Теплопроводность алюминия и чугуна


Чугунные или алюминиевые батареи?

Наверное, все при ремонте сталкивались с такой проблемой, оставить чугунные батареи или поставить, модные сейчас алюминиевые батареи. Вопрос не легкий, до сих пор идут споры. Кто-то защищает чугунные батареи, мол — «проверены годами», кто-то однозначно стоит за алюминиевые батареи, называя их эстетичными и высокопроизводительными. У каждого, правда своя. Но все, же чугунные или алюминиевые батареи? Давайте подумаем……..

Отопительный период в условиях России тянется от двух до восьми месяцев в году, и чем севернее находится местность, тем отопительный сезон длится дольше. Также с каждым годом растут цены на энергоносители, газ, электричество. И вопрос экономии становится на первое место. Соответственно мы задаемся вопросом, как экономично нагреть пространство, какие трубы применить для отопления, из какого материала? Чугун или алюминий? Если вспомнить школьный курс физики, то становится понятно, что нагрев помещения зависит от такой величины как теплопроводность материала. Теплопроводность материала – это передача тепла от нагретых источников к холодным, посредством движения молекул и атомов. Так какой же металл стоит на первом месте по теплопроводности (я не беру драгоценные и дорогие металлы). На первом месте стоит медь, затем идет алюминий, а уже потом идут чугун и сталь. Причем теплопроводность алюминия, хуже, чем у меди в 4 раза, а теплопроводность чугуна хуже, теплопроводности меди в 8 – 10 раз. Так что самый лучший материал это медь. Однако медь достаточно дорогой и хрупкий материал. Радиатор из меди стоял бы в 3 – 4 раза дороже, чем из алюминия и в 10 раз дороже, чем чугунный. Теперь предлагаю поговорить о самих батареях.

Чугунная батарея

Как мы узнали, чугун имеет самую низкую теплопроводность. А при наличии своего локального отопления, от котла, вы будете тратить больше энергоносителей (газ, электричество) для отопления площади. Соответственно такая система будет работать неэффективно. Секция из чугуна весом в 8 килограмм, вмещает в себя 4,5 — 6 литров воды. Для того чтобы вам протопить комнату в 13 квадратных метров, вам нужно установить, чугунную батарею из 10 секций (примерно 1 секция протопит — 1,2 – 1,3 метра квадратных). Теперь представьте сколько нужно воды или незамерзающей жидкости, для того чтобы протопить полностью квартиру или дом. Это десятки, если не сотни литров. Большой объем воды требует большой теплоотдачи от котла, то есть котел должен работать практически на максимуме, разогревать жидкость до 70 – 80 градусов, чтобы в батарею она попала температурой 60 – 70 градусов. С эстетической части вопроса, чугун также проигрывает. Батареи из чугуна, сделаны грубо, и часто не вписываются в интерьер. На них конечно можно купить защитные белые щиты (или креативно украсить, под старину), но это дополнительные расходы. Единственный плюс чугунных батарей, это их прочность, по сравнению с оппонентом. Чугун очень прочный материал, и сломать такую батарею не просто, даже если вы что-то уроните или чем-то заденете ее. Конечно, подвержен ржавчине или гниению, однако этот процесс не такой быстрый как у стали. Наверное, все помнят чугунные батареи в доме у родителей, которые уже прослужили не один десяток лет. Если подвести итог, чугунная батарея это устаревший отопительный элемент. Теперь предлагаю поговорить об алюминиевой батарее.

Алюминиевая батарея

Давайте рассмотрим следующие типы батарей, на этот раз разговор пойдет об алюминии. Скажу сразу алюминиевая батарея намного эффективнее. Как мы уже разобрались выше, алюминий имеет большую теплопроводность, чем у чугуна. Одна секция алюминиевого радиатора, потребляет всего от 0,7 до 1,0 литра воды, то есть в 4 раза меньше, а тепло такая секция выделяет больше. В среднем 1 секция алюминиевого радиатора способна отопить 1,8 – 2,0 квадратных метра площади, что почти в два раза больше чем у чугуна. Вес одной секции алюминиевого радиатора около 2 килограмм. Так как алюминиевая батарея требует меньше жидкости, то и в системе отопления, такой жидкости будет намного меньше. Что позволит работать котлу (в частном доме), в щадящем режиме. Если у вас частный дом, то с алюминиевыми радиаторами, принято ставить газовый котел, который имеет двигатели. Эти двигатели толкают воду (жидкость) по системе отопления, а соответственно система быстрее нагревается и быстрее отдает тепло (алюминиевые батареи). Таким образом, экономии газа можно достичь до нескольких раз. На алюминиевые радиаторы можно поставить клапаны регулировки, это такие ручки которые позволяют регулировать температуру батареи, если в комнате слишком жарко, на чугун такие клапаны не устанавливаются. Опять же эстетически алюминиевая батарея намного выигрывает у чугунной, алюминий не гниет, а значит, такую батарею  не нужно будет красить каждый год или два. Алюминий можно закрепить даже на стене из ГВЛ, потому как сама батарея очень легкая, а вот чугунную батарею закрепить на стене из ГВЛ не удастся, потому как она нереально тяжелая. Единственный минус таких батарей, это их хрупкость. Производители чтобы добиться максимальной теплоотдачи, делают стенки батарей очень тонкими, и поэтому, при установки нужно с ними обращаться очень аккуратно. Одно не правильное действие, и вам нужно будет покупать новую секцию. Также не стоит ничего ронять на алюминиевые батареи, по причине их хрупкости. Бывали случаи, когда край стола, резко придвинутого к батареи пробивал ее. Так что будьте аккуратны. Но есть и более прочные варианты батарей, так называемые БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ.

Итог. Таким образом, алюминиевая батарея намного эффективнее, эстетичнее и, если так можно выразиться, экономичнее в эксплуатации. Чугун доживает свой век, к сожалению, чугунные батареи, как мне кажется, скоро сойдут на нет. На этом все.

remo-blog.ru

Теплопроводность стали и других сплавов: меди, латуни и алюминия, теплопередача

Перед тем как работать с различными металлами и сплавами, следует изучить всю информацию, касающуюся их основных характеристик. Сталь является самым распространенным металлом и применяется в различных отраслях промышленности. Важным ее показателем можно назвать теплопроводность, которая варьируется в широком диапазоне, зависит от химического состава материала и многих других показателей.

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:

  1. Молекул.
  2. Атомов.
  3. Электронов и других частиц структуры металла.

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:

  1. Для стали, которая не имеет примесей, значение составляет 70 Вт/(м* К).
  2. У углеродистых и высоколегированных сталей проводимость намного ниже. За счет увеличения концентрации примесей она существенно снижается.
  3. 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.

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.

Значение в быту и производстве

Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:

  1. При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
  2. При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
  3. При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.

Определяется рассматриваемый показатель при проведении испытаний в различных условиях. Как ранее было отмечено, коэффициент проводимости тепла может зависеть от температуры эксплуатации. Поэтому в таблицах указывается несколько его значений.

tokar.guru

Что ставить: чугунные или алюминиевые батареи?

Насущный вопрос в наших краях. Осень и зима длятся добрых полгода, жилые помещения отапливаются еще дольше. Все это время в доме трудятся малозаметные глазу отопительные радиаторы, или батареи в просторечии. Все мы привыкли к старым унылым чугунным радиаторам. Но когда заходит дело о капитальном ремонте или даже строительстве нового жилья, поднимается вопрос о выборе новых радиаторов. Так что же ставить: чугунные или алюминиевые радиаторы?Давайте для начала определимся с классификацией. В заголовок вынесен вопрос далекого от наших проблем человека. Он привык, что обычно стоит чугун, а в новое жилье обязательно покупаем алюминий. Но на самом деле все сложнее.

Существуют такие типы отопительных радиаторов: чугунные, алюминиевые, стальные панельные и биметаллические.

Чугунные радиаторы.

С чугунными радиаторами знакомы все, описывать их смысла нет.

Преимущества чугунных батарей:

1. Высокая устойчивость к коррозии. Во время эксплуатации внутри радиатора образуется сухая ржавчина, которая уберегает батарею от воздействия агрессивной среды. Чугун не боится агрессивных кислот, абразивного износа из-за песка и мусора, попадающего в отопительный контур.2. Невысокая стоимость.3. Большая тепловая инертность. После выключения подачи горячей воды батареи еще долго держат и отдают в помещение тепло.

4. Долговечность. Производители гарантируют чугунному радиатору службу не менее 30 лет. Известны массовые примеры, когда чугунные радиаторы никогда не менялись в хрущевках, простоявших 40 лет.

Недостатки батарей из чугуна:

1. Низкая теплопроводность металла и малая поверхность теплоотдачи.2. Большая тепловая инертность иногда является недостатком, так как чугунные радиаторы совершенно не подходят для регулируемых автоматических систем водяного отопления.3. Уязвимость для гидравлических ударов.

4. Спорный дизайн, вписать который в современные модные интерьеры порой бывает проблематично.

Стальные радиаторы панельного типа

Стальные панельные радиаторы представляют собой два листа стали толщиной около 1,5 мм, которые стыкуются между собой либо горизонтальными коллекторами, соединенными вертикальными колонками, либо горизонтальными каналами, которые параллельно и последовательно приварены к одной панели.

Преимущества стальных радиаторов:

1. Большое количество типоразмеров.2. Хорошая теплоотдача. Хорошо регулируются радиаторными термостатами, обладают малой тепловой инерцией. Хорошо приспособлены для регулируемых автоматических систем водяного отопления.

3. Малое водосодержание.

Недостатки стальных батарей отопления:

1. Слабая устойчивость к корозии. Это самый большой и главный недостаток. Не выносят слива теплоносителя, не любят открытых систем отопления и систем, в которых используются трубы, неустойчивые к диффузии кислорода воздуха (например, некоторые виды полипропиленовых труб). При самых благоприятных условиях скорость коррозии стали в год составляет 0,1 мм. Считайте сами: лет пять-шесть и металл на участках сварки пластин может быть уничтожен.2. Низкое рабочее давление.

3. Малая площадь нагревательной поверхности.

Алюминиевые радиаторы.

Алюминиевые секционные радиаторы, изготовленные из алюминиевого сплава с добавлением кремния, стали очень популярными, так как они первыми попали на наш строительный рынок как альтернатива чугуну, к тому же они имеют привлекательные размеры и массу.

Алюминиевые радиаторы выпускаются в двух вариантах: литой и экструзионный. В первом случае каждую секцию радиатора отливают как цельную деталь, во втором — секция состоит из нескольких частей. Занимают как бы промежуточное положение между стальными и чугунными радиаторами и объединяют в себе практически все их преимущества и недостатки.

Преимущества алюминиевых радиаторов:

1. Высокий уровень теплоотдачи и скорость нагрева помещения. Хорошо приспособлены для регулируемых автоматических систем водяного отопления. Теоретики не стесняются говорить о 30-процентной экономии энергии при отоплении.2. Высокое рабочее давление, причем от параметров рабочего давления зависит стоимость радиатора: чем оно выше, тем радиатор дороже.

3. Малая масса, элегантный дизайн. Возможность выбора оборудования с необходимым количеством секций и терморегуляция.

Недостатки алюминиевых батарей:

1. Подвержены электрохимической коррозии: при неправильном монтаже алюминий вступает в химическую реакцию со стальными и медными трубами отопительного контура. На срок службы влияет и химический состав теплоносителя, оптимальный уровень ph которого должен равняться 7-8.2. Хрупкость. Для улучшения свойств теплопередачи стенки алюминиевых радиаторов изготовляются довольно тонкими, поэтому от удара средней мощности секция может лопнуть.

Биметаллические радиаторы.

Это радиаторы со стальным сердечником и алюминиевой рубашкой, разработаны для использования при высоких давлениях теплоносителя. Отсюда следует не только название, но и отсутствие недостатков, свойственных стальным и алюминиевым радиаторам.

Преимущества биметаллических радиаторов:

1. Высокая степень теплоотдачи, которую обеспечивает алюминий. Это главное преимущество биметаллических радиаторов.2. Устойчивы к коррозии. За счет того, что трубы биметаллического радиатора сделаны из стали, теплоноситель с алюминием не соприкасается, что позволяет избежать негативных химических реакций.

3. Выдерживают высокое рабочее давление. Разработаны для многоэтажного строительства.

Недостатки биметаллических батарей:

1. Обладают недостаточной площадью поверхности теплообмена, а, значит, и невысокой полезной мощностью.2. Высокая цена. Применение в малоэтажном строительстве экономически нецелесообразно.

Таким образом, мы можем сделать некоторые выводы и дать определенные рекомендации.

Если вы живете в старом доме с центральным отоплением, смысла менять чугунные батареи на что-то другое нет. Биметаллические дороги и будут окислятся от воды неизвестного происхождения. Алюминий и сталь — то же самое. Замена батарей отопления из чугуна на алюминиевые или любые другие имеет смысл особенно тогда, когда вы решили изменить интерьер вашей квартиры, и чугунные радиаторы ну никак не вписываются в обстановку, жена расстроена и начинаются скандалы. Будьте готовы к авариям через несколько лет.

Сложно придумать причину, по которой можно рекомендовать установку стальных радиаторов. Бюджетный вариант. При выборе стальных батарей ориентируйтесь больше на дизайн и типоразмеры: технология производства стальных радиаторов везде одинакова. Поэтому изделия, чешского завода Kоrado сравнимы по качеству с немецким Kеrmi.

Алюминиевые радиаторы имеет смысл ставить в тех случаях, когда чугунные или стальные по каким-либо причинам не отвечают поставленным требованиям. Необходимо обращать внимание на производителя: качество радиатора во многом зависит от фирмы-изготовителя и качества исходного сырья. Отличный выбор для автономных систем отопления, когда владелец сам контролирует качество теплоносящей жидкости.

Биметаллические батареи стоит покупать для установки в новостройках с автономной домовой котельной.

housedb.ru

Свойства алюминия: плотность, теплопроводность, теплоемкость Al

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/м3, а при нагревании этого металла до температуры плавления (660°С), его плотность становится равной 2368 кг/м3. Снижение плотности алюминия с ростом температуры обусловлено его расширением при нагревании.

В таблице приведены следующие теплофизические свойства алюминия:

  • плотность алюминия, г/см3;
  • удельная (массовая) теплоемкость, Дж/(кг·град);
  • коэффициент температуропроводности, м2/с;
  • теплопроводность алюминия, Вт/(м·град);
  • удельное электрическое сопротивление, Ом·м;
  • функция Лоренца.

Удельная теплоемкость алюминия

Удельная теплоемкость алюминия существенно зависит от температуры и при комнатной температуре составляет величину около 904 Дж/(кг·град), что значительно выше удельной (массовой) теплоемкости других распространенных металлов, например таких, как медь и железо.

Ниже приведена сравнительная таблица значений удельной теплоемкости этих металлов. Значения теплоемкости в таблице находятся в интервале температуры от -223 до 927°С.

По данным таблицы видно, что величина удельной теплоемкости алюминия значительно выше значения этого свойства у меди и железа, поэтому такое свойство алюминия, как возможность хорошо накапливать тепло, широко применяется в промышленности и теплотехнике, делая этот металл незаменимым.

Сравнительная таблица теплоемкости алюминия, меди и железа   Теплоемкость металла, Дж/(кг·град)
t, °С Алюминий Al Медь Cu Железо Fe
-173 483,6 216,1
-73 800,2 385
27 903,7 385 450
127 951,3 397,7 491,1
227 991,8 408 530,7
327 1036,7 416,9 573,1
427 1090,2 425,1 619,9
527 1153,8 432,9 679,1
627 1228,2 441,7 772,8
727 1176,7 451,4 975,1
827 1176,7 464,3 794,1
927 1176,7 480,8 607,1

Источники:

thermalinfo.ru


Смотрите также