装饰对散热器传热性能影响实验研究

摘要：加装装饰罩和粉刷涂料是散热器装饰的主要形式。实验研究了不同型式装饰罩对散热器性能的影响，给出了不同型式装饰罩安装修正系数；分析了装饰罩顶部开孔率对散热性能的影响，得出75％左右开孔率对散热器散热性能影响较小。给出不同涂料的黑度值，散热器外表面涂刷非金属涂料可以强化辐射换热，但是会影响散热器热传导。

关键词：散热器；装饰罩；涂料；传热性能；实验研究

中图分类号：TU832文献标识码： A

Experimental study on the impact of decorative radiator heat transfer performance

Dong Mei, Sun Jindong, Zhao Guochun,Li Dandan

(Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing,100044)

Abstract: Installation of decorative covers and radiator paint coatings are the main forms of radiator decoration. Experimental study on the effects of different types of decorative cover on the performance of the radiator, get the installation correction factor of different types of decorative cover. Then analyze the influence of the top opening rate of the decorative cover acting on thermal performance. Come to conclusion that the 75% holed ratio has little effect on the performance of radiators. Given the darkness value of different coating, so palette non-metallic coating on the radiator external surface can strengthen the radiation heat transfer, but it will affect the heat conduction.

Key words: radiator; decorative covers; coating; heat transfer performance; Experimental study

目前，散热器仍然是公用和民用建筑中最常见的室内供暖散热设备，由于散热器裸装影响室内环境整体美观，在家装和公装过程中经常采用加装装饰罩和涂刷涂料等方式来隐蔽或装饰散热器。对散热器进行装饰改善了室内整体环境美观，但是也会影响散热器的散热效果，往往致使室内温度达不到供暖要求。在北京市供热、供燃气、通风及空调重点实验室的支持下，我们开展了装饰对散热器散热性能影响的研究。

1.散热器工作过程分析

散热器在室内的散热是一个复合传热过程，包括散热器外表面与室内环境空气之间的对流换热过程和散热器外表面与四周壁面之间的辐射换热过程，这两个过程同时进行，散热器散热量是这两个传热过程传热量的叠加。对于不同型式散热器，对流换热量和辐射换热量所占比例不同，辐射散热器以辐射换热为主，对流器以对流换热为主。因此，散热器复合散热量可以表示为：

（1）

式中：――对流换热量，W；

――辐射换热量，W。

散热器的传热是一个复杂的过程，散热器散热性能受多种因素影响，包括散热器的材质、涂料、外形结构、加工制造工艺、连接片数及连接形式、安装形式、热媒温度及速度、房间围护结构内表面的温度等多种因素。

散热器散热过程中的辐射换热效果取决于表面温度、表面黑度、换热面积等。散热器散热过程中的对流换热效果取决于对流运动的强弱、换热面积和温差。对流运动的强弱既取决于散热元件表面的温度对空气驱动力的大小，又取决于散热元件外部结构影响空气流动阻力的大小。

2.装饰罩对散热器传热过程影响分析

装饰罩对散热器散热影响较大。对于辐射散热器，加装装饰罩后，有可能产生隔热板效应，将大大减少辐射换热量，其影响是显而易见的。对于对流器，加装装饰板后，一方面会增大空气流动阻力，导致对流散热量减少，另一方面设计合理会形成烟囱效应，增大自生风压头，增加对流换热系数。所谓“烟囱效应”是指由于外界冷空气和罩内热空气的密度差而使装饰罩产生的抽吸力作用。装饰罩所产生的抽吸力是供暖散热器与室内空气进行对流换热的主要动力。散热器周围被加热的空气在抽吸力的作用下将热量传到室内。抽吸力的大小主要与装饰罩高度和罩内平均温度有关。装饰罩高度的变化会对装饰罩的“烟囱作用”产生直接的影响。装饰罩越高，抽吸力也就越大。装饰罩宽度和厚度的变化，会使空气的流动通道截面积发生变化，导致空气流量发生变化，在一定的空气流速和换热量的情况下，空气流量的变化影响罩内空气平均温度的变化，从而间接影响抽吸力的变化。由此可以看出，装饰罩几何尺寸的变化对整个散热器的换热性能产生的影响是较大的。

装饰罩顶部开孔率是指装饰罩上部出风口面积占上部总面积的百分比。顶部开孔率较小时，空气出口几何尺寸较小，势必增加了空气流动阻力，导致装饰罩抽吸力减小，从而减弱了装饰罩对流作用，使散热器热流量减小。当然装饰罩的顶部开孔率也不能过大，若过大会使散热器元件积尘、装饰罩的强度不足易损坏。应该通过计算得到合理的装饰罩的顶部开孔率，从而为装饰罩的设计提供参考。

3. 装饰罩对散热器传热过程影响实验研究

3.1实验系统

为了研究装饰罩对散热器的散热影响，利用散热器性能综合测试实验台对装饰罩的影响进行了实验分析。实验系统如图1所示

图1实验系统简图

1高温水箱2电接点温度计3电加热器4流量计

5控制阀6温度传感器7散热器8低位水箱9溢流管

把软化水泵入高温水箱，在高位水箱内电加热器把水加热到设定温度，打开阀门，热水经过流量计后流进散热器，散热器布置在恒温小室内，散热器向恒温小室内散热，热水经过散热器散热后，温度下降，流回低位水箱。散热器进出口水温由温度传感器测定后传输给计算机软件，流量计测定数据直接传输给计算机，恒温小室内布置有48个测温传感器，分别测定空气温度和6内面温度，也直接传输给计算机。

3.2实验方案

根据家装和公装时常用散热器装饰罩型式，设计制作三种常见装饰罩：百叶窗型、格栅型、竖向条缝型。百叶窗型装饰罩采用间距30mm，百叶宽25mm，百叶叶片22片，叶片与水平方向倾斜角度为45o。格栅型装饰罩采用间距20mm，宽25mm，格栅条15条。竖向条缝型装饰罩采用间距20mm，宽25mm板条22条。

实验过程中，通过测定散热器安装装饰罩前后的热工性能来确定装饰罩的影响，首先测定明装散热器散热量随温差变化情况，再依次测定三种装饰罩下散热量随温差变化情况，从而分析不同装饰罩对散热的影响。

3.3实验结果

（1）装饰罩型式的影响

明装散热器时散热量随温差变化以及三种装饰罩下散热量随温差变化如图2所示。

图2不同装饰罩型式对散热器散热量的影响

从图2中可以看出，三种型式装饰罩下散热器性能曲线都偏离明装散热器性能曲线，格栅型装饰罩散热器性能曲线偏离最大，竖向条缝型与百叶窗型与明装性能曲线偏离更小。这说明，格栅型装饰罩下散热量衰减很大，损失的热量较大，从实验数据分析，格栅型装饰罩散热量折减率在15～25％左右，这一变化幅度与格栅条宽度、间距有关；百叶窗型和竖向条缝型装饰罩下散热量衰减不大，损失的热量更小，从实验数据分析，这两种型式装饰罩下散热量折减率在5～15％左右，其变化幅度与板条间距、宽度有关。

（2）罩体顶部开孔率的影响

在工程实际中，装饰罩安装往往顶部封闭，使得热空气在此处形成了占据一定空间的静止层，阻碍了热空气的浮升，增大了空气流动阻力，使空气流速降低，整体换热效果降低。为研究顶部开孔率对散热器散热量的具体影响，实验研究了装饰罩顶部开孔率对散热性能的影响。实验结果如图3所示。

图3 装饰罩顶部开孔率对散热量的影响

如图3所示，顶部开孔后散热器散热量明显增大。由于受散热器结构及使用条件的限制，顶部开孔率也不可能过大，若过大会使散热器元件积尘、装饰罩的强度不足易损坏、影响散热器的换热效率，因此顶部开孔率应该存在一个合理的取值范围。从图中可以看出，随着开孔率的增大，散热器散热量逐渐增大，而当开孔率达到 70%以上时，散热量的影响就不显著了。考虑到实际使用条件的限制，罩体上部开孔率最好保持在 75%左右。

（3）外表面刷漆的影响

在散热器实际安装使用中，为了美观，有时会在散热器外表面涂刷装饰漆，这对散热器散热性能产生影响。根据传热学理论，其影响主要表现在两个方面：一是由于外表面刷漆，使得散热器内热媒向空气散热过程多了一层漆的导热热阻，尽管漆层很薄，由于漆层导热系数远远低于铜、铝、钢、铁等金属，导致导热热阻增大，引起导热散热量减小；二是由于漆层黑度低于散热器表面黑度，我们知道，物体表面辐射黑度将使物体表面辐射换热系数提高，因此，当在散热器表面刷漆时，致使散热器表面黑度减小，辐射换热能力降低。以铸铁散热器温度84℃表面涂刷不同油漆时，其黑度测定值见表1。

表1 散热器表面不同涂料黑度值

传统做法多是在散热器外表面刷银粉，但凡辐射散热器，无论其结构形状如何，表面只要刷银粉漆，其辐射能力都会不同程度减弱，而刷非金属漆对散热器黑度值影响较小，对其辐射能力影响也较小。

4.散热器安装应注意问题

（1）当安装有装饰罩时，应进行适当修正

通过对安装不同装饰罩下散热性能的分析，不同型式装饰罩对散热量影响不同。以供水 95℃、回水70℃，室温18℃为例，此时计算温差为64.5℃计算得到三种装饰罩的安装修正系数如表2。

表2不同装饰罩安装修正系数

散热器加罩，如果设计合理，可以形成烟囱效应，从而增加其对流换热系数。但是在增大对流换热系数的同时辐射换热系数大多数情况下会减小，如何在增大对流换热系数的同时最大程度减少辐射换热量的损失成为罩体结构设计的关键。

（2）装饰罩顶部开孔

装饰罩顶部开孔对散热器性能影响较大，为了保证散热效果，罩体顶部开孔率应保持在75％左右，开孔向上虽然有利于散热，但是不利于美观和人们活动区间舒适状况的改善，开孔应当在顶部侧向开孔。

（3）表面刷漆

由于传统做法中银粉等金属漆不能满足节能要求，在2007年10月1日实施的《建筑节能工程施工质量验收规范》中明确规定散热器外表面应刷非金属涂料，采用非金属涂料，不仅可以增强散热器的辐射散热，还能使其外观色彩丰富多样，利于散热器装饰与居室装饰的和谐美观。

5.结论

在家装和公装过程中，对散热器所做的技术处理将直接影响其散热效果，如果处理不当，不仅造成能源浪费，还影响房间舒适度。当散热器安装装饰罩时，应当根据装饰罩型式选取适当的安装修正系数，以保证室内满足室内热负荷需要。罩体顶部开孔率应保持在 75%左右以减小对散热性能的影响。散热器外表面涂刷非金属涂料可以强化辐射换热，但是会影响散热器表面温度。

参考文献：

[1]章熙民，任泽霈，梅飞鸣. 传热学. 中国建筑工业出版社.

[2]萧曰嵘. 散热器装饰与建筑节能[J],暖通空调，2002, 32(1):50-51

[3]牟灵泉，牟萌，楚广明等．住宅适用的新型铜铝散热器［J］．建筑热能通风空调，2003，22(2):47-49

[4]宫克勤，郭胜杰，姜红芳，肖林. 装饰罩对散热器传热性能影响研究［J］．低温建筑技术，2012，167(5):125-126

注：本项目由北京市供热供燃气通风及空调工程重点实验室支持。

作者简介：董梅，女，北京建筑大学环境与能源工程学院，供热供燃气通风及空调工程专业研究生。

孙金栋，男，北京建筑大学环境与能源工程学院，供热供燃气通风及空调工程专业研究生导师。

赵国春，男，北京建筑大学环境与能源工程学院，供热供燃气通风及空调工程专业研究生。

李丹丹，女，北京建筑大学环境与能源工程学院，供热供燃气通风及空调工程专业研究生。