Поддержка Документация Статьи Алюминиевый радиатор, ломающий стереотипы

Алюминиевый радиатор, ломающий стереотипы

 

1. Общие сведения об алюминиевых радиаторах

Алюминиевые секционные радиаторы, впервые появившись в Европе в 1958 году, на российский рынок вышли достаточно поздно. Только в начале 90-х годов прошлого века российский потребитель увидел на прилавках эти красивые и элегантные изделия. Еще бы, радиатор который не ржавеет, легко монтируется, имеет ничтожно малый вес и к тому же украшает интерьер и имеет престижный итальянский лейбл – это ли не мечта любого потребителя! Однако, когда улеглись первые восторги, выяснилось, что поставляемые в Россию радиаторы, рассчитаны на рабочее давление 6 бар, что явно не соответствует параметрам распространенных у нас систем центрального отопления и поэтому пригодны только для установки в коттеджах. Итальянские производители достаточно оперативно отреагировали на такое положение дел, и специально для России стали разрабатывать усиленные серии радиаторов, рассчитанных на давление 16 бар. Эти радиаторы стали интенсивно приобретаться населением и устанавливаться в многоквартирных домах, заменяя старомодные чугунные, стальные панельные радиаторы и допотопные конвекторы.

Но по истечении некоторого времени, эксплуатация алюминиевых секционных радиаторов выявила еще одну серьезную проблему, борьба с которой и сейчас продолжается с переменным успехом. Радиаторы стали выходить из строя по причине сквозной коррозии стенок вертикальных каналов секций, нанося при этом немалый ущерб обитателям квартир и их соседям (рис. 1, 2)

Рис. 1. Сквозная коррозия вертикального канала секции

Рис. 2. Внутренняя поверхность канала радиатора, подвергнувшегося коррозии

Пока такие претензии носили единичный характер, производители оправдывали эти случаи повышенной щелочностью теплоносителя. Действительно, в паспортах и рекомендациях по применению радиаторов указано, что уровень рН теплоносителя должен быть либо нейтральным (рН = 7), либо носить слабощелочной характер (рН = 8). Дело в том, что соприкасающаяся с теплоносителем поверхность секции радиатора в обычных условиях покрыта микронным слоем оксида алюминия (Al 2 O 3 ). Это чрезвычайно прочное вещество, встречающееся в природе в виде корунда. По шкале твердости Мооса корунд имеет индекс 9 (сразу после алмаза).

Оксид защищает алюминиевый сплав от контакта с теплоносителем. В связи с тем, что в ряду напряжений алюминий находится левее водорода, обнажение чистого алюминия приводит к началу реакций по схемам:

2Al + 6H' = 2Al''' + 3H 2 ;

2Al''' + 8OH' = 2Al (OH)' 4.

Реакция чистого алюминия с водой сопровождается выделением водорода, что само по себе может привести к разрыву секции. Но главное, начинается язвенная коррозия материала стенок радиатора. С повышением щелочности среды оксид алюминия может разложиться по схеме:

Al 2 O 3 + 2OH' + 3H 2 O = 2Al(OH) 4 ' .

Щелочная среда (рН > 9) разрушает протекторный слой окиси, лишая алюминиевый сплав защиты. Концентрированные щелочи, такие как едкий натр (NаOH) или едкое кали (КОН) легко растворяют и оксидную пленку и сам алюминий.

Считается, что при рН теплоносителя в пределах от 7 до 8, химического разрушения защитного оксидного слоя не происходит, однако не следует забывать о возможности механического повреждения этого слоя нерастворимыми примесями в теплоносителе. Эта опасность тем выше, чем больше скорость теплоносителя в каналах радиатора.

Прочитав изложенный абзац, кто-то, возможно, совершенно разочаруются в алюминии, но делать этого не надо. Ведь и сталь ведет себя подобным же образом. Даже в безкислородной среде ионы железа соединяются с гидроксидными ионами воды, образовавшимися в результате диссоциации, образуя гидроокись железа. А свободные электроны железа соединяются с водородными катионами, образуя атомарный водород, который надежно защищает сталь от дальнейшей коррозии (водородная деполяризация). Но в случаях, когда рН жидкости снижается ниже 7 (увеличивается концентрация водородных катионов), атомарный водород защитного слоя соединяется в молекулы Н 2 и выделяется в виде газа, оставляя поверхность металла беззащитной. Этот факт никого не заставляет посыпать голову пеплом и отказываться от использования стали. Просто, эти особенности надо знать и принимать соответствующие меры. Например, для стали губительна даже слабокислотная среда (рН < 7), а для алюминия – средне- и высокощелочная (рН > 8).

2. Грязный теплоноситель – причина отказов

Возрастание количества случаев сквозной коррозии алюминиевых радиаторов, заставил специалистов серьезно заняться этой проблемой. Тщательное изучение каждого из подобных случаев показало, что в подавляющем их большинстве рН теплоносителя соответствовало требованиям нормальной эксплуатации алюминия и лежало в пределах 7,4 < рН < 7,8. Отдельные случаи использования для промывки систем отопления едких «патентованных» растворов в расчет не идут, т.к. это откровенная глупость, граничащая с преступлением. Интересно, что никакие «циркониевые» и «тефлоновые» покрытия водяного канала секций существенного положительного эффекта не дают.

В конце концов, одна из основных причин появления коррозии была обнаружена. Подтолкнул к понятию явления тот факт, что из строя выходили в основном радиаторы с количеством секций не более 8, установленные в однотрубных системах центрального отопления в домах с количеством этажей 12 и более. В таких системах, расход теплоносителя, проходящего через отопительные приборы, значительно превышает требуемый по тепловому расчету. Это можно иллюстрировать следующим примером.

Допустим, в многоэтажном доме на однотрубном стояке установлено n однотипных радиаторов (рис. 3).

Рис. 3. Схема стояка однотрубной системы отопления с верхним розливом

При одинаковой теплопотребности помещений на всех этажах Q р (принято для упрощения расчетов), общий расход теплоносителя через стояк определится по формуле:

G = n · Q рТ · с, кг/с, (1)

где с – теплоемкость теплоносителя, Дж/кг К; ΔТ – расчетный перепад температур между подающей и обратной магистралью, °С. Радиаторные узла однотрубной системы с замыкающими участками характеризуются коэффициентом затекания α, показывающим, какая массная доля расхода теплоносителя в стояке попадает в радиатор:

α = G р /G ст  (2)

При этом расход через замыкающий участок (байпас) составляет:

G б = G ст · (1 – α) (3)

Если температура теплоносителя в стояке до радиаторного узла была Т ст1 , а в радиаторе снизилась на величину Δt р , то на выходе из радиаторного узла (Т ст2 ) она может быть определена из уравнения смешения потоков:

G б · T ст1 + G р · (Т ст1 – Δt р ) = G ст · Т ст2 (4) или

G ст · (1 – α) · Т ст1α · G ст · (Т ст1 – Δt р ) = G ст · Т ст2 (5), откуда

Т ст2 = Т ст1α · Δt р (6).

На практике при подборе отопительных приборов для однотрубных систем с радиаторными участками остывание теплоносителя радиаторе принимается равным расчетному перепаду температур между подающей и обратной магистралью (Δt р = ΔТ). В этом случае достаточный расход теплоносителя через каждый отопительный прибор системы вычисляется по формуле:

G р.д. = Q р /с·ΔТ (7).

Фактически же, через прибор будет проходить расход:

G рα  · G ст α ·n ·Q р /с ·ΔТ (8).

Таким образом, расход теплоносителя, проходящий через каждый нагревательный прибор будет превышать требуемый в αn раз. Например, при α = 0,3 и количестве радиаторов n = 50 (П-образный стояк 25-этажного дома) расход в 15 раз превысит требуемый по тепловому расчету. Для стояков с безбайпасными радиаторными узлами ситуация еще хуже: там через каждый радиатор проходит расход, рассчитанный на суммарную тепловую мощность стояка.

Здесь следует отметить чисто российскую особенность теплоносителя в системах центрального отопления. В то время, как по уровню кислотности и содержанию кислорода показатели теплоносителя, как правило, нареканий не вызывают, то количество нерастворимых частиц в теплоносителе ужасает. Если слить немного теплоносителя из системы центрального отопления многоквартирного дома, то мы увидим непрозрачную бурую жижу (рис. 4). Отстоявшись, эта жидкость разделится на достаточно чистую прозрачную воду и бурый осадок, составляющий от 3 до 15 % общего объема (рис. 5). Этот осадок обладает магнитными свойствами (рис. 6), и представляет из себя мельчайшие частицы гидроокиси железа с небольшими включениями кварцевых микрозерен (песка), рис. 7.

Рис. 4. Только что слитый теплоноситель

Рис. 5. Отстоявшийся теплоноситель

Рис. 6. Реакция осадка на магнит

Рис. 7. Микрофотография осадка

Именно бомбардировка такими частицами защитного слоя на алюминии при увеличении скорости потока и приводит к образованию очагов сквозной коррозии вертикальных каналов секций. Незначительные бугорки и впадины поверхности водяного канала радиаторных секций вызывают местную турбулизацию потока, появление вихрей, в которых разрушительное действие абразивных частиц усиливается. Этим же объясняется слабая эффективность различных поверхностных покрытий водяного канала – они просто-напросто «сдираются» абразивом.

 

3. «Просторный» вертикальный канал – способ защиты от коррозии

Конструируя радиатор BRIXIS Base, инженеры фирмы Radiatori 2000 поставили перед собой задачу минимизировать скорость потока в водяном контуре радиатора, для чего было решено максимально увеличить площадь проходного сечения вертикального канала и при этом по возможности добиться минимального веса радиаторной секции. В качестве расчетной математической модели было принято сечение секции габаритным размером 80 х 96 мм с каналом круглого сечения (рис. 8).

Рис. 8. Иллюстрация математической модели сечения канала

Между двух крайних точек при нулевом радиусе и радиусе, равном половине ширине секции ставилась задача отыскать такое значение радиуса, при котором объем водяного канала был бы максимальным, а вес – минимальным. Было учтено, что увеличение радиуса канала влечет за собой необходимость утолщения его стенок для сохранения заданного уровня прочности. Результаты анализа отображены на графике (рис. 9).

Рис. 9. График зависимости характеристик радиатора от радиуса канала

Из графика видно, что при отношении радиуса внутреннего канала r к глубине секции Н равном примерно 0,17 секция будет обладать минимальным весом. Дальнейшее увеличение радиуса канала приведет к утяжелению секции из-за возрастания толщины стенки. Несмотря на то что тепловой поток такой секции будет несколько ниже, чем у традиционных алюминиевых радиаторов, было принято решение о выпуске радиаторов BRIXIS Base с поперечным сечением секции, представленным на рис. 10.

Рис. 10. Поперечный разрез секции радиатора BRIXIS Base

В итоге увеличение сечения вертикального канала радиатора BRIXIS Base дало возможность существенно снизить скорость потока теплоносителя в вертикальных каналах, а значит – исключить возможность абразивного воздействия шлама на поверхность стенок.

 

4. Дополнительное покрытие водяного канала

При разработке радиатора BRIXIS Base традиционные методы защиты от возможных химических и механических воздействий на стенки водяного канала тоже не остались без внимания. Еще одним непреодолимым барьером на пути коррозии должно стать покрытие внутренних поверхностей секций, соприкасающихся с агрессивным теплоносителем, пассивационным составом SurTec®650 (ChromitAL®TCP). Этот состав, разработанный в лабораториях министерства обороны США для нужд авиационной промышленности, отличается от известных защитных покрытий тем, что его тончайшая пленка не уничтожает существующий на алюминии оксидный слой (как распространенные фторид циркония и фторид титана), а образует на ней дополнительный протекторный слой, прочно связанный с окисью алюминия объемными межатомными связями. При этом пленка покрытия обладает свойством самовосстановления при мелких механических повреждениях ее поверхности.

Ценнейшей особенностью примененного в радиаторах BRIXIS Base защитного покрытия является то, что состав SurTec®650 основан на абсолютно безвредном трехвалентном хроме Cr (III), в отличие от широко распространенных хромовых покрытий на базе шестивалентного хрома Cr (VI), являющегося сильнейшим канцерогеном, вызывающим рак.

Отличить пассивирование с использованием Cr (III) от пассивирования Cr (VI) достаточно легко.

Пленки трехвалентного хрома имеют (в зависимости от толщины) цвета прозрачный голубой–розовый–зеленый. Пленки шестивалентного хрома имеют цвета от прозрачного до желтого.

В Европе использование шестивалентного хрома ограничено директивами 2000/53/ЕС; 2002/95/ЕС; 2002/96/ЕС.

На представленных фотографиях показаны образцы из алюминиевого сплава, обработанные SurTec®650 (рис. 11) и с гальванопокрытием из хрома (рис. 12). Оба образца подверглись испытаниям в камере с соляным туманом в течение 14 суток по методике DIN 50021 (ASTM B117, ГОСТ 9.913).

Рис. 11. Образец с покрытием SurTec®650

Рис. 12. Образец с гальванопокрытием из хрома

Как видно по фото, пассивирование алюминиевого сплава с помощью SurTec®650 ни в чем не уступает по коррозионной стойкости хромовому гальванопокрытию.

Свойства данного покрытия приведены в табл. 1.

Таблица 1. Технологические свойства состава SurTec®650

N

Наименование характеристик

Ед. изм.

Количество при использовании

Как подготовка к окраске

Как защитное покрытие

1

Расход

мг/м 2

50–120

>110

2

Температура при нанесении

°С

20–35

30–40

3

рН

рН

2,5–3,95

3,7–3,95

4

Перемешивание перед нанесением

 

Не требуется

Не требуется

5

Хранение

В емкостях из нержавеющей стали или стали с кислотоупорным покрытием

6

Материал фильтра

Титан, нержавеющая сталь, алюминий, пластик

7

Фильтрация

Непосредственно перед применением (< 25 мкм)

8

Плотность

г/см 3

1,0–1,01

 

 

5. Преимущества круглого сечения

Вертикальный канал секции радиатора BRIXIS Base имеет круглое сечение. И хотя с точки зрения теплотехники такая форма не является самой оптимальной для теплообмена, канал круглого сечения идеален с позиции прочностных характеристик.

Как показывает практика эксплуатации алюминиевых секционных радиаторов в нашей стране, еще одной из самых распространенных причин разрушения секций является превышение внутреннего давления, вызванное температурным расширением теплоносителя (рис. 13).

Рис. 13. Радиатор, разрушенный внутренним давлением

Конечно, в паспортах на алюминиевые радиаторы строго указано, что отключать отопительный прибор от системы на длительный период не допускается. Однако потребители редко заглядывают в эксплуатационные документы на такой, казалось бы, простой прибор, как радиатор. А если и заглядывают, то к изложенным в паспорте требованиям относятся несерьезно. Но физические законы игнорировать нельзя. Нагреваясь от солнечной радиации в замкнутом пространстве, теплоноситель, который и так находился под сетевым давлением (скажем, порядка 6 бар), расширяется и создает дополнительное давление, которое ориентировочно (без учета податливости материала радиатора) может быть подсчитано по формуле:

Δp = β t ·Δt / β v (9)

Δt – температура, на которую повысилась температура теплоносителя под воздействием солнечной радиации, °С; β t – коэффициент температурного расширения теплоносителя (для воды – 0,00015 1/°С); β v – коэффициент объемного сжатия теплоносителя (для воды – 4,9 х10 -10 1/Па).

Подставив известные данные в приведенную формулу и приняв Δt = 1, получим, что каждый градус роста температуры теплоносителя увеличивает внутренне давление на 3 бара. Лабораторные измерения, учитывающие температурные и пластические деформации самого «тела» радиатора, снижают эту цифру до значения 2.75 бара. Это значит, что радиатор, отключенный от системы отопления при 15 °С, нагревшись днем до 30 °С, будет подвержен внутреннему давлению порядка 47 бар. А ведь прямые солнечные лучи могут нагреть радиатор и до 50 °С!

Учитывая изложенные соображения, конструкторы радиатора BRIXIS Base, пожертвовав незначительным снижением нормативного теплового потока, добились непревзойденного запаса прочности для подобного типа радиаторов. Расчетное разрывное (разрушающее) давление при толщине стенки канала s = 1,8 мм составляет:

P max = 2 · σ р · s / (D нs) = 20 · 180 · 1,8/(36,6 – 1,8) = 186 бар (10)

Лабораторные испытания 10-секционной радиаторной сборки при давлении 150 бар продемонстрировали отсутствие разрушения секций. Получается, что при заявленном рабочем давлении 16 бар радиатор BRIXIS Base имеет почти двенадцатикратный запас прочности. Таким образом, нагрев перекрытого радиатора даже на 60 °С не приведет к аварийной ситуации.

 

6. Оценка эффективности радиатора

Благодаря вертикальному каналу круглого сечения и большого диаметра, радиаторам BRIXIS Base удалось достичь неплохого показателя по удельной массе (отношения массы секции к нормативному тепловому потоку). Этот показатель определяет, насколько экономичен данный отопительный прибор. Чем меньше материала ушло на получение 1 кВт тепла, тем радиатор грамотнее спроектирован (табл. 2).

Таблица 2. Удельная масса алюминиевых секционных радиаторов с межцентровым расстоянием 500 мм

N

Марка радиатора

Масса секции, кг

Номинальный тепловой поток, Вт

Удельная масса, кг/кВт

1

Brixis BASE

1,35

182

7,41

2

Elegance

1,5

190

7,89

3

Calidor Super

1,6

192

8,33

4

Sahara Plus

1,65

199

8,29

5

Extra Therm S3

1,4

182

7,69

6

Extra Therm S4

1,45

196

7,39

 

7.  Показатель степени «n»

По российским нормам (ГОСТ Р 53583-2009) номинальный (паспортный) тепловой поток нагревательного прибора Q н определяется в лабораторных условиях при нормативном температурном напоре ΔТ н = 70 °С. Большинством европейских методик испытаний (EN442-2, DIN 4704, UNI 6514/87) предусмотрен нормативный тепловой напор ΔТ н = 50 °С. Напомним, что температурный напор –это разница между средней температурой радиатора и окружающего воздуха. Например, для получения температурного напора 70 °С в прибор должен поступать теплоноситель с температурой 95 °С, выходить из прибора с температурой 85 °С при температуре окружающего воздуха 20 °С. При других параметрах теплоносителя и воздуха фактический тепловой поток от радиатора Q ф вычисляется по формуле:

Q ф = Q н · (Т ф /Т н ) n ,  (11)

где n – паспортный показатель степени, численно равный разнице десятичных логарифмов номинального теплового потока и теплового потока при температурном напоре, составляющем 1/10 часть от нормативного.

Бытует мнение, что чем больше показатель степени «n» в формуле перехода от номинального теплового потока к фактическому, тем радиатор эффективнее. А во всех ли случаях справедливо это утверждение?

Базовой организацией, занимающейся определением номинального теплового потока для итальянских производителей является Лаборатория теплотехнических измерений Департамента энергетики Миланского политехнического института. Именно она определяет номинальный тепловой поток по методике EN 442-1 и EN 442-2 при температурном напоре ΔТ = 50 °C. Она же рассчитывает показатель степени «n», с помощью которого можно пересчитать номинальный тепловой поток, приведенный к российским стандартам (ΔТ = 70 °C). В связи с этим при поступлении итальянских радиаторов на российский рынок их характеристики приводятся к российским нормам через показатель «n». И в этом случае, чем больше n, тем больше будет пересчитанный номинальный поток.

Однако в реальной эксплуатации, приходится решать обратную задачу: переходить от большего (нормативного) к меньшему (фактическому) температурному напору. Допустим, теплоноситель доходит до радиатора с температурой 65 °С, и, отдав тепло в помещение, уходит с температурой 55 °С. При температуре помещения 20 °С, температурный напор в этом случае составит 40 °С. Если рассчитать для этого случая фактический тепловой поток от двух разных 10-секционных радиаторов с одинаковым номинальным потоком от секции (например, 190 Вт), но с разными паспортными показателями степени n 1 = 1,25 и n 2 = 1,45, то получим следующее:

Q ф1 = 190 · (40/70) 1,25 = 94 Вт, (12)  

Q ф1 = 190 · (40/70) 1,45 = 84 Вт (12)

Графики зависимости теплового потока от температурного напора при различных показателях степени «n» представлены на рис.. 14.

Рис. 14. Графики зависимости теплового потока от температурного напора

Как видно из расчета и графика, при уменьшении температурного напора наиболее эффективным оказывается радиатор с меньшим показателем степени «n».

Учитывая, что у радиатора Brixis Base показатель степени ниже, чем у традиционных секционных алюминиевых радиаторов, он эффективен в низкотемпературных системах отопления, а также в системах, где до расчетного радиатора доходит теплоноситель с температурой ниже нормативной. Здесь нужно отметить, что большую часть отопительного сезона системы отопления работают как раз на пониженных параметрах теплоносителя.

8. Влияние скорости на теплообмен

Приверженцы зауженных вертикальных каналов секций алюминиевых радиаторов, как основной «неоспоримый» аргумент приводят тот факт, что скорость теплоносителя в таких каналах выше, чем в каналах с большей площадью сечения, а значит, и коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности канала должен быть выше, т.к. он прямо пропорционален 0,8 степени скорости потока:

α = f · v 0,8 (14)

Не оспаривая последнее утверждение, можно поспорить с общим выводом. Нас ведь интересует не коэффициент теплообмена (α), как таковой, а количество тепловой энергии, воспринимаемой стенкой вертикального канала:

Р α · · ΔТ, (15)

где F – площадь тепловоспринимающей поверхности.

Функция коэффициента теплообмена тоже может быть уточнена:

α = f · (v 0,8 /d 0,2 ) (16)

Учитывая неизменность расхода через вертикальный канал, скорость (v) может быть выражена через внутренний диаметр канала (d).

v = 1,27·G/d 2 · ρ, (17)

где G – расход, ρ – плотность.

Тогда зависимость (16) примет вид:

Подставив эту зависимость в формулу количества тепловой энергии (15), и выразив площадь теплообмена через диаметр при условной длине канала 1 м, получим выражение:

Из формулы явствует, что при одном и том же расходе, несмотря на уменьшение скорости потока теплоносителя, увеличение диаметра канала приводит не к уменьшению, а к увеличению теплового потока.

Так, увеличение диаметра канала в 2 раза, дает прирост теплового потока, проходящего через стенки вертикального канала на 14,8 %.

9. Инерционность

В среде специалистов, занимающихся отопительными приборами, прочно укрепилось мнение, что современный радиатор водяного отопления обязательно должен обладать низкой тепловой инерционностью для возможности оперативного управления температурой прибора различными ручными и автоматическими регуляторами. Бесспорно, при полном или частичном перекрытии потока теплоносителя через радиатор, прибор с малой тепловой инерцией снизит свою температуру несколько быстрее, чем его более инерционный собрат.

Из-за значительного водяного объема тепловая инерция радиатора BRIXIS Base действительно выше, чем у малоёмких моделей, но так ли это критично? Как действительно влияет изменение температуры радиатора на тепловые ощущения человека, находящегося в обслуживаемом радиатором помещении?

Процессы остывания зданий и помещений достаточно хорошо изучены. При перекрытии регулятором радиатора и прекращении подачи в него новых порций теплоносителя, радиатор начинает остывать, стремясь достичь температуры помещения. Остывая, он отдает в помещение тепло, содержащееся как в материале его корпуса, так и в заключенном в нем теплоносителе. Помещение в это же время отдает полученное тепло через ограждающие конструкции наружу. Когда температура радиатора сравняется с температурой внутреннего воздуха, начинается совместное остывание и радиатора и помещения. В этот период наружу начинает уходить тепло, накопленное строительными конструкциями.

При прекращении теплопоступления в помещение, скорость его остывания описывается экспонентой, из которой следует, что время остывания определяется выражением:

где t x – температура помещения после остывания, °С; t в – температура помещения до начала остывания, °С; t н – температура наружного воздуха, °С; β – коэффициент аккумуляции теплоты помещением (постоянная времени), ч. Этот коэффициент представляет из себя произведение теплоемкости расчетных слоев ограждающих конструкций (С), участвующих в теплообмене, на их приведенное сопротивление теплопередаче (R пр ). Коэффициент аккумуляции численно равен времени остывания, при котором отношение температурных напоров между внутренней и наружной температурами до начала охлаждения и после охлаждения равно числу «e» (2,72).

На рис. 15 приведены графики снижения температуры в рядовом помещении кирпичного дома с толщиной стен 64 см и коэффициентом остекления 0,2 (β = 100 ч) при различных температурах наружного воздуха.

Рис. 15. Графики снижения температуры помещения

Используя приведенную выше формулу, можно также рассчитать время, за которое температура в данном помещении снизится на 1 °С при наружной температуре –30 °С:

Как видим, скорость реакции помещения на перекрытие теплоносителя в радиатор достаточно велика даже при самой низкой из принятых температур наружного воздуха. При температуре наружного воздуха 0 °С время остывания на 1 °С составит уже 5 ч.

Далее можно оценить, как влияет тепловая инерция радиатора на этот процесс. Для этого к расчетной теплоемкости ограждающих конструкций добавим теплоемкость радиатора.

Теплоемкость радиатора или количество запасенной им теплоты можно рассчитать по формуле:

где m ал ,с ал – масса и удельная теплоемкость материала радиатора; V т ,ρ т ,с т – объем, удельный вес и теплоемкость теплоносителя (воды); t рад ,t пом – средняя температура радиатора и температура воздуха в помещении. Чтобы рассчитать, за какое время радиатор остынет до температуры помещения воспользуемся следующими рассуждениями:

– расчетные теплопотери помещения (Q пом ) можно принять равными тепловому потоку от радиатора:

где Q н – номинальный тепловой поток от радиатора, Вт; n – эмпирический безразмерный показатель степени, приводимый в паспорте прибора. Для алюминиевых секционных радиаторов с межцентровым расстоянием 500 мм этот показатель можно усреднено принять равным 1,3; 70 – нормативный температурный напор (разница между средней температурой радиатора и температурой воздуха в помещении), °С; t рад – средняя температура радиатора, °С; t пом – расчетная температура воздуха в помещении, °С.

При отличии наружной температуры от расчетной формула примет вид:

где t нар , t нар.р  – соответственно фактическая температура наружного воздуха и расчетная для отопления, °С.

Таким образом, время остывания радиатора τ можно определить из выражения:

τ = С р /Q пом. , с (25)

В табл. 3 рассчитано время остывания некоторых типов алюминиевых 10-секционных радиаторов, присутствующих на российском рынке.

Таблица 3. Характеристики инерционности радиаторов

Модель, производитель

Номинальная мощность, Вт

Масса, кг

Водяной объем, л

Теплоемкость

(t рад = 90 °С),

кДж

Скорость остывания, °С/мин, при температуре наружного воздуха,

–30 °С

–10 °С

0 °С

Rifar Alum 500

(«Рифар»)

182

14,5

2,7

1735

4,67

2,92

1,89

Extra Therm 500 (Nova Florida)

195

14,0

3,2

1849

4,67

2,92

1,94

Global VIP R

500 (Global)

195

16,3

4,3

2321

3,89

2,33

1,52

Calidor

Aleternum 500

(Fondital)

197

13,9

3,0

1784

5,0

3,04

2,06

Ragall TOP R500 (Ragaini)

198

14,4

3,0

1817

5,0

3,04

2,0

Brixis Base 500

(Radiatori 2000)

184

13,5

4,9

2315

3,68

2,19

1,46

Самые малоинерционные радиаторы из приведенной таблицы при наружной температуре –30 °С остынут до температуры помещения за 0,2 ч (12 мин), а радиатор BRIXIS Base – за 0,27 ч (16 мин). Получается, что тепловая инерция радиатора может изменить время отклика помещения на температурное возмущение максимум на 100 · (0,27 – 0,02)/2,0 = 3,5 %. Так стоит ли «овчинка выделки»? И кто из нас обратит внимание, что помещение остыло на 1 градус не за 2 часа 12 минут, а за 2 часа 16 минут?

Этими выкладками хотелось доказать, что основное влияние на эффективность терморегулирования оказывает не конструкция радиатора, а тепловая инерция строительных конструкций. Заверения же производителей о каких-то «колоссальных» преимуществах низкоинерционных радиаторов – не более, чем очередной рекламный лозунг, не подтверждаемый фундаментальными основами строительной теплофизики.

Отопительный прибор с высокой тепловой инерции сам является своеобразным теплоаккумулятором, а совокупность этих приборов в зданий может служить дополнительным резервом к штатным теплоаккумулирующим емкостям. Ведь сотня установленных в здании 10-секционных радиаторов BRIXIS Base содержат 490 л теплоносителя, а значит, объем, занимаемый теплоаккумулятором, может быть уменьшен на эту же величину и использован с большей пользой.

Если говорить о специфике российских условий, то нельзя забывать и о возможных аварийных ситуациях в теплоснабжении. В Российской Федерации действует ГОСТ 51617-2000* «Жилищно-коммунальные услуги. Общие технические условия», которым регламентированы следующие сроки ликвидации аварий с отоплением:

«п.4.16.1 Продолжительность отключения наружных сетей отопления и горячего водоснабжения при аварийных ситуациях должна определяться допустимым снижением температуры воздуха в жилых помещениях:

  • не более 16 ч – при температуре воздуха в помещениях не ниже 12 °С;
  • не более 8 ч – при температуре воздуха в помещениях не ниже 10 °С;
  • не более 4 ч – при температуре воздуха в помещениях не ниже 8 °С».
Так гласят нормативы. Но реальная жизнь далека от идеальной, поэтому вовсе не предосудительно иметь лишний запас накопленных в радиаторе калорий.

 

10. Описание радиатора BRIXIS Base

Таблица 4. Технические характеристики

 

 

Наименование параметра

 

Ед. изм.

Значение параметра при межцентровом расстоянии (мм)

500

350

1

Номинальный тепловой поток одной секции при тепловом напоре ΔТ = 70 ºС

Вт

182,4

141

2

То же при ΔТ=50°С

Вт

118,2

91

3

Рабочее давление

МПа

1,6

1,6

4

Испытательное давление

МПа

2,4

2,4

5

Разрушающее давление

МПа

8,0

8,0

6

Максимально допустимая температура теплоносителя (из условия стойкости окрасочного покрытия)

ºС

130

130

7

Допустимый интервал водородного показателя теплоносителя

рН

7÷8

7÷8

8

Расстояние между осями присоединительных трубопроводов

мм

500

350

9

Высота секции

мм

583

433

10

Ширина секции

мм

80

80

11

Глубина секции

мм

96

96

12

Внутренний объем одной секции           

л         

0,49

0,32

13

Вес одной секции

кг

1,35

1,00

14

Коэффициент «Km»*

 

0,763

0,568

15

Коэффициент «К»* 

 

121

95

16

Показатель степени «n»*     

 

1,289

1,298

17

Показатель степени «с»*

 

0

0

18

Показатель степени «d»*

 

1,593

1,683

19

Площадь наружной поверхности нагрева

м 2

0,416

0,275

20

Коэффициент теплоотдачи при ΔТ = 70 ºС «α»             

Вт/(м 2 · о С)*

6,264

7,325

21

Линейная плотность теплового потока при ΔТ = 70 ºС

Вт/м

2280

1763

22

Удельная масса        

кг/кВт

7,401

7,092

23

Присоединительная резьба

 

G 1"В

G 1"В

24

Цвет покрытия секций          

 

RAL9010

RAL9010

25

Степень блеска (отражения) фасадной поверхности ISO 2813 (угол наклона источника 60º)

%

84±2

84±2

26

Климатическое исполнение

 

УХЛ

УХЛ

27

Условия эксплуатации по ГОСТ 15150   

 

1

1

28

Коэффициент местного сопротивления при подводках 1/2" и расходе 0,1 кг/с*

 

1,588  

1,424

29

Срок гарантии производителя

лет

10

10

30

Расчетный срок службы

лет

50

50

31

Материал сплава, из которого сделаны секции

АlSi9Cu2(Fe) по EN 46100 (АК9М2 по ГОСТ 15183)

32

Метод изготовления секций        

 

Литье под давлением

33

Количество боковых ребер секции, шт.

 

6

6

34

Материал межсекционных прокладок

 

Терморасширенный графит

* Данные получены по результатам испытаний 10-секционных радиаторов

Секции радиаторов BRIXIS Base выполнены методом литья под давлением из алюминиевого сплава АlSi9Cu2(Fe) по норме EN 46100, что соответствует российской марке АК9М2 по ГОСТ 15183 (табл. 5).

Таблица 5. Характеристики радиаторного сплава

Наименование характеристики

Ед. изм.

Значение характеристики

Химический состав:

1

Алюминий

%

87,5

2

Кремний

%

9,1

3

Марганец

%

0,3

4

Железо

%

0,5

5

Медь

%

2,0

6

Цинк

%

0,6

 Механические характеристики

7

Предел прочности при растяжении

МПа

230

8

Условный предел пластичности (20%)

МПа

180

9

Относительное удлинение при разрыве

%

7

10

Твердость по Бринеллю

НВ

75

11

Плотность

кг/м 3

2680

Радиаторы имеют шестирядное вертикальное оребрение. На фасадной поверхности радиатора имеются два конвекционных «окошка» образованных за счет изгиба продольных ребер, которые обеспечивают направление конвекционных потоков в сторону обслуживаемого помещения, а также являются элементом дизайна (рис. 16).

Соединение секций между собой осуществляется с помощью стальных ниппелей с прокладками из терморасширенного графита. Данный материал признан лучшим из всех известных на сегодняшний день уплотнителей при схеме «плоскость к плоскости» (табл. 6).

Таблица 6. Характеристика терморасширенного графита

Наименование характеристики

Ед. изм.

Значение характеристики

1

Содержание углерода

%

98

2

Содержание органического наполнителя

%

2

3

Максимальное рабочее давление

МПа

40,0

4

Модуль упругости (Юнга)

МПа

100

5

Газопроницаемость

см 3 ·см/см 2 ·с·атм

10 –6

6

Электропроводность

(Ом·м) -1

105

7

Коэффициент трения по стали

 

0,1

8

Предел прочности при разрыве

МПа

4,5

9

Примеси серы

ppm

550

10

Примеси выщелачиваемых хлоридов

ррm

50

11

Диапазон рабочих температур

°С

-200÷ +600

12

Деформация под нагрузкой

%

< 5

13

Стойкость по рН диапазону

pH

0–14

Секции имеют двухслойное эмалевое покрытие из эпоксидного полиэстера, выполненное методом анафореза. При этом наложение первого окрасочного слоя ведется посекционно, а не в сборке, что гарантирует качественную прокраску труднодоступных мест радиатора. Покрытие соответствует нормам СанПиН 2.1.2.729 и РД 52.04.186.

В целом конструкция радиатора соответствует требованиям ГОСТ 31311-2005.

В качестве теплоносителя для систем отопления с радиаторами BRIXIS Base может использоваться как вода, так и незамерзающие жидкости на основе гликолей.

Таблица 7. Тепловой поток секции при различных температурных напорах

Температурный напор ΔТ, ºС

Тепловой поток для радиаторов (Вт)

BRIXIS Base 500

BRIXIS Base 350

10

15

11

15

25

19

20

36

28

25

48

37

30

61

47

35

75

57

40

89

68

45

103

79

50

118

91

55

134

103

60

150

115

65

166

128

70

182

141

75

199

154

80

217

168

85

234

181

90

252

195

 

11. Резюме

Основные конкурентные преимущества алюминиевых радиаторов BRIXIS Base:

  • большой диаметр вертикального канала секций снижает скорость теплоносителя, уменьшая вероятность повреждения защитного слоя алюминиевого сплава абразивными частицами потока;
  • пониженный показатель степени «n» делает радиатор эффективным в межсезонье (при температуре теплоносителя ниже 95 °С) и в низкотемпературных системах отопления;
  • использование прокладок из терморасширенного графита исключает возможность их выдавливания и предохраняет систему от диффузии кислорода через прокладочный материал;
  • посекционная окраска дает равномерное окрасочное покрытие не только на фасадных, но и на межреберных участках радиатора;
  • круглое сечение канала придает радиатору в целом высокую прочность, способную противостоять температурным расширениям теплоносителя в полностью перекрытом радиаторе.

Автор: В.И. Поляков, 2012 г.  



© Правообладатель ООО «Веста Регионы», 2010
Все авторские права защищены. При копировании статьи ссылка на правообладателя и/или на сайт vesta-trading.ru обязательна.

 


© 2015 Vesta Trading. Все права защищены

Каталог VALTEC / ВЕСТА

Электронная заявка

Сантехники всех городов, присоединяйтесь к онлайн казино Вавада зеркало. Только здесь вы найдете бонус на первый депозит 100 фриспинов и до 1000$. Регистрация в Vavada очень быстрая - просто перейдите по ссылке, укажите номер телефона или электронную почту. Денег надо - играй в Вавада зеркало!

Сантехники всех городов, присоединяйтесь к онлайн казино Вавада зеркало. Только здесь вы найдете бонус на первый депозит 100 фриспинов и до 1000$. Регистрация в Vavada очень быстрая - просто перейдите по ссылке, укажите номер телефона или электронную почту. Денег надо - играй в Вавада зеркало!