數值,不進行片數修正。

(2)連接配接形式修正系數

連接配接形式中(見圖),同側上進下出k值最高>異側上進下出>異側下進下出>異側下進上出>異側上進上出>同側下進上出最差。

(3)安裝形式修正系數

對K值的修正亦即對散熱器面積的修正。

注:下進上出時水流總趨勢與水在散熱器中冷卻後的重力作用相反,而使散熱性能變差,傳熱系數變小,在相同熱負荷下所需散熱器面積增加。

流量:對内換熱系數無大影響,但對散熱器平均溫度有較大影響。平均溫度高,外換熱系數大,呈q=Ln(G)關系

不同的塗料也有影響(塗銀料即鋁粉的輻射系數低于調和漆)

表面參數(輻射):油漆0.9;鋁粉0.4;未處理鑄鐵表面0.7-不同塗層散熱量15%。

熱媒不同,k值不同,蒸汽散熱器内表面凝結放熱,表面溫度較均勻,相同的tpj,蒸汽的高于熱水的。

注:修正數值見《供熱工程》附錄或《采暖通風設計手冊》。

4.散熱器片數、長度的計算:n=A/a

其中:a為一片散熱器的散熱面積,㎡/片。

注:n取整,取整時,柱型、長翼型、闆型、扁管式散熱面積可比計算值小0.1㎡,串片式、圓翼型和其它散熱器的散熱面積可比計算值小5%。

注:我們是經過計算才确定n值的,而在計算F時有一項是片數修正系數,是以,在計算F時先假定β1=1.0,求n值,然後再對F進行修正,再求F。

注:每組散熱器的片數或長度,不應超過下述規定:M-132 20片;四柱、五柱型,25片;長翼型,7片;圓翼型,4m;鋼串片、闆型、扁管式,2.4m。

組裝片數修正系數β1:

邊片傳熱效果優于中間片:

散熱器形式 各種鑄鐵及鋼制散熱器 鋼制闆型/扁管型散熱器
每組片數或長度 ≤5 6~10 11~20 ≥21 ≤600 600~1000 ≥1000
修正系數 0.95 1.00 1.05 1.1 0.95 0.98 1.00

連接配接方式修正系數β2:

水流總趨勢與降溫造成的重力作用方向一緻。

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安裝形式修正系數β3:

同一供暖系統中的同一型号散熱器,分别采用以下4種安裝方式時,散熱量最大的是哪一種?

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安裝形式 β3
裝在牆體的凹槽内(半暗裝)散熱器上部距牆距離為100mm 1.06
明裝但散熱器上部有窗台闆覆寫,散熱器距離台闆高度為150mm 1.02
裝在罩内,上部敞開,下部距地150mm 0.95
裝在罩内,上部、下部開口,開口高度均為150mm 1.04

流量修正系數β4:

進出口水溫差25℃時為标準流量(β4 =1)

散熱器類型 流量增加倍數
1 2 3 4 5 6 7
柱型/長翼型多翼/鑲翼型 1.00 0.90 0.86 0.85 0.83 0.83 0.82
扁管型 1.00 0.94 0.93 0.92 0.91 0.90 0.90
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散熱器算例(一):

某辦公室會議室(tn=18℃),計算采暖熱負荷為2200W,設計選用鑄鐵四柱640型散熱器,裝在罩内,上部和下部均開口,開口高度為150mm,采暖系統為上供下回系統,熱媒為85/60℃熱水,散熱器為異側上進下出,該會議室選用散熱器的片數是多少?

查樣本:鑄鐵四柱640型散熱器單片散熱面積為f=0.205m2,當△t=64.5℃時,散熱器傳熱系數K=9.3W/(m2·℃),10片散熱器傳熱系數計算式K=2.442△t0.321。

片數計算尾數的處理:

雙管系統:熱量尾數不超過所需散熱量的5%時可舍去,大于或等于5%時應進位。

單管系統:上遊(1/3)、中間(1/3)及下遊(1/3)散熱器數量計算尾數分别不超過所需散熱量的7.5%、5%及2.5%時可舍去,反之應進位。

摘自:2009 全國民用建築工程設計技術措施(暖通空調·動力)。

散熱器算例(二):

某辦公室會議室(tn=18℃),計算采暖熱負荷為850W,設計選用鑄鐵四柱640型散熱器,裝在罩内,上部和下部開口高度為150mm,采暖系統熱媒為80/60℃熱水,雙管上供下回,散熱器為異側上進下出,該會議室選用散熱器的片數是多少?

查樣本:鑄鐵四柱640型散熱器單片散熱面積為f=0.205m2,10片散熱器傳熱系數計算式K=2.442△t0.321。

輻射換熱—房間熱負荷與冷負荷Q:

依據現行規範GB50736-2012《民用建築供暖通風及空氣調節設計規範》進行:

全面輻射供暖室内設計溫度可降低2℃,全面輻射供冷室内設計溫度可提高0.5~1.5℃。

局部供暖系統的熱負荷按全面供暖熱負荷取系數确定

敷設加熱供冷部件的建築地面和牆面,不應計算其傳熱損失。

局部區面積與房間總面積的比值K K≥0.75 K=0.55 K=0.40 K=0.25 K≤0.20
計算系數 1 0.72 0.54 0.38 0.30

敷設加熱供冷部件的地面或牆面,不存在通過地面或牆面向外的傳熱負荷。

輻射面向外的傳熱負荷應計算在輻射房間熱媒供熱量中(冷媒供冷量)。

房間熱負荷附加值:

對采用集中熱源分戶熱計量或采用分戶獨立熱源的熱水輻射供暖系統,需考慮間歇供暖附加值和戶間傳熱負荷,附加後房間熱負荷為:

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計算要點:

機關地面面積向上供熱量或供冷量:

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節選自:JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術規程》

向下傳熱量Q2:

相關因素:面材、厚度、水均溫、水溫差(流速)。

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輻射—供暖表面平均溫度:

民用建築供水溫度宜采用35-45度。

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熱水地面輻射供暖系統的供、回水溫度應由計算确定,供水溫度不應大于60度,供回水溫差不宜大于10度,且不宜小于5度。民用建築供水溫度宜采用35-45度。

本條從地面輻射供暖的安全、壽命和舒适考慮,規定水溫不應超過60度。從舒适及節能考慮,地面供暖供水溫度宜采用較低數值,國内外經驗表明,35-45度是比較合适的範圍。保持較低的供水溫度,有利于延長化學管材的使用壽命,有利于提高室内的熱舒适感;控制供回水溫差,有利于保持較大的熱媒流速,友善排除管内空氣,也有利于保證地面溫度的均勻。嚴寒和寒冷地區應在保證室内溫度的基礎上選擇設計供水溫度,嚴寒地區回水溫度推薦不低于30度。

人員經常停留的地面,美國相關标準研究得出地面溫度21-24度時,不滿意度低于8%。日本相關資料研究表明,地面溫度上限為31度時,從人的健康舒适考慮,是可以接受。考慮到大陸的生活習慣,定為29度。

輻射—供冷表面平均溫度:

表面溫度高于室内露點1~2℃。供水溫度一般14-18℃,負荷越大,水溫越低;供回水溫差不宜>5℃且不應<2℃。

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歐洲标準,人員長時間坐卧的房間地面溫度下限為20度,人員活動頻繁的房間地面的溫度下限為18度。

輻射供冷系統隻能除去室内的顯熱負荷,無法除去室内的潮熱負荷。為了防止輻射面結露和增加舒适度,需另設除濕通風系統。室内部分顯熱負荷由輻射供冷系統承擔,送風系統承擔室内的全部潛熱負荷和剩餘的顯熱負荷。

當采用溫濕度獨立控制時,需要單獨設計。

表面溫度校核:

供熱:確定地表面平均溫度不超過規定限值。

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供冷:不低于規定限值。

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頂棚 8.48度>地面 8.19度(當室内溫度18度,機關地面向上供冷量60W時),也即供冷時頂棚溫度可以略高于地面的(冷管上置與自然對流方向一緻)。

校核供暖地面地表面平均溫度的近似公式是由ASHRAE手冊提供的計算方法,經回歸得到的。如果表面平均溫度高于規定的限值,應改善建築的熱工性能或設定其他輔助供暖裝置,減少地面輻射供暖系統負擔的熱負荷,滿足限值要求。

輻射—表面溫度隐含的制約因素:

加熱供冷管和輸配管流速不宜小于0.25m/s;分水器、集水器最大斷面流速不宜大于0.8m/s;分支環路不宜多于8路。

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地面輻射換熱—主要設計步驟:

确定房間熱負荷Q1(1000W)

計算機關地面面積向上散熱量q1(66.7W/m2,鋪滿房間)

假設管道布滿整個房間(15m2),根據供回水溫度(40/30℃)、室内設計溫度(18℃)、面層條件(水泥)等查表确定機關地面面積向上散熱量q1*(73.2W/m2)。

查表值q1*略大于計算值q1,取對應間距布管,使實際敷設面積小于房間面積(實際可行)。

實際敷設面積:Q1/q1*=13.7m2

地表面溫度校核 tpj=tn+9.82×(q1*/100)0.969=25.3℃

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輻射供暖算例(一):

寒冷地區某住宅樓采用熱水地面輻射供暖系統(間歇供暖),各戶熱源為瓦斯壁挂爐,某戶的起房間面積為32m2,基本耗熱量為0.96kW,計算該起房間實際房間熱負荷。

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輻射供暖算例(二):

浴室采用低溫熱水地面輻射供暖系統,設計室内溫度為25℃,且不超過地表面平均溫度最高上限要求,敷設加熱管機關地面面積散熱量最大限值是多少?

最高上限:32℃

由tpj=tn+9.82×(q1/100)0.969可知

25+9.82×(q1/100)0.969≤32→q1≤70.5W/m2

輻射供暖算例(三):

某建築首層門廳采用地面輻射供暖系統,門廳面積360m2,可敷設加熱管的地面面積為270m2,室内設計溫度20,求保證規定地表面溫度上限值對應的最大房間熱負荷。

最高上限:32℃

由 tpj=tn+9.82×(q1/100)0.969可知

20+9.82×(q1/100)0.969≤32→q1≤123W/m2

Q1=270×123/1000=33.2kW

暖風機:

暖風機是熱風供暖系統的備熱和送熱裝置。熱風供暖是比較經濟的供暖方式之一,對流散熱幾乎占100%,具有熱情性小,升溫快的特點,适用于高大工業廠房等建築的供暖。

關于熱風供暖的設計,屬于通風空調工程,本段僅将作為供暖裝置的暖風機作一介紹。暖風機是由通風機、電動機及空氣加熱器組合而成的聯合機組.在風機作用下,空氣由吸風口進入機組.經空氣加熱器加熱後,從送風口送至室内,以維持室内要求的溫度。

暖風機分為軸流式與離心式兩種,常稱為小型暖風機和大型暖風機。

根據其結構特點及适用的熱媒不同,又可分為蒸汽暖風機、熱水暖風機、蒸汽、熱水兩用暖風機以及冷、熱水兩用暖風機等。

軸流式暖風機:體積小,結構簡單,安裝友善。但它送出的熱風氣流射程短,出口風速低。

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是以它主要用于加熱室内再循環空氣,一般将其懸挂或支架在牆上或柱子上。熱風經出風口處百葉調節闆,直接吹向工作區。

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離心式暖風機:用于集中輸送大量熱風的供暖裝置。

由于它配用離心式通風機,有較大的作用壓頭和較高的出口速度,比軸流式暖風機的氣流射程長很多,送風量和産熱量大。常用于集中送風供暖系統。

離心式大型暖風機,除用于加熱室内再循環空氣外,也可用來加熱一部分室外新鮮空氣。同時用于房間通風和供暖上。

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本文來源于網際網路,暖通南社整理編輯。