Металл с хорошей теплоотдачей
Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.
Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.
Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
Теплопроводность металлов: показатели нормы для стали, меди, никеля и алюминия
- Определить, какая должна быть температура в доме и воды в системе.
- Подставить эти значения в формулу и рассчитать свой температурный напор Δt.
- Найти в таблице коэффициент, соответствующий найденному DT.
- Умножить на него паспортную величину теплоотдачи батареи.
- Подсчитать число секций либо целых отопительных приборов для обогрева комнаты.
От чего зависит показатель теплопроводности
Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:
Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.
Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.
Ремонтопригодность
Сравнивая сильные и слабые стороны устройств, можно понять их основные отличия. Ведь разница между медным и алюминиевым радиаторами заключается в их основных характеристиках. То, что у одного считается объективным достоинством, для другого оказывается серьёзным недостатком. Просто посмотрите на плюсы минусы алюминиевых изделий, и вы поймёте, в чём разница между ними.
Начнём с положительных сторон алюминия, как материала для изготовления радиаторов печки автомобиля.
- Цена. Если у медных радиаторов стоимость относилась к недостаткам, то здесь это серьёзное преимущество. Если сравнивать ценники на оба изделия, алюминиевые будут выигрывать примерно в 2 раза. Многое зависит от производителя, но всё же разница в стоимости остаётся существенной. Покупатель может значительно сэкономить. Из-за этого в основном у алюминиевых агрегатов такая большая аудитория.
- Теплоотдача. При условии, что количество пластин будет увеличено, то есть площадь охлаждения станет больше, алюминий мало чем уступит меди по показателям теплоотдачи. Потому в этом компоненте они практически одинаковые. Но напомним, что алюминиевые стоят дешевле.
- Ассортимент. Огромная доля современных машин, которые выпускаются последние несколько лет, с завода комплектуются именно алюминиевыми агрегатами. Из-за этого растёт количество их аналогов и оригинальных запчастей, предлагаемых разными производителями. У медных версий выбор более скромный.
С преимуществами закончили. Переходим к обратной стороне медали. У алюминия не всё так хорошо. Озвученные преимущества не поддаются сомнению. Но всё же выбор в пользу меди автомобилисты делают после того, как изучат основные недостатки рассматриваемого варианта конструкции.
Потому на минусы следует обязательно указать. Это наглядно показывает различия между элементами. К основным недостаткам относят:
- Показатели теплопроводности. Это очень важный недостаток, который буквально перечёркивает все объективные положительные качества устройств. Если водителю нужно получить максимально эффективный радиатор, чтобы отопительная система работала качественно и полноценно прогревала салон, в сторону алюминия он смотреть не будет.
- Пригодность к ремонту
Примерно такие выводы можно сделать относительно этих устройств, изготавливаемых из двух разных материалов.
Что лучше проводит тепло медь или алюминий
- Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
- Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
- У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.
Устойчивость к коррозии
Производители
Данный термин означает способность различных материалов к обмену энергией, которая в этом случае представлена теплом. При этом передача энергии проходит от более нагретой части к холодной и происходит за счет:
Теплопроводность нержавеющей стали будет существенно отличаться от аналогичного показателя другого металла — например, коэффициент теплопроводности меди будет иным, нежели у стали.
Для обозначения этого показателя используется специальная величина, именуемая коэффициентом теплопроводности. Она характеризуется количеством теплоты, которое может пройти через материал за определенную единицу времени.
Показатели для стали
Теплопроводность может существенно отличаться в зависимости от химического состава металла. Коэффициент данной величины у стали и меди будет разным. Кроме этого, при повышении или уменьшении концентрации углерода изменяется и рассматриваемый показатель.
Существуют и другие особенности теплопроводности:
- Для стали, которая не имеет примесей, значение составляет 70 Вт/(м* К).
- У углеродистых и высоколегированных сталей проводимость намного ниже. За счет увеличения концентрации примесей она существенно снижается.
- Само термическое воздействие также может оказывать воздействие на структуру металла. Как правило, после нагрева структура меняет значение проводимости, что связано с изменением кристаллической решетки.
Коэффициент теплопроводности алюминия значительно выше, что связано с более низкой плотностью этого материала. Теплопроводность латуни также отличается от соответствующего показателя стали.
Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов
Не стоит забывать и о том, что медные трубы требуют тщательной изоляции в том случае, если из них состоит магистраль или разводка системы отопления. Что приводит к увеличению стоимости монтажа сети в сравнении с вариантами, когда применяются другие материалы.
Сложности возникают и с газовой сваркой меди: для этого процесса потребуются более мощные горелки. При сварке металла толщиной 8–10 мм потребуются две-три горелки. Пока одна горелка используется для сварки, другими ведется подогрев детали. В целом сварочные работы с медью требуют повышенных расходов на расходные материалы.
Следует сказать и о необходимости использования специальных инструментов. Так, для резки латуни и бронзы толщиной до 15 см понадобится резак, способный работать с высокохромистой сталью толщиной в 30 см. Причем этого же инструмента хватит для работы с чистой медью толщиной всего лишь в 5 см.
Металл с хорошей теплоотдачей
- Альфа – однофазная, с содержанием цинка менее 40% расплавляется при температуре меньше 905? (в градусах Цельсия). Это объясняется превалированием меди, которая плавится в менее горячих условиях.
- Бета, двухфазная, прочнее, но не настолько пластичная, в ней кроме двух основных ингредиентов могут быть алюминий и кремний, никель и марганец (не очень характерные добавки) и более привычные – олово, свинец и железо, обеспечивающие необходимую прочность и стойкость в атмосферных условиях, при технической эксплуатации.
- Специальные, приготовленные для определенных надобностей, встречаются реже, в их изготовлении при определении состава учитываются характеристики, необходимые для детали и продукции. Их делят на особо твердые, твердые и мягкие или отожженные сплавы
Можно ли повысить теплопроводность меди?
Одним из решений этой проблемы является недавно открытый элемент графен. Благодаря напылению из графена теплопроводность медного элемента увеличивается на 25%. Однако пока изобретение находится на уровне разработки.
В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.
Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда. Читать далее →
Схемы подключения радиаторов
Насколько хорошо будут греться радиаторы зависит от того, как в них подавать теплоноситель. Есть более и менее эффективные варианты.
Радиаторы с нижним подключением
Все радиаторы отопления имеют два типа подключения — боковое и нижнее. С нижним подключением никаких разночтений быть не может. Есть всего два патрубка — входной и выходной. Соответственно, с одной стороны в радиатор подается теплоноситель, с другой отводится.
Нижнее подключение радиаторов отопления при однотрубной и двухтрубной системе отопления
Конкретно, куда подключать подающий, а куда обратный написано в инструкции по монтажу, которая обязательно должна быть в наличии.
Батареи отопления с боковым подключением
При боковом подключении вариантов намного больше: тут подающий и обратный трубопровод можно подсоединить в два патрубка, соответственно, вариантов четыре.
Вариант №1. Диагональное подключение
Такое подключение радиаторов отопления считают наиболее эффективным, его берут за эталон и именно так испытывают производители свои отопительные приборы и данные в паспорте по тепловой мощности — для такой подводки. Все остальные типы подключения менее эффективно отдают тепло.
Диагональная схема подключения радиаторов отопления при двухтрубной и однотрубной системе
Все потому, что при диагональном подключении батарей горячий теплоноситель подается на верхний вход с одной стороны, проходит через весь радиатор и выходит с противоположной, нижней стороны.
Вариант №2. Одностороннее
Как понятно из названия, подключаются трубопроводы с одной стороны — подача сверху, обратка — снизу. Этот вариант удобен, когда стояк проходит сбоку от отопительного прибора, что часто бывает в квартирах, потому именно такой тип подключения обычно и преобладает. Когда теплоноситель подводится снизу, такая схема используется нечасто — не очень удобно располагать трубы.
Боковое подключение для двухтрубной и однотрубной системы
Вариант №3. Нижнее или седельное подключение
Из всех вариантов седельное подключение радиаторов отопления самое малоэффективное. Потери составляют примерно 12-14%. Но данный вариант самый незаметный — трубы обычно укладываются по полу или под ним и такой способ наиболее оптимальный с точки зрения эстетики. А чтобы потери не влияли на температуру в помещении, можно радиатор взять чуть более мощный чем требуется.
MSI Core Frozr XL
- Оптимальное решение для автономных систем отопления, работающих от собственного котла, — это алюминиевые батареи.
- Они же прекрасно подойдут для работы в многоквартирных домах. Только покупайте качественные изделия от проверенных производителей и не забудьте сопоставить величину рабочего давления.
- В многоквартирных высотных домах (16 этажей и более) лучше ставить биметаллические радиаторы.
- Если система отопления «высотки» не стояковая, а с горизонтальными ветвями, входящими в каждую квартиру, то можно поставить алюминиевые батареи.
- Совет пользователям, которых не убеждают никакие доводы: покупайте и ставьте в своем доме биметаллические отопительные приборы и чувствуйте себя спокойно.
Преимущества и недостатки алюминиевого радиатора
- Литые: алюминий лучше других металлов совместим с технологией литья под давлением, чем производители успешно пользуются. Литой радиатор получается цельным, а потому максимально прочным.
- Сборно-сварные: такие батареи изготавливают из профиля, который получают путем прессования алюминиевой заготовки (метод экструзии). Каждая секция состоит из двух сваренных между собой деталей. Радиатор набирается из нескольких секций, скрепляемых одна с другой с помощью резьбы. Такие приборы обладают меньшей прочностью, чем литые.
Популярность алюминиевых радиаторов обусловлена следующими достоинствами:
- Великолепный внешний вид.
- Высокая теплопроводность – теплоотдача секции может достигать 212 Вт.
- Небольшой вес: при размерах 80х80х380 мм секция весит всего 1 кг.
- На изделие выдается гарантия сроком от 10-ти до 20-ти лет.
Прочность у современных алюминиевых радиаторов благодаря добавлению кремния вполне приемлемая: легко можно найти модель, рассчитанную на давление до 16 атм. А некоторые производители выпускают радиаторы, способные работать при давлении в 24 атм.
Батарея отопления из алюминия
Сборные модели нельзя применять в системах, рабочей средой в которых выступает антифриз.
Алюминиевый радиатор
- Первым и самым главным преимуществом будет его цена. Она меньше, чем у его медного собрата почти в два раза.
- При увеличенном количестве пластин (увеличенной площади охлаждения) теплоотдача будет меньше, чем у медного, но уже не так значительно.
- Распространённость на рынке новых автомобилей. Автомобили последних лет выпуска, производимые в нашей стране, оборудованы алюминиевыми радиаторами.
Недостатки
- Маленькая теплопроводность материала – самый большой минус.
- Неремонтопригодность: при повреждениях трубок их невозможно запаять, и приходится менять весь узел. А пластмассовый бачок можно повредить малейшим ударом. Некоторые экземпляры могут быть с трещиной бачка уже из коробки. Есть «умельцы», которые меняют бачки, но это ненадёжно, и есть большая вероятность выхода из строя всей печки.
- Подверженность коррозии. Алюминий больше подвержен образованию коррозии, что приводит к ухудшенной теплоотдаче и образованию подтёков и выходу из строя всей системы отопления салона.
Обобщения закона Фурье
Теплоотдача – ключевой показатель эффективности
Коэффициент теплоотдачи радиаторов – это показатель его мощности. Он определяет количество выделенного тепла за определенный промежуток времени. На мощность конвектора влияют: физические свойства прибора, его тип подключения, температура и скорость теплоносителя.
Мощность конвектора, указанная в его техпаспорте, обусловлена физическими свойствами материала, из которого изготовлен прибор, и зависит от его межосевого расстояния. Чтобы рассчитать необходимое количество секций радиатора для помещения, понадобится площадь жилья и коэффициент теплового потока прибора.
Количество секций = S/ 10 * коэффициент энергии (K) / величина теплового потока (Q)
Пример: Необходимо рассчитать количество секций алюминиевой батареи (Q = 0,18) для помещения, площадью 50 м2.
Расчет: 50 / 10 * 1 / 0,18 = 27,7. То есть, для обогрева помещения понадобится 28 секций. Для монолитных приборов, за место Q, ставим коэффициент теплоотдачи радиатора и в результате получаем необходимое количество батарей.
Если конвекторы будут установлены рядом с источниками, влияющими на теплопотери (окна, двери), то коэффициент энергии берется из расчета — 1.3.
Для отопления используются радиаторы: стальные, алюминиевые, медные, чугунные, биметаллические (сталь + алюминий), и все они имеют разную величину теплового потока, обусловленную свойствами металла.
Узнайте как рассчитать количество секций в биметаллических радиаторах?
Схемы подключения радиаторов для частного дома, как выбрать лучший вариант, читайте здесь.
Как выбрать хороший масляный радиатор для дома: советы, рекомендации, польза и вред.
Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов
Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град). Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.
Не стоит забывать и о том, что медные трубы требуют тщательной изоляции в том случае, если из них состоит магистраль или разводка системы отопления. Что приводит к увеличению стоимости монтажа сети в сравнении с вариантами, когда применяются другие материалы.
Сложности возникают и с газовой сваркой меди: для этого процесса потребуются более мощные горелки. При сварке металла толщиной 8–10 мм потребуются две-три горелки. Пока одна горелка используется для сварки, другими ведется подогрев детали. В целом сварочные работы с медью требуют повышенных расходов на расходные материалы.
Следует сказать и о необходимости использования специальных инструментов. Так, для резки латуни и бронзы толщиной до 15 см понадобится резак, способный работать с высокохромистой сталью толщиной в 30 см. Причем этого же инструмента хватит для работы с чистой медью толщиной всего лишь в 5 см.
Плазменная резка меди
Как правильно рассчитывается реальная теплоотдача батарей
Примеси в медных сплавах
отсюда
Примеси, содержащиеся в меди (и, естественно, взаимодействующие с ней), подразделяют на три группы.
К таким примесям относятся алюминий, сурьма, никель, железо, олово, цинк и др. Данные добавки существенно снижают электро- и теплопроводность. К маркам, которые преимущественно используются для производства токопроводящих элементов, относятся М0 и М1. Если в составе медного сплава содержится сурьма, то значительно затрудняется его горячая обработка давлением.
Сюда относятся свинец, висмут и др. Не влияющие на электропроводность основного металла, такие примеси затрудняют возможность его обработки давлением.
Примеси, образующие с медью хрупкие химические соединения
К этой группе относятся сера и кислород, который снижает электропроводность и прочность основного металла. Наличие серы в медном сплаве значительно облегчает его обрабатываемость при помощи резания.
Значение в быту и производстве
- Биметаллические и алюминиевые изделия быстро прогреваются и остывают. Отдавая больше теплоты за промежуток времени, они возвращают более холодную воду в систему.
- Стальные панельные радиаторы занимают среднюю позицию, так как передают тепло не настолько интенсивно. Зато они дешевле и проще в монтаже.
- Самые инертные и дорогие – это обогреватели из чугуна, им присущ долгий разогрев и остывание, из-за чего появляется небольшое запаздывание при автоматическом регулировании расхода теплоносителя термостатическими головками.
