Об эксплуатации алюминиевых и биметаллических радиаторов

Что такое бронированный биметаллический радиатор и почему его лучше использовать в многоквартирных домах. Как отличить полный биметалл от полубиметалла?

Автор статьи: к.т.н. Г.А. Бершидский

До конца прошлого века в России основными отопительными приборами были чугунные радиаторы. Затем появились конвекторы на основе толстостенных стальных труб и стальные панельные радиаторы. Другие материалы для производства отопительных приборов практически не применялись. В настоящее время по-прежнему широко применяются стальные трубопроводы, котлы, отопительные приборы и т. п. Поэтому основные характеристики сетевой воды для систем теплоснабжения ориентированы на применение стали. Эти характеристики регламентируются «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации», согласно которым значение водородного показателя кислотности рН сетевой воды должно находиться в пределах 8,3-9,5 для закрытых систем теплоснабжения и 8,3-9,0 для открытых систем. Содержание растворённого кислорода не должно превышать 20 мкг/л.

Алюминий издавна привлекал внимание разработчиков отопительного оборудования благодаря своим уникальным свойствам, таким, как высокая теплопроводность, лёгкость, пластичность, возможность изготовления отопительных приборов методами литья под давлением и экструзии. Совокупность этих свойств позволяет получить приборы, отличающиеся высокой теплоотдачей, качественной наружной поверхностью и эстетичным внешним видом, соответствующим современным интерьерам. Высокая теплопроводность, в 5 раз превышающая теплопроводность стали, в сочетании с низкой плотностью алюминия (в 3 раза легче стали) позволяют получить лёгкий радиатор с эффективным оребрением.

Однако два существенных недостатка резко ограничивают область применения алюминиевых радиаторов. Во-первых, литые алюминиевые радиаторы оказались довольно хрупкими, что приводило к авариям, особенно при самовольной замене жильцами более прочных проектных отопительных приборов (обычно стальных конвекторов или чугунных радиаторов) на внешне привлекательные алюминиевые радиаторы. Впоследствии этот недостаток был преодолён: сейчас выпускаются алюминиевые радиаторы, которые выдерживают давление теплоносителя, намного превышающее возможное рабочее давление в системах отопления, за счёт оптимизации конфигурации сечения колонок и увеличения толщины их стенок.

Второй недостаток — повышенную требовательность алюминиевых радиаторов к качеству теплоносителя — преодолеть пока не удаётся: попытки нанесения на внутреннюю поверхность различных защитных покрытий нельзя признать вполне удачными. Устойчивость алюминия и его сплавов по отношению к коррозии определяется наличием или отсутствием на внутренней поверхности плотной плёнки, состоящей из оксида алюминия Al₂O_3. Эта плёнка имеет амфотерный характер, то есть растворяется и в щелочной, и в кислотной среде. На рисунке 1 изображена зависимость скорости коррозии алюминия от рН, приведённая в книге Т.М. Петровой, В.Н. Воронова и Б.М. Ларина «Технология и организация водно-химического режима атомных электростанций», М., 2012. Из рисунка видно, что эта кривая имеет ярко выраженный минимум. При увеличении рН с 8,5 до 9,5 скорость коррозии алюминия возрастает на порядок (с 0,1 до 1 г/(м²ч)). То же самое происходит и при уменьшении рН с 6,5 до 4.2, но таких значений рН в сетевой воде систем теплоснабжения практически не бывает.

Зависимость скорости коррозии алюминия от рН среды.

Таким образом, плотная защитная оксидная плёнка успешно противостоит коррозии в диапазоне рН от 6,5 до 8,5. При значениях рН вне этого диапазона оксидная плёнка разрушается, и коррозия проникает на большую глубину стенки, вызывая даже сквозные свищи. При этом, как правило, сначала появляются небольшие течи. Отметим, что если коррозия ещё не привела к потере герметичности радиатора, уменьшение толщины стенки приводит к постепенному снижению его прочности и, следовательно, к авариям из-за даже небольшого повышения давления. Такие аварии могут иметь катастрофический характер, так как ослабленная коррозией секция разрывается обычно по всей высоте колонки, и вода заливает помещения нижележащих этажей.

Click here to preview your posts with PRO themes ››

В связи с этим вполне закономерно появилась идея объединить алюминий и сталь в одной конструкции с целью использования их преимуществ. Вообще, биметаллы достаточно широко применяются в различных областях техники. Обычно один слой изготавливается из недорогой стали, а второй – из цветных металлов, в данном случае алюминия. Первые биметаллические радиаторы появились в Европе ещё в середине прошлого века. Биметаллическими в таких радиаторах были только вертикальные колонки: в прессформу для литья под давлением закладывались стальные трубки для прохода теплоносителя. В горизонтальных коллекторах теплоноситель непосредственно контактировал с алюминием.

Такие гибридные радиаторы (бытовой термин «полубиметаллические») выпускаются и в настоящее время, хотя нельзя считать логичной конструкцию, в которой для одной части радиатора (колонки) требуется теплоноситель с рН= 8,3-9,5, а для другой (коллекторов) – 6,5-8,5. Это значит, что «полубиметаллические» радиаторы могут нормально работать лишь в узком диапазоне рН от 8,3 до 8,5. Это исключает возможность их применения в самых распространённых в России системах отопления с зависимым присоединением к тепловым сетям, оборудованных системами водоподготовки подпиточной воды.

Исходя из изложенного, «полубиметаллические» радиаторы следовало бы отнести не к биметаллическим, а к алюминиевым радиаторам. Для подтверждения или опровержения этого предложения нужно провести испытания по определению скорости коррозии при изменении рН теплоносителя в широком диапазоне.

Кроме того, коэффициент температурного расширения алюминия вдвое больше, чем стали. Из-за этого при изменении температуры теплоносителя возникает напряжение между стальной трубкой и алюминиевым оребрением колонки. Взаимное смещение этих слоёв приводит к расшатыванию контакта между ними, к росту термического сопротивления контакта и, следовательно, к снижению теплоотдачи таких радиаторов в процессе эксплуатации. Для оценки этого снижения следует провести ускоренные эксплуатационные испытания, заключающиеся в попеременном пропускании через радиатор воды с температурой 20⁰С и 90⁰С (не менее 250 циклов) и сопоставлении его теплового потока до и после этой «раскачки».

В настоящее время наибольшим спросом заслуженно пользуются усовершенствованные биметаллические радиаторы, закладные детали которых представляют собой сварную Н-образную конструкцию из стальных труб. Таким образом, горизонтальные и вертикальные каналы здесь выполнены из стали, а контакт алюминия с водой исключён. Такие радиаторы ведут себя как стальные и могут эксплуатироваться в обычных системах при нормированных значениях рН = 8,3-9,5. Они обладают повышенной прочностью, поэтому при их применении практически исключены аварии, связанные с превышением допустимого давления, в том числе с гидравлическими ударами.

Следует отметить, что хотя биметаллические радиаторы тяжелее алюминиевых и «полубиметаллических», расход алюминиевого сплава здесь минимален, так как из него изготовлено только тонкостенное оребрение.

Отличить биметаллические радиаторы от «полубиметаллических» можно посредством магнита, прикладываемого к присоединительным отверстиям.

Выводы

1. Биметаллические радиаторы, в которых исключён контакт теплоносителя с алюминием, могут применяться практически в любых системах водяного отопления.
2. Алюминиевые, в том числе «полубиметаллические» радиаторы, могут применяться в системах отопления с независимым присоединением к тепловым сетям и в индивидуальных системах с несменяемым теплоносителем.

Полезное видео по теме:

Опубликовано: 11.08.2020 Обновлено: 11.08.2020 нет комментариев