004不同材质散热器性能分析比较

不同材质散热器性能分析比较天津市建筑设计院机电三所李骏龙摘要：本文通过比较不同材质散热的导热性能、耐压性能、金属热强度、水容量等参数，分析不同材质散热器的性能，结合实际案例，比较他们的优缺点，为今后在设计过程中散热器材质和类型的选择以及散热器采暖系统的设计提供一定的指导意见。

关键词：散热器，材质，导热性能，耐压性能，金属热强度，水容量0 前言散热器采暖是目前最主要的采暖方式，在我国已有近百年的使用历史。

散热器作为采暖系统中最常见的末端设备，是一种在高温、高压时能稳定运行的承压采暖装置，具有良好的散热性能。

通过流过较高温度的介质，使散热器表面温度升高，散热器周围空气温度随之上升，在室内形成冷热空气对流，室内温度在对流中逐渐上升至实际温度。

本文通过比较不同材质的散热器性能，为今后散热器采暖系统的设计提供一定的指导意见。

1散热器分类散热器的产品就材质而言，可分为以下几类：钢制散热器、铝制散热器、铸铁散热器、铜铝复合散热器等等；就形式、型号、规格而言，更是多种多样。

因此，如何选择适合于工程或系统的采暖散热器，直接关系到系统的技术合理性、经济实用行、安全可靠行等。

1.1铸铁散热器铸铁散热器材质为灰铸铁，按结构型式分为柱型、翼型、柱翼型和板翼型。

其优点是耐腐蚀性强，价位低，寿命长，热隋性较好，热容量大，升降温度缓慢柔和；其缺点是金属热强度低，消耗铸铁量大，生产工艺落后，产品相对粗糙。

1.2钢制散热器目前钢制散热器按款式分主要有板式和柱式两种，尤其是钢制柱式散热器，以其丰富的色彩以及漂亮的外观赢得了众多消费者的喜爱。

钢制散热器的优点是热工性能较好，耗钢量小，承压能力强，外观形式新颖，价位较低；缺点是内腔存在腐蚀隐患，使用条件和防腐蚀要求受到一定限制。

1.3铝制散热器铝制散热器主要有高压铸铝和拉伸铝合金焊接两种。

其优点是散热性能较好，节能的特点十分明显，耐氧化腐蚀性能好，不会污染供热水质，外形简洁，体积小重量轻，热效率高；缺点是价格较高。

1.4铜铝复合散热器铜铝复合散热器是一种把铜管与铝翼型材用精密涨压工艺做成的供暖系统末端散热元件，走水部分为紫铜管，散热部分为合金铝，发挥铜材耐腐蚀特长以及铝材重量轻、导热好、易成型的特点。

优点是散热性能好，承压高，重量轻；缺点是成本较高，安装易变型。

2散热器性能参数2.1导热性能采暖散热器作为建筑物供暖系统的末端换热设备, 它的基本功能是将供热系统热媒所携带的热量安全可靠地传递给所服务的建筑区域，以补充通过建筑围护结构和冷风渗透等散失的热量, 将所服务区域内温度保持在要求的范围内。

因此，散热器的传热性能是基本要求, 其它性能都是为实现传热这一功能而必须的保证。

导热系数直接反映材料导热能力的大小，它是指厚度为1米的材料，当两侧表面温差为1K时，在单位时间内通过1㎡表面积的导热量。

导热系数高的物质，导热性好、散热快、热效率高，相对就节能。

常用金属的导热系数为（单位：W/(m2K)）:紫铜407、纯铝237、铝合金203、铸铝155、钢45、铁80。

从热效率看，铜的最好，铝的次之，钢的最差[1]。

2.2耐压性能耐压性能，即采暖散热器在供暖系统的工作压力下，全寿命周期内不发生破损和泄漏的能力，这是采暖散热器最必要具备的性能，往往在散热器产品标准中以强制性条文的形式出现。

表1不同类型散热器的承压能力[2]（MPa）散热器承压小一些，铸铁加工的散热器工作压力最小。

2.3金属热强度金属热强度是将散热器的散热量与所耗用的金属用量综合考虑的一个指标，具有现实指导意义。

其概念是通过散热器内热媒平均温度与室内空气温度差为1℃时，单位重量（1kg）采暖散热器的散热量。

计算公式如下[3]：其中：q为散热器金属热强度，（W/kg℃）；Q s为散热器标准散热量，W；m为标准散热量所对应的散热器重量，kg；为采暖散热器传热温差，℃，根据现行标准，=64.5℃。

金属热强度是采暖散热器热性能的辅助指标，也是产品研制过程中用到的一个重要参数。

金属热强度越大，说明同样的热量加工散热器所耗的金属量越小，降低了散热器重量，减少加工原材料成本。

它一方面与散热器的散热型式密切相关，另一方面也对散热器的节材提出了要求。

因此，在利用金属热强度指标对散热器热性能进行评价时，应限于同类型、同规格( 包括标称压力) 散热器之间的评价和比较。

目前常见的不同散热器类型的金属热强度范围可参考表2。

表2 不同类型散热器的金属热强度范围（W/kg℃）从表2可以看出，不同型式的散热器，其金属热强度范围是不同的。

金属热强度虽然是散热器评价的重要指标，但不应片面的追求该指标的大小。

散热器金属热强度与所用材质和壁厚有关。

因此，采用金属热强度指标在作为散热器热性能评价指标时应结合散热器的机械性能一起综合评判，前提是散热器所用材质和壁厚满足产品寿命和安全运行的要求，即产品标准所规定的材质和壁厚要求。

2.4散热器的水容量散热器的水容量是供暖设计选用的重要参数。

一般情况下由实验得到定型产品的水容量。

不同类型、结构的散热器，水容量具有较大的差别，几种典型散热器的水容量见表3。

表3 几种散热器水容量[2]从上述供暖系统水容量的对比可以看出，不同类型散热器的水容量相差很大。

散热器水容量小利于供暖系统节水，系统的热惰性小，系统供热时，散热器升温比较快，室内温度升温迅速。

3散热器选择3.1散热器选择的原则不同类型的散热器性能差别很大，因此在散热器选择过程中，考虑的因素不同，其结果也有很大的区别。

从材质上看，应选用导热性好的散热器，导热系数高的物质，导热性好、散热快、热效率高。

结合不同金属的导热系数，铜的导热性最好，铝的次之，不锈钢的最差。

从生产条件上看，应选用工艺简单，机械化、自动化程度高，能耗少的产品。

铸铁散热器生产工艺复杂，总的能耗高；钢制散热器的生产工艺简单，机械化、自动化程度高，总的能耗低，成本低。

对于同一材质散热器，从金属热强度指标上分析，宜选用数字高的散热器。

从散热器水容量上看，宜选用水容量与散热量的比值小的散热器。

热媒的加热、输送循环能耗小，升温快，效率高，节能。

此外，散热器系统的造价，散热器占地面积、散热器使用年限等也是在散热器选择过程中需要考虑的因素。

3.2散热器选择实例图1为天津市某小区某户型的建筑平面图。

根据图中所给的尺寸可以得到各个房间的面积，厨房：8.48 m2；卫生间：3.46m2；起居室：22.38m2；两个卧室均为15.32m2，总使用面积65m2。

房间内的层高均按2.7 m 计算。

天津市室外气象资料tw=-7℃。

室内设计参数：厨房、卫生间18℃，起居室20℃，卧室20℃。

图1 某户型建筑平面图各个房间的冬季采暖热负荷计算结果如下[4]：厨房512W，卫生间228W，起居室1432W，左侧卧室1021W，右侧卧室1236W，该户冬季采暖总热负荷4438W。

选用铸铁柱翼型散热器，中心距600mm，单片尺寸110mm60mm，单片散热量（=64.5℃）121.4W，承压0.5MPa。

该户共需39片该型号的铸铁柱翼型散热器，单片价格36元，该户散热器总成本1404元，散热器所占室内总面积0.257m2。

选用钢制柱式散热器，中心距600mm，单片尺寸45mm140mm，单片散热量（=64.5℃）132W，承压1.0MPa。

该户共需35柱该型号的钢制柱式散热器，单柱价格42元，该户散热器总成本1470元，散热器所占室内总面积0.221m2。

选用铝制柱翼型散热器，中心距500mm，厚度80mm，宽度80mm单片散热量（=64.5℃）162W，承压0.8MPa。

该户共需30柱该型号的铝制柱式散热器，单柱价格92元，该户散热器总成本2760元，散热器所占室内总面积0.192m2。

选用铜铝复合散热器，中心距520mm，单片尺寸50mm100mm，单片散热量（=64.5℃）225W，承压1.0MPa。

该户共需22柱该型号的铜铝复合散热器，单柱价格193元，该户散热器总成本4246元，散热器所占室内总面积0.11m2。

综上所述，仅从初投资考虑，选铜铝复合型散热器初投资最高，铝制次之，钢制和铸铁散热初投资较低；如果考虑资金的时间价值，铜铝复合散热器使用年限是30年，其他均为10年，以现行的银行长期贷款利率计算，铝制散热器的费用年值高于铜铝复合散热器，钢制和铸铁散热器费用年值较低。

从承压能力上考虑，铸铁散热器承压能力最差，钢制和铜铝复合型散热器承压能力最强；从占地面积考虑，铜铝复合散热占地面积最小，铸铁和钢制散热器占地面积较大；从外形美观角度考虑，铜铝复合散热器和铝制散热美观性更好；此外如果考虑供暖水质的影响，铜铝复合散热器和铝制散热器耐腐蚀性最强。

4结论本文首先从导热性能、耐压性能、金属热强度以及水容量等方面比较不同类型散热器的性能，不同类型的采暖散热器都有各自不同的优缺点，在选择上不存在某种单一的方法。

本文结合实际工程案例，分析散热器选择时需要考虑的因素，根据不同的用户需求，选择最合适的散热器。

参考文献[1]赵美娟. 采暖散热器应用选择技术与供热节能[J].天津职业院校联合学报，2008，10(5).[2]齐嘉卉. 采暖散热器参数对工程应用的影响[J].低温建筑技术，2012(4).[3]路宾，李忠. 中国采暖散热器技术与标准现状及发展趋势分析[J].建筑科学，2008，24(8).[4]陆耀庆. 供暖通风设计手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社，1993.李骏龙天津市建筑设计院机电三所。