Какой металл лучше передает тепло?

Устройство

Радиатор системы отопления схож со своим старшим братом из системы охлаждения. И функции у них схожи, только большой отдаёт тепло в атмосферу, а малый в салон. Оба имеют в своей конструкции два бачка, которые соединены между собой трубками. К трубкам посредством пайки крепятся пластины, увеличивающие площадь охлаждения (чем больше пластин, тем больше теплоотдача). Поэтому при выборе нужно обращать особое внимание на количество пластин. Сделать это можно, поставив оба экземпляра вместе и визуально осмотрев плотность пластин. У какого радиатора плотность больше, у того и теплоотдача выше. К одному из бачков прикреплены патрубки входа и выхода жидкости. Некоторые модели оборудуются местами для крепления к автомобилю.

Применение теплопроводности при строительстве

У каждого материала имеется свой показатель теплопроводности. Чем ее значение ниже, тем, соответственно ниже уровень теплообмена между внешней и внутренней средой. Это означает то, что в здании, сооруженном из материала с низкой теплопроводностью, зимой будет тепло, а летом прохладно.

Тепловые потери по швам панельного дома

При сооружении различных зданий, в том числе и жилые здания, без знаний о теплопроводности стройматериалов не обойтись. При проектировании строительных сооружений необходимо учитывать данные о свойствах таких материалов как – бетон, стекло, минеральная вата и многих других. Среди них предельная теплопроводность принадлежит бетону, между тем, у древесины она в 6 раз меньше.

Системы отопления

Ключевая задача любой отопительной системы – это перенос тепловой энергии от теплоносителя в помещения. Для такого обогрева применяют батареи или радиаторы отопления. Они необходимы для передачи тепловой энергии в помещения.

• Радиатор отопления – это конструкция внутри, которой перемещается теплоноситель. К основным характеристикам этого изделия относят:материал, из которого оно изготовлено;
• вид конструкции;
• размеры, в том числе и количество секций;
• показатели теплоотдачи.

Именно теплоотдача и есть ключевой параметр. Все дело в том, что определяет объем энергии, которое передается от радиатора в помещение. Чем больше этот показатель, тем ниже будут потери тепла.Существуют справочные таблицы, определяющие материалы, оптимальные для использования в отопительных системах. Из данных, которые в них размещены, становится ясно, что самым эффективным материалом считается медь. Но, вследствие ее высокой цены и определенных технологических сложностей, связанных с обработкой меди их применяемость не так высока.

Биметаллический радиатор

Именно поэтому все чаще применяют модели, изготовленные из стальных или алюминиевых сплавов. Нередко применяют и сочетание различных материалов, например, стали и алюминия.Каждый изготовитель радиаторов, при маркировке готовых изделий должен указывать такую характеристику, как мощность тепловой отдачи.На рынке отопительных систем можно приобрести радиаторы, изготовленные из чугуна, стали, алюминия и биметалла.

Превосходство алюминия над медью для ЛЭП

Но алюминий вовсе не отправлен на пенсию: воздушные линии электропередач по-прежнему выполняют из этого металла. Стало быть, и у него есть преимущества? Конечно!

Вес

Вес во многом определяется исходя из плотности металла. Чем выше плотность, тем тяжелее проводник. Плотность меди составляет 8900 кг/м 3 , а алюминия 2700 кг/м 3 . То есть при равном объеме медный провод будет весить в 3,3 раза больше алюминиевого. Для домашней проводки это не критично, так как провод лежит в штробах, а для воздушной линии электропередач это важный показатель. Именно поэтому для ВЛЭП используют алюминиевый провод.

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Таблица 2

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов

Медь обладает куда более высокой стоимостью, чем латунь или алюминий. При этом у данного металла есть свои недостатки, напрямую связанные с его достоинствами. Высокая теплопроводность приводит к необходимости создавать специальные условия во время резки, сварки и пайки медных элементов. Так как нагревать медные элементы нужно намного более концентрировано по сравнению со сталью. Также часто требуется предварительный и сопутствующий подогрев детали.

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.

Пример теплоизоляции медных труб

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

Теплопроводность алюминия и меди – какой металл лучше?

Теплопроводность алюминия и меди различна – у первого она меньше, чем у второго, в 1,5 раза. У алюминия этот параметр составляет 202–236 Вт/(м*К) и является достаточно высоким по сравнению с другими металлами, но ниже, чем у золота, меди, серебра. Область применения алюминия и меди, где требуется высокая теплопроводность, зависит от ряда других свойств этих материалов.

Алюминий не уступает меди по антикоррозионным свойствам и превосходит в следующих показателях:

• плотность (удельный вес) алюминия меньше в 3 раза;
• стоимость – ниже в 3,5 раза.

Аналогичное изделие, но выполненное из алюминия, значительно легче, чем из меди. Так как по весу металла требуется меньше в 3 раза, а цена его ниже в 3,5 раза, то алюминиевая деталь может быть дешевле примерно в 10 раз. Благодаря этому и высокой теплопроводности алюминий нашел широкое применение при производстве посуды, пищевой фольги для духовок. Так как этот металл мягкий, то в чистом виде не используется – распространены в основном его сплавы (наиболее известный – дюралюминий).

В различных теплообменниках главное – это скорость отдачи избыточной энергии в окружающую среду. Эта задача решается интенсивным обдувом радиатора посредством вентилятора. При этом меньшая теплопроводность алюминия практически не отражается на качестве охлаждения, а оборудование, устройства получаются значительно легче и дешевле (к примеру, компьютерная и бытовая техника). В последнее время в производстве наметилась тенденция к замене в системах кондиционирования медных трубок на алюминиевые.

Медь практически незаменима в радиопромышленности, электронике в качестве токопроводящего материала. Благодаря высокой пластичности из нее можно вытягивать проволоку диаметром до 0,005 мм и делать другие очень тонкие токопроводящие соединения, используемые для электронных приборов. Более высокая, чем у алюминия, проводимость обеспечивает минимальные потери и меньший нагрев радиоэлементов. Теплопроводность позволяет эффективно отводить выделяемое при работе тепло на внешние элементы устройств – корпус, подводящие контакты (к примеру, микросхемы, современные микропроцессоры).

Шаблоны из меди используют при сварке, когда необходимо на стальную деталь сделать наплавку нужной формы. Высока теплопроводность не позволит медному шаблону соединиться с приваренным металлом. Алюминий в таких случаях применять нельзя, так как велика вероятность его расплавления или прожига. Медь также используют при сварке угольной дугой – стержень из этого материала служит неплавящимся катодом.

Теплопроводность меди и алюминия таблица

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность
– это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность

– это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной.

Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой.

Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”.

В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С.

Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

Коэффициент теплопроводности

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло.

Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас в качестве материалов для утепления зданий наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов.

Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда) и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2.

, то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт.

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности. Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплопроводности материалов

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Материал	Коэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты	0,470
Алюминий	230,0
Асбест (шифер)	0,350
Асбест волокнистый	0,150
Асбестоцемент	1,760
Асбоцементные плиты	0,350
Асфальт	0,720
Асфальт в полах	0,800
Бакелит	0,230
Бетон на каменном щебне	1,300
Бетон на песке	0,700
Бетон пористый	1,400
Бетон сплошной	1,750
Бетон термоизоляционный	0,180
Битум	0,470
Бумага	0,140
Вата минеральная легкая	0,045
Вата минеральная тяжелая	0,055
Вата хлопковая	0,055
Вермикулитовые листы	0,100
Войлок шерстяной	0,045
Гипс строительный	0,350
Глинозем	2,330
Гравий (наполнитель)	0,930
Гранит, базальт	3,500
Грунт 10% воды	1,750
Грунт 20% воды	2,100
Грунт песчаный	1,160
Грунт сухой	0,400
Грунт утрамбованный	1,050
Гудрон	0,300
Древесина – доски	0,150
Древесина – фанера	0,150
Древесина твердых пород	0,200
Древесно-стружечная плита ДСП	0,200
Дюралюминий	160,0
Железобетон	1,700
Зола древесная	0,150
Известняк	1,700
Известь-песок раствор	0,870
Ипорка (вспененная смола)	0,038
Камень	1,400
Картон строительный многослойный	0,130
Каучук вспененный	0,030
Каучук натуральный	0,042
Каучук фторированный	0,055
Керамзитобетон	0,200
Кирпич кремнеземный	0,150
Кирпич пустотелый	0,440
Кирпич силикатный	0,810
Кирпич сплошной	0,670
Кирпич шлаковый	0,580
Кремнезистые плиты	0,070
Латунь	110,0
Лед 0°С	2,210
Лед -20°С	2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности)	0,150
Медь	380,0
Мипора	0,085
Опилки – засыпка	0,095
Опилки древесные сухие	0,065
ПВХ	0,190
Пенобетон	0,300
Пенопласт ПС-1	0,037
Пенопласт ПС-4	0,040
Пенопласт ПХВ-1	0,050
Пенопласт резопен ФРП	0,045
Пенополистирол ПС-Б	0,040
Пенополистирол ПС-БС	0,040
Пенополиуретановые листы	0,035
Пенополиуретановые панели	0,025
Пеностекло легкое	0,060
Пеностекло тяжелое	0,080
Пергамин	0,170
Перлит	0,050
Перлито-цементные плиты	0,080
Песок 0% влажности	0,330
Песок 10% влажности	0,970
Песок 20% влажности	1,330
Песчаник обожженный	1,500
Плитка облицовочная	1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	0,036
Полистирол	0,082
Поролон	0,040
Портландцемент раствор	0,470
Пробковая плита	0,043
Пробковые листы легкие	0,035
Пробковые листы тяжелые	0,050
Резина	0,150
Рубероид	0,170
Сланец	2,100
Снег	1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности)	0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности)	0,230
Сталь	52,0
Стекло	1,150
Стекловата	0,050
Стекловолокно	0,036
Стеклотекстолит	0,300
Стружки – набивка	0,120
Тефлон	0,250
Толь бумажный	0,230
Цементные плиты	1,920
Цемент-песок раствор	1,200
Чугун	56,0
Шлак гранулированный	0,150
Шлак котельный	0,290
Шлакобетон	0,600
Штукатурка сухая	0,210
Штукатурка цементная	0,900
Эбонит	0,160

 

Различия между медью и алюминием

Основные беспокойства по поводу выбора материала обмотки отражают пять характерных различий между медью и алюминием:

Таблица 2: Пять характерных различий между медью и алюминием

Параметр	Алюминий	Медь
Коэффициент расширения на ° С х 10 -6 при 20 ° С	23	16,6
Теплопроводность БТЕ / фут / ч / БПФ 2 / ° F при 20 ° С	126	222
Электропроводность % при 20 ° С	61	101
Прочность на разрыв н/мм 2 (мягкая)	28-42	40

Возможность соединения

Оксиды, хлориды, сульфиды или недрагоценные металлы, более проводящие на меди, чем алюминии. Этот факт делает очистку и защиту соединителей для алюминия более важной. Некоторые считают соединения меди с алюминием несовместимыми. Также под вопросом сопряжение соединений между алюминием трансформаторов и медным проводом присоединения.

Коэффициент расширения

При изменении температуры алюминий расширяется почти на треть больше, чем медь. Это расширение, наряду с пластичным характером алюминия, вызывает некоторые проблемы для ненадлежаще установленных болтовых соединений.

Чтобы избежать ослабления соединения, необходимо его подпружинивание. Используя либо чашевидные или прижимные шайбы можно обеспечить необходимую эластичность при сочленении, без сжатия алюминия.

При использовании надлежащей арматуры алюминиевые соединения, могут быть равными по качеству медным.

Теплопроводность

Некоторые утверждают, что поскольку, теплопроводность меди выше, чем алюминия то это оказывает влияние на снижение хот-спот температуры обмотки трансформатора.

Это верно только тогда, когда проводники обмоток из меди и алюминия одинакового размера, геометрии и дизайна.

Следовательно, для любого силового трансформатора заданного размера, тепловые характеристики теплопроводности алюминия могут быть очень близки меди.

Теплопроводность сплавов алюминия — технические характеристики.

Теплопроводность алюминия — это технический параметр, характеризующий свойства металла и сплавы на его основе. Значение этого показателя учитывается при формировании составов для изготовления литейных, деформируемых изделий, промышленного производства деталей и установок.

Характеристики теплопроводности учитываются при использовании его в производстве.

Характеристика теплопроводности материалов

Понятие теплопроводности материалов характеризуется способностью переносить тепловую энергию в пределах определенного объекта от нагретых частей к холодным. Процесс осуществляется атомами, молекулами, электронами и происходит в любых телах с неравномерным распределением температуры.

С позиций кинетической физики этот процесс происходит в результате взаимодействия частиц молекул более нагретых участков в пределах образца с другими элементами, отличающимися низшей температурой. Механизм и скорость переноса теплоты зависит от агрегатного состояния вещества.Категория теплопроводности предусматривает определение скорости нагревания образца материала и перемещение температурной волны в определенном направлении. Показатель зависит от физических параметров:

• плотности;
• температуры фазового перехода в жидкое состояние
• скорости распространения звука (для диэлектриков).

Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, которая проходит через единицу площади однородного материала за единицу времени при разнице температуры.

Физические свойства алюминия

Химический элемент алюминий имеет кубическую кристаллическую структуру. Его удельный вес при 20 °C составляет 2,7 г/см³, температура плавления — +657…+660,2 °C, скрытая теплота плавления — 94,6 °C.

Алюминий высокой чистоты кипит при +1800…+2060 °C. При нагревании увеличивается показатель удельной теплоемкости металла, проводимость тепла и коэффициент линейного расширения.

Электропроводность алюминия возрастает с понижением температуры: при 189 °C составляет 156 ед., а при 400 °C — 12,5.

Среди химических элементов алюминий отличается высокой активностью. Он легко реагирует с кислородом, образуя плотную окисную пленку, предохраняющую металл от дальнейшего влияния среды.

Свойства сплавов определяются входящими в его состав элементами.

По мере повышения температуры в металле растворяется водород, повышающий пористость материала. Примеси щелочных химических элементов (калия, натрия, кальция), кремния, магния способствуют резкому увеличению пористости алюминия.

Добавки меди, ниобия, никеля, марганца, железа, хрома, ванадия, циркония создают однородную структуру при остывании расплавленного материала. Влияние лигатурных добавок других компонентов на физические свойства металла и его сплавы учитывается в технологии литья изделий.

Наличие дополнительных материалов изменяет показатель проводимости тепла состава и температуру плавления. Например, при обычных условиях формирования алюминиевых сплавов сера и ее соединения уходят в шлак, не оказывая вредного влияния на свойства состава.

Такое же воздействие имеют фосфор, углерод, азот. Они не изменяют механические свойства сплава. Для производства литейных изделий из-за пониженной прочности чистый алюминий применяется редко.

Коррозионная стойкость металла тем выше, чем ниже в нем содержание примесей железа и кремния. Но их наличие несколько повышает прочность материала, снижая при этом пластичность и электропроводность.

Медь или алюминий: что лучше всего подходит для проводки?

Сейчас подавляющее большинство электриков используют медную проводку вместо алюминиевой. Но почему? Чем медь лучше алюминия? Ответ в нашей статье.

В СССР вся проводка была алюминиевой, а в современных новостройках таких уже и не встретишь. Но чем медь лучше алюминия? Какую проводку лучше использовать для дома: медную или алюминиевую? Рассказываем, почему материал проводов так быстро и безспворотно изменился.

Таблица теплопроводности материалов на Ке…-Ки…

Материал	Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м·град)	Теплоемкость, Дж/(кг·град)
Кедр красный	500…570	0.095	—
Кембрик лакированный	—	0.16	—
Керамзит	800…1000	0.16…0.2	750
Керамзитовый горох	900…1500	0.17…0.32	750
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией	800…1200	0.23…0.41	840
Керамзитобетон легкий	500…1200	0.18…0.46	—
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон	500…1800	0.14…0.66	840
Керамзитобетон на перлитовом песке	800…1000	0.22…0.28	840
Керамика	1700…2300	1.5	—
Керамика теплая	—	0.12	—
Кирпич доменный (огнеупорный)	1000…2000	0.5…0.8	—
Кирпич диатомовый	500	0.8	—
Кирпич изоляционный	—	0.14	—
Кирпич карборундовый	1000…1300	11…18	700
Кирпич красный плотный	1700…2100	0.67	840…880
Кирпич красный пористый	1500	0.44	—
Кирпич клинкерный	1800…2000	0.8…1.6	—
Кирпич кремнеземный	—	0.15	—
Кирпич облицовочный	1800	0.93	880
Кирпич пустотелый	—	0.44	—
Кирпич силикатный	1000…2200	0.5…1.3	750…840
Кирпич силикатный с тех. пустотами	—	0.7	—
Кирпич силикатный щелевой	—	0.4	—
Кирпич сплошной	—	0.67	—
Кирпич строительный	800…1500	0.23…0.3	800
Кирпич трепельный	700…1300	0.27	710
Кирпич шлаковый	1100…1400	0.58	—

Что лучше проводит тепло алюминий или медь?

Невозможно однозначно сказать, какой радиатор лучше выбрать: алюминиевый или биметаллический, а может медные, стальные или чугунные. В этом вопросе нет правильного ответа, так как у каждого типа батарей свои плюсы и минусы, проявляющиеся в различных условиях эксплуатации.

Отопительные системы обладают индивидуальными характеристиками по температуре, давлению и составу теплоносителя, теплоотдачи, инертности и т.д. Также немаловажно открытая или закрытая отопительная система.

В результате там, где отлично покажет себя один тип радиатора, другой, даже при всех его кажущихся плюсах, даст сбой.

При выборе радиатора обращайте внимание вначале на технические и эксплуатационные параметры, а уже потом на внешний вид и цену. Дорогая батарея еще не значит самая лучшая. Отечественные централизованные тепловые сети работают с температурой теплоносителя до 105 оС и давлением в 10 атмосфер.

Но на практике условия работы куда экстремальнее и связанны с колебания давления и температуры, плохим качеством теплоносителя. Во время запуска системы указанные значения значительно выше, радиаторы подвергаются гидроударам. Нерассчитанные на такое импортные батареи могут выйти из строя.

По этим причинам изучите паспорт выбранного радиатора, отметив его допустимые температуру и максимальное давление теплоносителя.

Чтобы определит лучший радиатор, учтите так же его теплоотдачу. Другими словами, насколько эффективно он нагревает воздух в помещении. Это зависит от материала. Так медные греют лучше чугунных, а у алюминиевых теплоотдача выше, чем у стальных.

Реальная мощность батареи зависит от перепада температуры теплоносителя и воздуха в помещении, так что помимо значения мощности секции указанной в рекламной брошюре следует узнать точное значение из паспорта для условий, в которых радиатор будет эксплуатироваться.

Рассмотрим по отдельности каждый тип радиаторов и проведем их сравнительную характеристику.

Чугунные радиаторы

Чугунные радиаторы одни из самых распространенных. Это объясняется рядом характеристик этого материала, которые помогают ему надежно служить долгие годы в условиях центрального отопления в постсоветском пространстве. К тому же их долгие десятилетия по умолчанию устанавливали в домах с централизованным отоплением.

Основные преимущества чугуна:

• устойчивость к коррозии;
• высокая теплоотдача;
• долговечность;
• сравнительно невысокая цена.

Чугунным батареям не страшны гидроудары и перепады давления, которыми страдают отечественные отопительные системы. Также они хорошо переносят плохое качество теплоносителя: ржавчину, воздушные пробки, жесткую щелочную воду. Для других теплообменников это губительно, но для чугуна они не оказывают серьезных повреждений.

Для централизованного отопления чугунные радиаторы – лучший выбор.

Среди недостатков – внешний вид и высокая инерционность. С неказистостью и громоздкостью можно смириться, вписать в интерьеры в стиле ретро или классика, скрыть специальным декоративным экраном.

Высокая инерционность проявляется в том, что чугун медленно разогревается и долго остывает, поэтому они неуместны в системах с точной терморегуляцией.

Придется подолгу ждать, пока изменится реальная температура батареи.

Чугунный радиатор в стиле рококо

Алюминиевые радиаторы

Это универсальные радиаторы, позволяющие путем подбора числа секций установить необходимую тепловую мощность. Используются чаще в автономном отоплении частного дома. Главные преимущества:

• эстетичный внешний вид;
• небольшой вес;
• высокая теплоотдача;
• простота подключения в отопительную сеть;
• неинерционны, поэтому используются совместно с терморегуляторами.

Но есть у них и недостатки, которые особенно проявляются в централизованных системах отопления. Алюминиевые радиаторы чувствительны к качеству теплоносителя, если в воде много щелочи, то материал подвергается активной коррозии, между секциями появляется течь, а внутри нагревательных элементов образуются воздушные пробки.

Следует в обязательном порядке уточнять по паспорту максимально допустимое давление. При превышении указанного производителем порога возможет разрыв секций у радиатора со всеми вытекающими последствиями.

Еще один минус – сравнительно высокая цена.

Стальные радиаторы

Основным конкурентом алюминиевых радиаторов в индивидуальных отопительных сетях являются стальные радиаторы.

Их стоимость ниже, к тому же сталь устойчива к коррозии, обладает высокой теплоотдачей и низкой инерционностью. Получается, что они своего рода нечто среднее между алюминиевым и чугунным вариантом батарей.

Еще к плюсам можно отнести возможность подобрать радиатор любой конструкции – цельной, трубчатой или в виде наборных панелей.

Минусом стальных радиаторов является плохая переносимость воздушных пробок, гидроударов и повышения давления в системе до 25 атмосфер, что нередко наблюдается в городской отопительной сети.

Биметаллические радиаторы

Этот тип батарей представляют собой комбинацию стали и алюминия. Из алюминия изготовляются ребра радиатора, а из стали – трубопровод. Такая конструкция позволяет объединить преимущества обоих материалов, и частично компенсировать их недостатки. За счет стальной части появляется устойчивость к коррозии и скачкам давления, а алюминиевая обеспечивает высокую теплоотдачу.

Если задаться вопросом, какие радиаторы лучше алюминиевые или биметаллические, то вторые предпочтительней. Однако стоят они дорого. К тому же у использования двух металлов появляются и свои минусы.

Так имеются части радиатора, где алюминий все же контактирует с теплоносителем, что приводит к коррозии. Также на внутренней стенке биметаллических батарей скапливаются шлаковые отложения, что со временем скажется на качестве теплоотдачи.

Относится это к псевдо биметаллическим радиаторам, в которых усиление стали выполняется только по вертикальной части каждой секции.

Следует отметить, что на границе сплава алюминия и стали образуется переходная зона с пониженной теплопроводностью, но на эффективности это не сказывается, так как алюминий в любом случае быстрее отводит от стального сердечника тепло, что и требуется.

Устройство биметаллического радиатора

Медные радиаторы

Начать необходимо с единственного, но существенного, минуса медных радиаторов – высокая цена, так как в остальном этот тип отопительных приборов — это сплошные преимущества.

• Эффективный нагрев. Теплопроводность меди в 2 раза выше, чем у алюминия, и в 6 раза выше, чем у чугуна и стали.
• Низкая инерционность. Используется в комплекте с терморегулятором.
• За счет конструкции медных радиаторов (цельнотянутая труба диаметром 28 мм и медные ребра) в отопительной системе задействуется небольшое количество теплоносителя. Это экономит средства и обеспечивает быстрый нагрев.
• Устойчивость к коррозии и агрессивным условиям эксплуатации с перепадами давления и температуры.
• Естественная защита от плохого качества теплоносителя. Медь, вступая в химическую реакцию с водой, образует слой оксида меди на внутренней поверхности радиатора, который впоследствии препятствует механическому и химическому повреждению от примесей в теплоносителе.

Что выбрать

Если финансовая сторона для вас не проблема, то выбор очевиден – медные радиаторы. Они подойдут для частного дома и для городской квартиры. Прослужат долго и надежно.

Но стоимость меди высока, поэтому приходится выбирать из других вариантов в зависимости от типа системы обогрева:

• Центральное отопление. Лучшим решением для многоэтажек остаются чугунные батареи. Они выдержит все нагрузки, которые представляет отечественная отопительная сеть. Чугун стоит недорого. Однако терморегулятор для него малоэффективен. Альтернатива – биметаллические радиаторы. Они достаточно устойчивы и позволяют регулировать температуру нагрева, что немаловажно, так как отечественные теплосети нередко греют сильнее, чем требуется, и квартира обогревается до некомфортных +25 и выше градусов. Минус биметалла – высокая цена, но если у вас поставлен датчик отопления на квартиру, и вы пользуетесь терморегулятором, то это позволит сильно сэкономит на коммунальных платежах, что со временем компенсирует затраты на установку биметаллического радиатора.
• Автономное отопление. Здесь несомненный лидер – алюминиевые радиаторы. Низкая инертность и высокая теплоотдача делают алюминий идеальным решением для отопительной системы, но они чувствительны к качеству теплоносителя, поэтому и используются преимущество в частных домах, где есть возможность подготовить воду, прежде чем запустить ее в сеть. Цена вполне демократична. Более дешевыми и устойчивыми к коррозии являются стальные радиаторы, но у них ниже теплоотдача.

Теплопроводность и плотность алюминия

В таблице представлены теплофизические свойства алюминия Al в зависимости от температуры. Свойства алюминия даны в широком диапазоне температуры — от минус 223 до 1527°С (от 50 до 1800 К).
Как видно из таблицы, теплопроводность алюминия при комнатной температуре равна около 236 Вт/(м·град), что позволяет применять этот материал для изготовления радиаторов и различных теплоотводов.

Кроме алюминия, высокой теплопроводностью обладает также медь. У какого металла теплопроводность больше? Известно, что теплопроводность алюминия при средних и высоких температурах все-таки меньше, чем у меди, однако, при охлаждении до 50К, теплопроводность алюминия существенно возрастает и достигает значения 1350 Вт/(м·град). У меди же при такой низкой температуре значение теплопроводности становится ниже, чем у алюминия и составляет 1250 Вт/(м·град).

Алюминий начинает плавиться при температуре 933,61 К (около 660°С), при этом некоторые его свойства претерпевают значительные изменения. Значения таких свойств, как температуропроводность, плотность алюминия и его теплопроводность значительно уменьшаются.

Плотность алюминия в основном определяется его температурой и имеет зависимость от агрегатного состояния этого металла. Например, при температуре 27°С плотность алюминия равна 2697 кг/м 3 , а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м 3 . Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.

В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:

• плотность алюминия, г/см 3 ;
• удельная (массовая) теплоемкость, Дж/(кг·град);
• коэффициент температуропроводности, м 2 /с;
• теплопроводность алюминия, Вт/(м·град);
• удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
• функция Лоренца.

Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов

Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС. Размерность теплоемкости кал/(г·град). Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.

Влияние концентрации углерода

Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:

1. 
   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).
2. 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.
3. У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.

Таким образом, рассматриваемый показатель у легированных сплавов может меняться в зависимости от температуры эксплуатации.

Медный радиатор печки

1. Медь обладает большей теплопроводностью, нежели алюминий. А с увеличением теплопроводности улучшается отопление.
2. Ремонтопригодность. Медь мягкая и не повреждается из-за незначительных вмятин. Даже при появлении трещин лопнувшие трубки можно запаять, оставив теплопроводность неизменной.
3. Медный радиатор оборудован бачком из такого же материала, что значительно улучшает его эксплуатационные характеристики.

Удельное сопротивление и температурный коэффициент расширения (КТР) металлической проволоки (при 18ºС)

В таблице указаны значения удельного электрического сопротивления и КТР металлической проволоки, выполненной из различных металлов и сплавов.
Материал проволоки: алюминий, вольфрам, железо, золото, латунь, манганин, медь, никель, константан, нихром, олово, платина, свинец, серебро, цинк.
Как видно из таблицы, нихромовая проволока имеет высокое удельное электрическое сопротивление и успешно применяется в качестве спиралей накаливания нагревательных элементов множества бытовых и промышленных устройств.