Przewodność cieplna metali

Wyjaśnienie wartości porównawczych urządzeń grzewczych

Z przedstawionych powyżej danych wynika, że ​​bimetaliczne urządzenie grzejne ma największą szybkość wymiany ciepła. Konstrukcyjnie takie urządzenie jest prezentowane przez RIFAR w aluminiowej obudowie żebrowanej. w którym znajdują się metalowe rury, cała konstrukcja jest mocowana za pomocą spawanej ramy. Akumulatory tego typu instalowane są w domach o dużej liczbie kondygnacji, a także w domkach i domach prywatnych. Wadą tego typu urządzenia grzewczego jest jego wysoki koszt.

Ważny! W przypadku montażu tego typu baterii w domach o dużej liczbie pięter, zaleca się posiadanie własnej kotłowni, która posiada stację uzdatniania wody. Ten warunek wstępnego przygotowania chłodziwa jest związany z właściwościami akumulatorów aluminiowych.

mogą ulegać korozji elektrochemicznej, gdy dostaną się w złej jakości przez sieć centralnego ogrzewania. Z tego powodu grzejniki aluminiowe zaleca się montować w oddzielnych systemach grzewczych.

Akumulatory żeliwne w tym porównawczym układzie parametrów znacznie tracą, mają niską wymianę ciepła, dużą wagę grzałki. Ale pomimo tych wskaźników grzejniki MS-140 są poszukiwane przez ludność, co jest spowodowane takimi czynnikami:

Czas bezawaryjnej pracy, co jest ważne w systemach grzewczych.
Odporność na negatywne skutki (korozję) nośnika ciepła.
Bezwładność cieplna żeliwa.

Ten typ urządzenia grzewczego działa od ponad 50 lat, ponieważ nie ma różnicy w jakości przygotowania nośnika ciepła. Nie można ich umieszczać w domach, w których może występować wysokie ciśnienie robocze sieci ciepłowniczej, żeliwo nie jest materiałem trwałym.

Porównanie według innych cech

Jedna cecha pracy bateryjnej - bezwładność - została już wspomniana powyżej. Aby jednak porównanie grzejników było poprawne, należy to zrobić nie tylko pod względem wymiany ciepła, ale także w innych ważnych parametrach:

• ciśnienie robocze i maksymalne;
• ilość zawartej wody;
• masa.

Ograniczenie ciśnienia roboczego określa, czy nagrzewnica może być instalowana w budynkach wielopiętrowych, w których wysokość słupa wody może sięgać setek metrów. Nawiasem mówiąc, to ograniczenie nie dotyczy domów prywatnych, w których presja w sieci z definicji nie jest wysoka. Porównanie wydajności grzejników może dać wyobrażenie o całkowitej ilości wody w układzie, która będzie wymagała podgrzania. Otóż ​​masa produktu jest ważna w określeniu miejsca i sposobu jego mocowania.

Jako przykład, poniżej przedstawiono tabelę porównawczą charakterystyk różnych grzejników o tej samej wielkości:

Notatka. W tabeli grzałka składająca się z 5 sekcji jest traktowana jako 1 jednostka, z wyjątkiem stalowej, która jest pojedynczym panelem.

Przewodność cieplna i gęstość aluminium

W tabeli przedstawiono właściwości termofizyczne aluminium Al w zależności od temperatury. Właściwości aluminium podane są w szerokim zakresie temperatur - od minus 223 do 1527°C (od 50 do 1800 K).

Jak widać z tabeli, przewodność cieplna aluminium w temperaturze pokojowej wynosi około 236 W/(m st.), co umożliwia wykorzystanie tego materiału do produkcji grzejników i różnych radiatorów.

Oprócz aluminium miedź ma również wysoką przewodność cieplną. Który metal ma najwyższą przewodność cieplną? Wiadomo, że przewodność cieplna aluminium w średnich i wysokich temperaturach jest wciąż mniejsza niż miedzi, jednak po schłodzeniu do 50K przewodność cieplna aluminium znacznie wzrasta i osiąga wartość 1350 W/(m st.). W miedzi w tak niskiej temperaturze wartość przewodności cieplnej staje się niższa niż aluminium i wynosi 1250 W/(m st.).

Aluminium zaczyna się topić w temperaturze 933,61 K (ok. 660 ° C), natomiast niektóre jego właściwości ulegają znacznym zmianom. Wartości takich właściwości jak dyfuzyjność cieplna, gęstość aluminium i jego przewodność cieplna ulegają znacznemu obniżeniu.

Gęstość aluminium zależy głównie od jego temperatury i zależy od stanu skupienia tego metalu. Na przykład w temperaturze 27 ° C gęstość aluminium wynosi 2697 kg / m 3, a po podgrzaniu tego metalu do temperatury topnienia (660 ° C) jego gęstość staje się równa 2368 kg / m 3. Spadek gęstości aluminium wraz ze wzrostem temperatury wynika z jego rozszerzania się podczas ogrzewania.

stąd

W tabeli przedstawiono wartości przewodności cieplnej metali (nieżelaznych) oraz skład chemiczny metali i stopów technicznych w zakresie temperatur od 0 do 600°C.

Metale nieżelazne i stopy: nikiel Ni, monel, nichrom; stopy niklu (zgodnie z GOST 492-58): cupronickel NM81, NM70, konstantan NMMts 58,5-1,54, kopel NM 56,5, monel NMZhMts i K-monel, alumel, chromel, manganina NMMts 85-12, inwar; stopy magnezu (zgodnie z GOST 2856-68), elektron, platyna-rod; luty miękkie (wg GOST 1499-70): czysta cyna, ołów, POS-90, POS-40, POS-30, stop róży, stop drewna. Czytaj dalej →

Co jednak umieścić grzejnik? Myślę, że każdy z nas zadawał to samo pytanie, kiedy wchodziliśmy na rynek lub do sklepu z częściami zamiennymi, badając ogromny wybór grzejników na każdy gust, zadowalający nawet najbardziej zboczonego wybrednego. Chcesz dwurzędowe, trzyrzędowe, większe, mniejsze, o dużym przekroju z małym, aluminium, miedzi. Dokładnie z tego metalu wykonany jest grzejnik i zostanie omówiony.

Niektórzy uważają, że miedź. Są to oryginalni staroobrzędowcy, jak zostaliby nazwani w XVII wieku. Tak, jeśli nie weźmiemy nowych samochodów XX wieku, wszędzie zainstalowano miedziane grzejniki. Niezależnie od marki i modelu, czy był to budżetowy minisamochód, czy ciężka wielotonowa ciężarówka. Ale jest inna armia właścicieli samochodów, którzy twierdzą, że chłodnice wykonane z aluminium są lepsze od miedzianych. Ponieważ są instalowane w nowych, nowoczesnych samochodach, w ciężkich silnikach, które wymagają wysokiej jakości chłodzenia.

A co najciekawsze, są w porządku. Oba mają oczywiście swoje plusy i minusy. Teraz mała lekcja fizyki. Moim zdaniem najdoskonalszym wskaźnikiem są liczby, czyli współczynnik przewodności cieplnej. Mówiąc prościej, jest to zdolność substancji do przenoszenia energii cieplnej z jednej substancji na drugą. Tych. mamy płyn chłodzący, chłodnicę wykonaną z N-tego metalu i środowisko. Teoretycznie im wyższy współczynnik, tym szybciej grzejnik będzie pobierał energię cieplną z chłodziwa i szybciej uwalniał ją do otoczenia.

Tak więc przewodność cieplna miedzi wynosi 401 W / (m * K), a aluminium - od 202 do 236 W / (m * K). Ale to w idealnych warunkach. Wydawałoby się, że w tym sporze zwyciężyła miedź, ale to „+1” dla miedzianych grzejników. Teraz oprócz wszystkiego należy wziąć pod uwagę rzeczywisty projekt samych grzejników.

Miedziane rurki u podstawy promiennika, a także miedziane paski promiennika powietrznego do przekazywania odebranego ciepła do otoczenia. Duże komórki grzejnika o strukturze plastra miodu pozwalają na zmniejszenie strat prędkości przepływu powietrza i pozwalają na pompowanie dużej ilości powietrza na jednostkę czasu. Zbyt małe zagęszczenie wstęgowej części grzejnika zmniejsza sprawność wymiany ciepła oraz zwiększa koncentrację i siłę lokalnego nagrzewania grzejnika.

Znalazłem dwa rodzaje grzejników opartych na rurkach aluminiowych i stalowych. Oto nieważna część, ponieważ. przewodność cieplna stali jest bardzo niska w porównaniu do aluminium, tylko 47 W/(m*K). I właściwie tylko ze względu na dużą różnicę w wydajności nie warto już montować grzejników aluminiowych ze stalowymi rurkami. Chociaż są mocniejsze niż czyste aluminium i zmniejszają ryzyko wycieku z wysokiego ciśnienia, na przykład z zatkanym zaworem w pokrywie zbiornika wyrównawczego.Wysoka koncentracja aluminiowych płyt na rurkach zwiększa powierzchnię nadmuchu chłodnicy, zwiększając tym samym jego wydajność, ale jednocześnie wzrastają opory przepływu powietrza i zmniejsza się objętość pompowanego powietrza.

Polityka cenowa na rynku rozwinęła się w taki sposób, że grzejniki miedziane są znacznie droższe niż aluminiowe. Z ogólnego obrazu możemy wywnioskować, że oba grzejniki są dobre na swój sposób. Którą mimo wszystko wybrać? To pytanie należy do Ciebie.

Jak poprawnie obliczyć moc cieplną?

Właściwe rozmieszczenie systemu grzewczego w domu nie może obejść się bez termicznego obliczenia mocy urządzeń grzewczych niezbędnych do ogrzewania pomieszczeń. Istnieją proste, sprawdzone metody obliczania mocy cieplnej grzejnika. potrzebne do ogrzania pomieszczenia. Uwzględnia również położenie lokalu w domu w punktach kardynalnych.

• Południowa strona domu jest ogrzewana na metr sześcienny 35 watów. moc cieplna.
• Północne pokoje domu na metr sześcienny są ogrzewane przez 40 watów. moc cieplna.

Aby uzyskać całkowitą moc cieplną wymaganą do ogrzewania pomieszczeń domu, należy pomnożyć rzeczywistą objętość pomieszczenia przez przedstawione wartości i dodać je przez liczbę pomieszczeń.

Ważny! Przedstawiony typ obliczeń nie może być dokładny, są to wartości powiększone, służą do ogólnego przedstawienia wymaganej ilości urządzeń grzewczych. Obliczanie bimetalicznych urządzeń grzewczych, a także baterii aluminiowych odbywa się na podstawie parametrów określonych w danych paszportowych produktu

Zgodnie z przepisami przekrój takiego akumulatora to 70 jednostek mocy (DT)

Obliczenia bimetalicznych urządzeń grzewczych, a także baterii aluminiowych przeprowadzane są na podstawie parametrów określonych w danych paszportowych produktu. Zgodnie z przepisami przekrój takiego akumulatora to 70 jednostek mocy (DT).

Co to jest, jak rozumieć? Paszportowy przepływ ciepła sekcji baterii można uzyskać pod warunkiem dostarczenia nośnika ciepła o temperaturze 105 stopni. Aby uzyskać temperaturę 70 stopni w powrotnym systemie grzewczym domu. Temperatura początkowa w pomieszczeniu to 18 stopni Celsjusza.

płyn jest podgrzewany do 105 stopni

DT= (temperatura czynnika zasilającego + temperatura czynnika powrotnego)/2, minus temperatura pokojowa. Następnie pomnóż dane w paszporcie produktu przez współczynnik korygujący, który jest podany w specjalnych książkach referencyjnych dla różnych wartości DT. W praktyce wygląda to tak:

• System ogrzewania działa w bezpośrednim zasilaniu 90 stopni w przetwarzaniu 70 stopni, temperatura pokojowa 20 stopni.
• Wzór to (90+70)/2-20=60, DT= 60

Według podręcznika szukamy współczynnika dla tej wartości, jest on równy 0,82. W naszym przypadku pomnożymy przepływ ciepła 204 przez współczynnik 0,82, otrzymamy rzeczywisty przepływ mocy = 167 W.

Porównanie mocy cieplnej

Jeśli dokładnie przestudiowałeś poprzednią sekcję, powinieneś zrozumieć, że na wymianę ciepła duży wpływ mają temperatury powietrza i chłodziwa, a te cechy nie zależą zbytnio od samego grzejnika. Ale jest trzeci czynnik - powierzchnia wymiany ciepła, a tutaj dużą rolę odgrywa konstrukcja i kształt produktu. Dlatego trudno idealnie porównywać stalowy grzejnik płytowy z żeliwnym, ich powierzchnie są zbyt różne.

Czwartym czynnikiem wpływającym na wymianę ciepła jest materiał, z którego wykonana jest grzałka. Porównajcie sami: 5 sekcji grzejnika aluminiowego GLOBAL VOX o wysokości 600 mm da 635 W przy DT = 50 °C. Żeliwny akumulator retro DIANA (GURATEC) o tej samej wysokości i tej samej liczbie sekcji może dostarczyć tylko 530 W w tych samych warunkach (Δt = 50 °C). Dane te są publikowane na oficjalnych stronach internetowych producentów.

Notatka. Charakterystyki wyrobów aluminiowych i bimetalicznych pod względem mocy cieplnej są prawie identyczne, nie ma sensu ich porównywać.

Możesz spróbować porównać aluminium ze stalowym grzejnikiem płytowym, biorąc najbliższy standardowy rozmiar, który jest odpowiedni pod względem wielkości. Wspomniane 5 profili aluminiowych GLOBAL o wysokości 600 mm ma całkowitą długość około 400 mm, co odpowiada płycie stalowej KERMI 600x400. Okazuje się, że nawet trzyrzędowe urządzenie stalowe (typ 30) przy Δt = 50 °C da tylko 572 W. Należy jednak pamiętać, że głębokość grzejnika GLOBAL VOX to tylko 95 mm, a panele KERMI to prawie 160 mm. Oznacza to, że odczuwalny jest wysoki transfer ciepła aluminium, co znajduje odzwierciedlenie w wymiarach.

W warunkach indywidualnego systemu ogrzewania prywatnego domu baterie o tej samej mocy, ale z różnych metali, będą działać inaczej. Dlatego porównanie jest dość przewidywalne:

1. Produkty bimetaliczne i aluminiowe szybko się nagrzewają i schładzają. Oddając przez pewien czas więcej ciepła, zwracają do systemu zimniejszą wodę.
2. Grzejniki płytowe zajmują środkową pozycję, ponieważ nie przenoszą ciepła tak intensywnie. Ale są tańsze i łatwiejsze w montażu.
3. Najbardziej bezwładne i drogie są grzałki żeliwne, charakteryzują się długim nagrzewaniem i wychładzaniem, co powoduje niewielkie opóźnienie w automatycznej regulacji przepływu chłodziwa przez głowice termostatyczne.

Z powyższego nasuwa się prosty wniosek.

Nie ma znaczenia, z jakiego materiału wykonany jest grzejnik, najważniejsze jest to, że jest odpowiednio dobrany pod względem mocy i pod każdym względem odpowiada użytkownikowi. Ogólnie rzecz biorąc, dla porównania, nie zaszkodzi zapoznać się ze wszystkimi niuansami działania konkretnego urządzenia, a także gdzie można je zainstalować

Obliczanie mocy cieplnej

Aby zorganizować ogrzewanie pomieszczeń, konieczne jest poznanie wymaganej mocy dla każdego z nich, a następnie obliczenie wymiany ciepła grzejnika. Zużycie ciepła do ogrzewania pomieszczenia określa się w dość prosty sposób. W zależności od lokalizacji przyjmuje się wartość ciepła do ogrzania 1 m3 pomieszczenia, wynosi ona 35 W/m3 dla strony południowej budynku i 40 W/m3 dla strony północnej. Rzeczywista kubatura pomieszczenia jest mnożona przez tę wartość i otrzymujemy wymaganą moc.

Uwaga! Powyższa metoda obliczania wymaganej mocy jest powiększona, jej wyniki są brane pod uwagę jedynie jako wskazówka. Aby obliczyć baterie aluminiowe lub bimetaliczne należy zacząć od charakterystyk podanych w dokumentacji producenta

Zgodnie z normami moc 1 sekcji grzejnika jest tam podana przy DT = 70. Oznacza to, że 1 sekcja da określony przepływ ciepła przy temperaturze chłodziwa na zasilaniu 105 ºС, a na powrocie - 70 ºС. W takim przypadku zakłada się, że obliczona temperatura środowiska wewnętrznego wynosi 18 ºС

Aby obliczyć baterie aluminiowe lub bimetaliczne należy zacząć od charakterystyk podanych w dokumentacji producenta. Zgodnie z normami moc 1 sekcji grzejnika jest tam podana przy DT = 70. Oznacza to, że 1 sekcja da określony przepływ ciepła przy temperaturze chłodziwa na zasilaniu 105 ºС, a na powrocie - 70 ºС. W takim przypadku zakłada się, że projektowana temperatura środowiska wewnętrznego wynosi 18 ºС.

Na podstawie naszej tabeli przenoszenie ciepła jednej sekcji grzejnika bimetalicznego o wielkości międzyosiowej 500 mm wynosi 204 W, ale tylko przy temperaturze w rurze zasilającej 105 ºС. W nowoczesnych układach, zwłaszcza indywidualnych, nie ma odpowiednio tak wysokiej temperatury, a moc wyjściowa będzie spadać. Aby poznać rzeczywisty przepływ ciepła, należy najpierw obliczyć parametr DT dla istniejących warunków za pomocą wzoru:

DT = (tsub + trev) / 2 - pomieszczenie, gdzie:

• tpod - temperatura wody w rurociągu zasilającym;
• tobr - to samo, w linii powrotnej;
• pomieszczenie to temperatura wewnątrz pomieszczenia.

Następnie tabliczka znamionowa przenikania ciepła grzejnika jest mnożona przez współczynnik korygujący, przyjmowany w zależności od wartości DT zgodnie z tabelą:

Na przykład przy harmonogramie chłodziwa 80 / 60 ºС i temperaturze pokojowej 21 ºС parametr DT będzie równy (80 + 60) / 2 - 21 = 49, a współczynnik korekcji wyniesie 0,63. Wtedy przepływ ciepła 1 sekcji tego samego grzejnika bimetalicznego wyniesie 204 x 0,63 = 128,5 W. Na podstawie tego wyniku wybierana jest liczba sekcji.

https://youtube.com/watch?v=nSewFwPhHhM

Zanieczyszczenia w stopach miedzi

stąd

Zanieczyszczenia zawarte w miedzi (i oczywiście oddziałujące z nią) dzielą się na trzy grupy.

Roztwory stałe tworzące się z miedzi

Takie zanieczyszczenia obejmują aluminium, antymon, nikiel, żelazo, cynę, cynk itp. Dodatki te znacznie zmniejszają przewodność elektryczną i cieplną. Gatunki stosowane głównie do produkcji elementów przewodzących to M0 i M1. Jeżeli w składzie stopu miedzi znajduje się antymon, to jego obróbka na gorąco pod ciśnieniem jest znacznie trudniejsza.

Zanieczyszczenia, które nie rozpuszczają się w miedzi

Należą do nich ołów, bizmut itp. Nie wpływając na przewodność elektryczną metalu nieszlachetnego, takie zanieczyszczenia utrudniają obróbkę pod ciśnieniem.

Zanieczyszczenia tworzące kruche związki chemiczne z miedzią

Ta grupa obejmuje siarkę i tlen, co zmniejsza przewodność elektryczną i wytrzymałość metalu nieszlachetnego. Obecność siarki w stopie miedzi znacznie ułatwia jego obróbkę skrawaniem.