加热器的选择

加热器的选择

周正川张爱国

重庆川仪十七厂有限公司重庆市400700

摘要：应用公式计算加热器的传热面积，当空气温升大于热媒温度的1/2且串联排数多时，应采用对数平均温差计算。当空气的温升小、串联排数少或单排时，用算术平均温差计算也是正确的。无论单排或多排串联，用公式采用对数平均温差计算，所得到的加热器传热面积一定能够满足温升的要求。当然对光管加热器传热面积的选择计算，应用上述方法无疑也是正确的。

关键词：加热器；选择计算方法；选择

1.如何选择加热器及加热器的功率计算

1.1怎么选择好的加热器

主要看外部材料、内部运转，安全性能。运转参数。主要体现在室内同一高度是否温度均匀，电子打火器、电离探针检测开关、气路电磁阀及最大温度关闭气源是否灵敏。如三次点火未成功，要求有报警功能。有风速开关，测定加热器完全点火前，风速开关完全吸合工作，在所有保险开关都开启后，气路电磁阀门放气。加热器的清洗也是消费者考虑的一个因素，密封性能好的加器可以用高压水枪冲洗，免去消费者拆洗机器的工作压力。

1.2怎么计算加热器的功率

选择好加热器后，计算加热器的功率主要看热平衡模型，通过动物产生的显热使升温，通过人工加热维持房间所需的必要温度，从以下公式可以看出，房间和通风的热损耗取决于室内外的温差，温差越大，热损耗越多。Ｒ值越大，损失的建筑失热越少。Ｒ值取决于建筑材料，材料密度越大，厚度越厚，隔热Ｒ值越大。如果想节省燃料，建议寒冷地区做吊顶，保温性能好的猪舍。由于散热量的Ｒ值需要专业的建筑公司提供，理论有点难计算。房间的加热器计算根据经验数据，20Ｘ：左右要求的房间可按照所需100W／ｍ２的热量计算，比如400ｍ２的房间，需要40ｋＷ的加热器，东北地区考虑到室外温度比较低，可以考虑用１台70ｋＷ的加热器。南方地区１台40ｋＷ的加热器。加热器的选择功率根据房间所处位置，房间的面积，高度，房间保温效果，体温高度及最小通风有关系，所以购买时要通过专业的计算，来选择加热器。

2.加热原料选择及种类

2.1加热原料选择

单纯从热量转换成本来看，煤最便宜。不过煤炉需要考虑到人工成本，而且煤燃烧后的产物为煤渣，CO2、SO2、NO2，严重影响空气环境。随着加强工业企业大气污染治理，国家全麵进集中供热，“煤改气”和”煤改电“工程建设.

2.2加热器的种类

空间加热器（利用自然对流和强制对流加热室内的空气）有直接加热和间接加热。直接和间接的加热的区别在于是否使用室内的氧气，燃烧废气是否排到室内。综上几种加热器的方式，各有优缺点，从体感上，地暖和水暖加热更加均匀，避免了空气加热的不均现象。但建设前需要考虑是否猪场有足够大的变压器容量（电地暖），而煤气锅炉一般禁用（水暖）。其他几种供暖，通过电磁波的辐射型的供暖适合于小区域的快速升温，对流的空间加热器适合大环境的整体升温。辐射型加热由于没有加速风机，舍温会不均匀，但能满足小环境温度的需求。

3.影响加热器的因素

3.1原材料

随着MEMS器件在各领域中广泛的应用，作为很多传感器与执行器基础的加热器，其体积、功耗与温度性能成为制约MEMS器件向小体积与低功耗发展的障碍。目前，困扰加热器性能提升的障碍是材料本身性能，为解决这一问题，国内外对加热器的新材料展开了广泛研究以望其达到更高的温度。与常用的金属类加热丝的材料如Pt，或者半导体材料如多晶硅等不同，近来为了达到更高的极限温度，大量使用了金属陶瓷材料，J.F.Creemer等人报道了一种TiN加热器，最高温度可达1000K。影响加热器性能提升的另外一个主要瓶颈是效率问题，由于硅（Si）的导热性能优良，在加热器的热损耗当中有很大一部分是通过硅衬底热传导流失的。通常的解决方法是使用薄膜加热器，但是这种加热器效率的提升是以损失温度均匀性为代价的。因此，K.L.Zhang等人提出使用Pyrex玻璃作为衬底，这样比加热膜可取得更好的热隔离和结构强度。

3.2加热器的温度场

对加热器加工方法的创新以及对温度电阻系数的研究，也是加热器研究的重要内容。王少飞等人利用激光微细熔覆制造了1×4加热器阵列；探讨热处理温度和时间对Cr薄膜电阻温度系数和电阻率的影响。这些研究为未来深入了解加热器的工艺与性能奠定了良好的基础。除了上述实验研究之外，从理论上对加热器的性能进行分析，进而设计性能更优的器件也是研究的方向之一。其中，基于Fourier定律的分数值计算与有限元仿真是加热器性能分析最有力的工具。东南大学黎仁刚等人使用节点分析法，建立了热执行器中梁单元的热电耦合模型，实现了高精度快速温度分布计算。使用有限元分析软件ANSYS对不同加热器的温度场进行了有限元分析，对比分析了它们的加热特性及温度分布，并对温度均匀性的影响因素进行了细致的分析。采用ANSYS对加热器进行了分析，得到真空下环形加热电阻可以达到较好均温效果的结论。

4.计算实例

4.1精密空调采用电加热的原因

精密空调需要保持恒温恒湿，所以精密空调还需要承担除湿功能，空调除湿的原理为冷却除湿。即通过精密空调的蒸发器温度的降低，当温度低于当前空气的露点温度时，空气中的水蒸汽就凝结析出，达到除湿的效果。所以当精密空调除湿的时候，送风的空气温度将会很低，送风温差很大。这样就不利于控制精密空调的精度。故需要采用电加热器做温度补偿。

4.2电加热的节能配置方法

现在就某地区的一个数据中心举例，来说明如何科学合理的选择电加热器。该数据中心面积为98m2，共放置33台机柜。按照每台机柜的功率为3kW，负荷按照80W/m2计算。可以算得该数据中心的冷负荷约为97kW。按照现在惯有的设计，可以选择3台制冷量为50kW左右的精密空调，2用1备。根据国家的相关规范和标准做一个理论计算。由《电子信息系统机房设计规范，GB50174-2008》可知数据中心的温度要求为23℃±1℃，根据《采暖通风与空气调节设计规范，GB50019-2003》6.5.7规定，室内温度允许波动范围为±1℃的情况下，工艺性空调的送风温差应该为6℃~9℃。考虑到节能取最大送风温差，即为9℃。则精密空调的送风温度为14℃，设计相对湿度取50%。可以查得送风状态的焓值hc=36.3kJ/kg。可以看出实际需要的加热量仅为6.89kW，远远小于该型号精密空调标配的加热功率。按照惯例选择标配的电加热器会造成初投资和后期运行费用的双重浪费。根据以上分析，可以根据实际情况配置合适的加热器

5.结束语

加热器传热机理以及空气隙与硅衬底对微加热器电热效率与温度均匀性的影响，提出一种带有空气隙的加热器模型，并针对不同空气层厚度进行了计算与仿真。对未来加热的研究有比较实际的意义。我们只有根据生长不同阶段设定温度，提供良好的环境控制系统，才能保证好的生产成绩，选择最适合的加热器。

参考文献：

[1]冯可新.换热器参数化建模技术研究[D].哈尔滨工程大学，2013.

[2]胡宁宁.135MW火电机组渐缩型混合室引射式低压加热器变工况性能数值研究[D].重庆大学，2014.

[3]庞乐，郭佳雷，邴汉昆.高压加热器最佳运行水位的确定方法研究[J].发电与空调，2014，03：14-17.

[4]闫顺林，刘志巍，滕龙，张泽淼.加热器上端差对机组能效影响的分析研究[J].汽轮机技术，2014，05：379-381+384.