散熱器加罩對室內溫度及計量供熱的影響

陳晉喜

摘要：文章從散熱器的熱力工況分析和加暖氣罩對計量供熱的影響兩個方面，對加裝散熱器對室內供熱的影響，并提出了克服其缺陷所應采取的措施。

關鍵詞：散熱器加罩；計量供熱；室內溫度

中圖分類號：TU995 文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）05-0170-02

在家居裝修美化中，為保證居室的整體和諧，對散熱器裝暖氣罩的做法已十分普遍。暖氣罩是將暖氣散熱片包裝的設施，是用來圍護散熱器的一種裝飾，要求散熱片散熱性能正常、罩體遇熱不變形，外表美觀，便于檢查維修暖氣片。其合理做法和細部處理對采暖效果影響較大。所以，暖氣罩的制作必須符合散熱器放熱的規律和特點。

一、散熱器的熱力工況分析

散熱設備向房間的散熱過程主要包括三種形式：供熱系統的熱媒通過散熱器的壁面以對流傳熱方式向房間散熱，這種散熱設備稱為對流散熱器，各種以繞（串）片管為散熱元件的帶外罩散熱器均屬于此類；供熱系統的熱媒通過散熱器的壁面以輻射和對流的方式向室內散熱，這種散熱設備稱為輻射散熱器，如鑄鐵或鋼（鋁）制板型、柱型、管型、扁管型，柱翼型和閉式串片型散熱器等；散熱設備向房間送入高于室溫的空氣，直接向房間供熱，這種系統稱為熱風供暖系統。

散熱器散熱效果取決于對流運動的強弱，既取決于散熱元件表面的溫度對空氣驅動力的大小，又取決于散熱元件外部結構影響空氣流動阻力的大小。所以當供暖熱水溫度較低（如供暖過渡季節）時，其散熱能力的下降要比輻射器顯著，這種衰減是其熱工特性的正常表現，因此設計選用時應該予以考慮。

根據傳熱學原理，散熱器的放熱過程是自然對流換熱。靠近散熱器外表面的空氣由于接觸受熱，使其密度變小而產生浮升力，熱空氣上升，散熱器下部和旁邊的冷空氣則流進補充并同樣被加熱和上升。可見，熱空氣浮升的快慢主要取決于被加熱的程度，散熱器傳給空氣的熱量越多，則冷熱空氣間的密度差就越大，自然對流換熱過程也就越強烈。散熱器自然對流換熱主要取決于以下幾點：

1．散熱器外表面與室內空氣之間的溫度差△t，我們知道．對流換熱基本計算式為：

Q＝αF（tb—tn）＝αF△t

式中Q為換熱量；α為換熱系數；tb為散熱器的外表面溫度；tn 為室內空氣溫度；△t為散熱器外表面與室內空氣之溫度差；F為散熱器的外表面面積。顯然，△t越大，所傳遞的熱量就越多，使靠近外表面的熱空氣與遠離外表面的冷空氣之間的密度差愈大，因而自然對流就愈強烈，自然對流換熱也就愈強烈。

2．散熱器外表面面積F的大小從上述對流換熱基本計算式可以看出，在其他條件相同時，散熱器外表面傳給空氣的熱量Q與它的面積F成正比。自然對流正是依靠這些熱量而發生的，所以傳熱面積F的大小對自然對流的強弱也有很大的影響，其外表面積越大，自然對流換熱就越強。

3．空氣沿散熱器外表面自然對流過程分為三個階段，即層流階段，過渡階段，紊流階段。在層流階段熱量主要靠流體層與層之間的導熱作用傳遞。因此，換熱系數α比較低，空氣溫升不大，流速也小。進入第二個階段，空氣連續受到散熱器外表面的加熱，溫度提高很多，浮升力越來越大，流速不斷增加，層流底層的厚度隨流速進一步增加而減薄，使得層流底層的熱阻逐漸減少，所以在這一階段α是逐漸增加的。當空氣上升的速度增加到某個臨界值時，流動完全變為紊流，換熱系數α達到最大值。這三種狀態不僅取決于溫差的大小，而且與空氣沿散熱器外表面流動路程的長短也有很大關系。路程很短，還沒有發展為過渡階段或紊流階段時被加熱的空氣就離開了散熱器的外表面，此時僅層流階段起作用，換熱量較小；如流過路程較長，層流階段和過渡階段在整個散熱器外表面只占很小部分，它們對整個換熱過程的影響很小，主要是紊流階段起作用，相對來說，換熱量較大。

4．放熱的方向。放熱的方向即熱流的方向。自然對流運動靠受熱流體的浮升而實現，如果在熱流的上方受到人為地阻擋，就不利于自然對流換熱。從上述散熱器的換熱過程及其特點可以看出，散熱器加罩必須符合散熱器的放熱過程，同時還要保證被加熱的空氣在采暖房間正常對流循環，否則就會影響散熱器的散熱量。

二、加暖氣罩后對散熱器散熱的影響

對于輻射器，加裝暖氣罩后，其輻射—對流傳熱量比例發生變化，甚至可能完全隔絕輻射散熱，其不利于散熱的影響是顯而易見的，而那些設計錯誤的暖氣罩，其散熱量的折減就會更大，常見錯誤有暖氣罩的開口過小，百葉通氣率低，開口隨意而定，不考慮空氣對流的順暢，只開一個通氣口，等等。

對于對流器，加裝暖氣罩也應謹慎。原因是：（1）對流器的外罩已經做好，加裝暖氣罩會增加流動阻力，導致對流散熱量的減少；（2）利用現場加工的暖氣罩取代原有的外罩，若無專業技術指導，將由于外罩與散熱元件配合關系的改變，影響對流器的散熱能力。

三、加暖氣罩后對計量供熱的影響

為了實現室內溫度控制和分戶熱量計量，集中供熱系統中設置有相應的熱量計量儀表以及一系列的溫度，壓力，流量控制設備。采用熱計量后，用戶可以根據需要通過調節熱媒流量來控制散熱器散熱量，以改變室內溫度。而暖氣罩的增添勢必會對熱計量產生一定的影響，特別是家居裝修用暖氣罩極不規范，根據歐洲國家的測試數據暖氣罩對散熱器散熱量的影響將達到30％。由散熱器的熱力特性分析，當散熱器類型尺寸及連接方式一定時，散熱器的散熱量可以表示成計算溫差的函數。即散熱器特性方程為：

Q=KF△t ＝cG(tg-th)

Q為散熱器散熱量（W）；G為散熱器流量（kg/h）；tg為散熱器供水溫度（℃）；th為散熱器回水溫度（℃）；tn為建筑物室內溫度（℃）；c為熱水質量比熱C =4187J/kg·℃。其中△t =（tg-th）/In(tg-tn)-In(th-tn)為對數平均溫差。散熱器散熱量對供回水溫度的變化是敏感的而對流量的變化則是隨著流量的增加而減小。對于給定編制條件的某型號散熱器，可以得到25℃溫差下該型號散熱量與流量的關系。

編制條件：標準負荷1687W，散熱器特性系數A＝6.614，B＝1.334 室內溫度為18℃

注：改變流量時供水溫度保持不變，回水溫度及溫差相應變化。如果溫控閥與散熱器一起安裝在封閉的暖氣罩中，將使溫控閥的感溫環境高于設定數值，溫控閥的感溫元件所接觸到的熱環境將不再是室內環境而成為暖氣罩內熱環境。假設加裝暖氣罩所引起的熱損失為67W，忽略其他影響因素，則提供1678W的標準熱量必須付出1754W的熱量及120％的相對流量。這就意味著為得到舒適的室溫，采暖用戶將不得不相應調高暖氣罩內溫控閥的設定溫度，并且為多余的熱量損失付出經濟代價。此外暖氣罩的加裝會使熱分配表如（蒸發式熱分配表）工作失效，并且給散熱器的檢修代來諸多不便。

四、暖氣罩合理的設置

在家居裝修中，為保證室內的整體和諧，對散熱器裝暖氣罩的做法已十分普遍。根據有關分析資料，裝暖氣罩后，有8％～30％以上的熱散發不出來，因而加暖氣罩的住戶將多消費熱，其取暖費就高。因此合理的暖氣罩設置具有積極的意義。

從散熱量的觀點出發，帶有格柵的進氣口，其凈空面積至少應該等于空氣通過散熱元件時的凈空面積，而無格柵的進氣口要超出這個面積的25％。對于出氣口則不應該小于空氣通過散熱元件時凈空面積的0.9倍，不大于這個面積的1.3倍。散熱器進出口的位置上部距窗臺板的高度，與進氣口距地的距離以150毫米為宜。

暖氣罩出氣口方向的設計是實際應用中影響較大的問題；出氣口向上雖然有利于散熱，但是這種設計，不僅容易使散熱元件積塵，而且長期使用會使熱空氣攜帶各種微粒污染出氣口壁面，同時氣口向上不利于人們活動空間舒適狀況的改善，所以從衛生和健康角度考慮出氣口應前置。

五、結論

綜上所述，散熱器安裝時應盡量采用工藝型散熱器，避免加裝散熱罩影響室內供熱效果，同時還可以提高房間的使用空間；散熱器加裝罩時，首選金屬格柵式散熱罩，提高其傳熱效果；在選用百葉式散熱罩時，一定要保證進氣口的面積，保證循環空氣的流動。

總之，采暖散熱器加罩是建筑裝飾設計的一個組成部分。就建筑裝飾而言，暖氣罩不單純是用來滿足建筑本身的需要，更重要的是用來滿足人們的生活需要和環境質量(主要是室溫)的要求，所以在設計和施工中應注意兩者之間的配合，缺一不可。暖氣罩的做法若不妥當，將直接影響散熱器的散熱效果，降低了室內溫度，還浪費了大量的熱量。所以，暖氣罩在節約能源中的作用不能忽視。

參考文獻

[1]陸耀慶．實用供熱空調設計手冊[M]．中國建筑工業出版社，1993．

[2]供熱工程[M]．中國建筑工業出版社，1991．