第1章緒論

1.1引言
對全世界而言，不可再生能源的儲量中，煤炭相對豐富而石油天然氣則相對不足。中國是一個煤炭使用大國，我國現(xiàn)今住宅的采暖年煤耗量指標28kg/㎡·an。在我國的北京天津等地區(qū)的冬季建筑物采暖的能耗量大約占同時期全地區(qū)總能耗的40%，而在更高維度的東北等地區(qū)所占比例更高。由于我國人口基數(shù)大，生活水平的提高，對于冬季采暖的能耗是非常龐大的。綜合考慮多種因素，只有煤炭的比較適合的能源材料，因此在中國采用煤炭作為基本能源是一種必然，而非偶然。中國的城市集中供熱可以追溯到50年代，通過長時間的摸索和努力，現(xiàn)在我國城市集中供熱方面取得了顯著地成果，為提高能源利用率，減少環(huán)境污染做出了重要貢獻。同時，它還促進了經(jīng)濟的快速發(fā)展，改善和提高了人民大眾的生活質(zhì)量水平。據(jù)可靠資料記載我國90年代初期的集中供熱面積約2.1億平方米，而在90年代末期集中供熱的面積約達8.6億平方米。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示我們可以看出在短短10年里，集中供熱的發(fā)展勢頭相當迅猛。同時，集中供熱的供應(yīng)方向還從三北地區(qū)向南面發(fā)展，普及率由年逐次提高，三北地區(qū)額集中供熱普及率達30%以上。但由于生產(chǎn)技術(shù)以及裝備水平的限制，仍然存在很多問題。散熱器的歷史追溯最早應(yīng)該到1890年左右，其所用的散熱器就是現(xiàn)代散熱器的雛形也就是柱形。但當時由于對鋼材質(zhì)掌握還不具備，所以都是采用鑄鐵材質(zhì)。隨著時間的推移到了1900-1920年代，散熱器取暖形式的優(yōu)越性、方便性、舒適性被其廣泛認可和使用，但直到1920-1930年代間散熱器才第一次革命性的產(chǎn)出了單柱鋼制散熱器，這就是我們現(xiàn)在所講的——“鋼制柱式散熱器”的最初問世。它明顯的提高了生產(chǎn)能力和較大滿足了社會對供暖設(shè)備的基本需求。鋼制柱式散熱器主要由走水部分和對流片組成，其主要是水暖，將水作為熱媒載體，以散熱器鋼材為導(dǎo)體首先作用于空氣加熱然后帶動空間溫度上升已達到取暖目的。鋼制柱式散熱器的散熱效果主要與散熱器內(nèi)部的熱媒溫度和外部空氣溫度以及與空氣接觸的面積還有空氣流速等有關(guān)。所以熱媒來源的溫度高低也直接和根本上決定和影響散熱器的實際使用效果。我國真正引入與生產(chǎn)鋼制柱式散熱器最早在1996年以后，隨著超聲波自動焊接(激光焊)工藝的普及和焊接成本降低，國內(nèi)生產(chǎn)廠商經(jīng)過生產(chǎn)設(shè)備改造，技術(shù)整合，大膽采用色彩，運用文化底蘊和卓越的創(chuàng)造力，以專業(yè)的國際化設(shè)計理念，創(chuàng)造出裝飾性與采暖功能完美結(jié)合的現(xiàn)代鋼質(zhì)柱式散熱器。
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1.2 供暖散熱器產(chǎn)品的現(xiàn)狀
散熱器向室內(nèi)傳遞熱量的主要方式是對流換熱和輻射換熱。中國的供暖系統(tǒng)中散熱器是系統(tǒng)中很重要的組成部分，其設(shè)計理念以及工藝等情況直接影響了其是否節(jié)能，是否對環(huán)境造成污染。以下是我國的各式散熱器及其特點：鋼制散熱器在國內(nèi)流行使用有 30 年的歷史，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在熱工性能好，耐高壓，耐腐蝕，體輕而薄，安裝維修簡便，裝飾性強等。目前，鋼制散熱器在實際生產(chǎn)生活中也出現(xiàn)了許多問題。例如，部分產(chǎn)品在一定條件下出現(xiàn)了腐蝕，漏水現(xiàn)象，其主要原因在于很難控制水中含氧量。我國現(xiàn)階段的國家標準中尚沒有對于水質(zhì)進行具體要求，沒有一個明確統(tǒng)一的標準。同時按照現(xiàn)在實行的幾個行業(yè)標準都沒有對鍋爐除氧的要求，因此鋼制散熱器的進一步使用還需要更佳完善的社會體制和國家標準。另一方面，我國同歐洲北美等地區(qū)相比，生產(chǎn)流程工藝還相對落后，因此不斷地改進散熱器的生產(chǎn)工藝是我國現(xiàn)階段亟待解決的問題。此外，鋼制散熱器的使用壽命得到保證。鋼制散熱器的使用壽命國家標準 GB50096-1999《住宅設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定“住宅的散熱器應(yīng)采用體型緊湊，便于清掃，使用壽命不低于鋼管的形式。”換句話說，散熱器的壽命應(yīng)該長于或等于采暖管道壽命。對于鋼制散熱器，除了其出廠本身的抗腐蝕性外，用戶的保養(yǎng)也成為一種關(guān)鍵性因素。在我國的暖通設(shè)計規(guī)范修訂中要求“采用鋼制散熱器時，應(yīng)采用閉式系統(tǒng)，并滿足產(chǎn)品對水質(zhì)的要求，在非采暖季節(jié)應(yīng)充水保養(yǎng)”在我國的多個地區(qū)由于采暖系統(tǒng)在非采暖季沒有做到充水保養(yǎng)。此外，在蒸汽供暖系統(tǒng)中不應(yīng)采用鋼制散熱器，對于具有腐蝕性氣體的作業(yè)空間或相對濕度較大的房間，不應(yīng)設(shè)置鋼制散熱器。 
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第 2 章 圓鋼管柱式散熱器的理論分析與計算

2.1 圓鋼管柱式散熱器的結(jié)構(gòu)
本文所研究的散熱器是圓鋼管柱式散熱器，其特點為：采暖系統(tǒng)中的主要散熱部件由若干并列的鋼制圓管組成，其金屬熱強度高，在提高經(jīng)意效益的同時保證了足夠的散熱量。鋼管兩側(cè)分別焊接有兩個方形立管提供供、回水。另節(jié)點處必須采用焊接這樣既提高了散熱器的承壓能力又使散熱器的整體剛性提高很好的滿足了我國現(xiàn)階段的標準。
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2.2 圓鋼管柱散熱器的傳熱計算分析

熱水介質(zhì)的熱量通過對流換熱的方式將熱量傳遞給鋼管內(nèi)壁，之后鋼管內(nèi)壁通過導(dǎo)熱的方式將熱量傳遞到鋼管外壁。而熱量向散熱器外部散發(fā)則是由兩部分構(gòu)成：一部分由鋼管外壁通過自然對流的方式向室內(nèi)空氣散發(fā)熱量；另一部分則是通過和管壁四周物體的輻射換熱進行，之后其他物體再通過對流換熱和輻射換熱向空氣散發(fā)熱量。

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第3章圓鋼管柱式散熱器的實驗測試.........54
3.1實驗部分介紹........54
3.1.1實驗裝置........54
3.1.2散熱器樣本的準備與安裝........55
3.1.3實驗方法........55
3.2實驗測試結(jié)果的處理........57
3.3實驗誤差分析........60
3.3.1影響實驗造成誤差的因素........60
3.3.2綜合誤差分析60
3.4本章小結(jié)........60
第4章圓鋼管柱式散熱器優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟分析........61
4.1圓鋼管柱式散熱器的技術(shù)分析........61
4.2圓鋼管柱式散熱器的經(jīng)濟分析........63
4.3本章小結(jié)........64
第5章結(jié)論與展望........65

第 4 章 圓鋼管柱式散熱器優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟分析

圓鋼管柱式散熱器屬于美觀，，高效，節(jié)能，環(huán)保的產(chǎn)品，其金屬剛性強度大能夠承受外界一定程度上的撞擊，其次其導(dǎo)熱性能良好明顯優(yōu)于鑄鐵式散熱器，散熱效率高。此外在我國鋼式散熱器已經(jīng)具有了相當?shù)囊?guī)模，其發(fā)展前景廣闊，在國內(nèi)迅速發(fā)展。較其他類型的產(chǎn)品，列入銅，鋁等造價昂貴的金屬，鋼制產(chǎn)品更能符合投資者經(jīng)濟性能的要求。 

4.1 圓鋼管柱式散熱器的技術(shù)分析 
結(jié)合我國現(xiàn)階段的能源利用情況，冬季采暖是其中一個很重要的環(huán)節(jié)。煤炭的使用加大了對于環(huán)境的污染以及對大自然的損壞，如何能高效利用能源是重之又重的艱巨任務(wù)；其次，在我國目前情況下，分戶計量措施還未得到有效的完善，這對于提高人們的節(jié)能環(huán)保意思發(fā)生了阻礙作用；再者，由于我國目前的供暖水質(zhì)尚無明確的統(tǒng)一標準，這就使得集中供熱水質(zhì)難以控制，造成了嚴重的散熱器腐蝕現(xiàn)象。 圓鋼管柱式散熱器其主要不利因素在于其壽命較鑄鐵，鋁合金式等散熱器短。影響其壽命的主要因素在于水質(zhì)對散熱器的腐蝕。目前我國沒有較完善統(tǒng)一的標準。對于鍋爐直供的采暖系統(tǒng)，應(yīng)當服從對于鍋爐的保護，按 GB1576-2001[26]，工業(yè)鍋爐水質(zhì)中的有關(guān)規(guī)定采用（PH=10～12，O2≤0.1mg/L 等）；而對換熱器供熱的采暖系統(tǒng)，應(yīng)當按閉式工業(yè)循環(huán)冷卻水的相應(yīng)標準采用。
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結(jié)論

本次設(shè)計中圓鋼管柱式散熱器是根據(jù)國家標準以及實驗樣品的實際參數(shù)來進行理論計算，數(shù)值分析，以及實驗測定的。但是由于本次設(shè)計是在理想假設(shè)的情況下計算的，所以明確以下幾點：
1.  本次設(shè)計計算中未考慮散熱器兩立管間的輻射換熱量以及立管與恒管間的輻射換熱，所以 Q 輻射值是偏大的，通過理論計算值和實際檢驗值可以看出基本符合該假設(shè)。 
2.  本次設(shè)計理論計算是在忽略管道內(nèi)水利不平衡條件下進行的，并取各個管道內(nèi)的流速相同且因檢驗時高位差帶來的諸多因素互不影響。 
3.  通過散熱器散熱量的理論計算和實際測量對比分析可以看出，其誤差居于2%~7%之間。而在其中輻射換熱量對于整體的誤差分析起到?jīng)Q定性作用。對于散熱器表面輻射率的選擇過程中應(yīng)當考慮輻射率隨著不同的溫度其值發(fā)生很大變化，所以輻射率是不可以忽略的一個重要因素。 
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參考文獻(略)

本文編號：234618