Теплоносители в системе отопления

Для некоторых типов отопительных приборов, например секционных радиаторов, отмеченное различие в определениях не ведет к существенным последствиям, поскольку тепловой поток радиатора не зависит от расхода теплоносителя в довольно широком диапазоне его изменения. Известны, однако, типы и модели отопительных приборов, для которых эта зависимость существует. При этом для правильного выбора размера отопительного прибора необходимо учитывать влияние фактического расхода воды на тепловой поток, что возможно только в том случае, когда изготовитель (поставщик) в эксплуатационных документах привел эту зависимость в виде расчетной формулы, графика и т.д.  В противном случае возможны ошибки. Понятно, что тепловой поток отопительного прибора зависит от температуры теплоносителя, точнее, от разности температур теплоносителя и воздуха, или температурного напора. И в этой части легко видеть разницу между «нашими» номинальными условиями и ЕН 442 — 70°С против 50°С,  то есть 1,4 раза. Если к этому добавить, что тепловой поток отопительного прибора связан с температурным напором степенной зависимостью, в которой показатель степени, как правило, не выходит за пределы 1,25–1,44, то получится, что тепловой поток при «наших» номинальных условиях в 1,5–1,66 раза превосходит значения, указанные в каталогах, проспектах, подготовленных для европейского потребителя.

Достоинства и  недостатки отопительных приборов, имеющихся  на рынке На сегодняшнем рынке  присутствуют все возможные типы отопительных приборов: радиаторы, конвекторы, дизайн-радиаторы, полотенцесушители, изготовляемые из различных материалов: стальные, чугунные, алюминиевые, из медных сплавов, биметаллические. Рассмотрим основные, их характеристики и требования, предъявляемые к устройству и эксплуатации систем отопления.  

Чугунные  секционные радиаторы — древнейший, но отнюдь не отмирающий вид.

Главное достоинство  — высокая коррозионная стойкость  в самых тяжелых условиях эксплуатации, прочность, увеличивающаяся со временем, срок службы практически не ограничен; недостатки — большой объем воды и, соответственно, большая тепловая инерция, препятствующая эффективному применению в динамичных системах отопления с терморегуляторами и программаторами;большие габариты; высокая шероховатость поверхности; отсутствие, как правило, декоративного покрытия — большинство изготовителей поставляют радиаторы в огрунтованном виде. 

Многих пользователей  не устраивает также и внешний  вид. Комментарий: сегодня на рынке  можно найти чугунные радиаторы  в стиле ретро, отличающиеся стильным дизайном и высоким качеством отделки внешних поверхностей, многие изготовители поставляют радиаторы с практически гладкой поверхностью, внедрение современных литейных технологий позволило как существенно уменьшить сечение единичного канала и водяной объем секции, так и повысить компактность чугунных радиаторов.

Дополнение: в  битве за свой сегмент рынка отечественные  изготовители в последние годы добились определенных успехов, существенно  расширили гамму выпускаемых  моделей, правда, внешний вид их изделий  пока оставляет желать лучшего.  

Алюминиевые секционные радиаторы — относительный новичок на рынке (около 10 лет). Разделяются на две основные группы — литые и радиаторы из прессованного профиля, или экструзионные. Материал для литых — силумин, литейный алюминиевый сплав, содержащий 12–13% кремния. Секции собирают на стальных резьбовых ниппелях. В экструзионных используются, как правило, два различных по свойствам алюминиевых сплава — коллекторы изготовлены из силумина, колонки — из пластичного алюминий-магниевого сплава, содержащего не менее 98% алюминия. Известны модели экструзионных радиаторов, в которых применены короткие участки коллекторов (на 2 или 3 секции); при сборке таких радиаторов коллекторные участки собирают на обычных ниппелях. Не менее распространены и конструкции с цельными коллекторами, длина которых пропорциональна количеству колонок.

Главное достоинство  алюминиевых приборов — компактность, малый водяной объем, хороший  внешний вид, высококачественное декоративное покрытие (порошковая эмаль с горячей  сушкой). Прочность алюминиевых радиаторов, как и для иных сосудов под давлением, зависит от геометрических характеристик, главным образом от толщины стенки и формы поперечного сечения канала, так и от свойств материала. Из этого следует, что при прочих равных экструзионные радиаторы обладают наибольшей прочностью, потому что водяной канал колонки имеет круглое сечение. Прочность литых радиаторов ниже, однако и среди них имеются модели, выдерживающие давление более 6 МПа (60 атм).

Главный недостаток алюминиевых радиаторов - низкая коррозионная стойкость. «Стойкая» оксидная пленка на поверхности алюминия, известная со школьной скамьи, в действительности оказывается нестойкой даже в условиях эксплуатации, полностью соответствующих требованиям нормативных документов к воде тепловых сетей, не говоря уже о далеко не единичных случаях несоответствия. Причина кроется в водородном показателе воды (рН), который для тепловых сетей должен быть не менее 8,4,  а для алюминиевых элементов систем отопления должен быть не более 8 (см. например итальянский стандарт UNI 8065:1989). Скорость коррозии зависит также от количества растворенного в воде кислорода, присутствия частиц иных металлов, в первую очередь меди. При этом, как это ни странно, экструзионные радиаторы предъявляют к воде более жесткие требования (некоторые изготовители приводят предельную величину рН =7,5.

Комментарий: область  разумного применения алюминиевых  радиаторов чрезвычайно узка и ограничивается объектами, устройство и уровень  эксплуатации которых позволяют  гарантированно обеспечивать качество воды на допускаемом уровне постоянно, в течение всего запланированного срока службы (по глубокому убеждению автора, необходим периодический контроль состояния внутренней поверхности радиаторов; кроме того, пользователь должен быть морально готов к тому, что при неудовлетворительных результатах контроля должна быть проведена внеплановая замена всех радиаторов на данном объекте). Качество воды в подавляющем большинстве наших отопительных систем не соответствует этому уровню, поэтому вывод однозначен — применение в них алюминиевых радиаторов не является разумным.

Дополнение: для  повышения коррозионной устойчивости алюминиевых радиаторов, а также  всех иных металлических элементов  системы отопления рекомендуется  дозирование в воду (для малых объектов ручное, для больших — автоматическое) специальных добавок на основе алифатических полиаминов.  

Биметаллические (сталь-алюминий, медь-алюминий) секционные радиаторы — еще больший новичок. Новинка родилась с целью устранения главного недостатка алюминиевых радиаторов (см. выше) путем исключения или существенного уменьшения площади алюминиевой внутренней поверхности радиатора, контактирующей с водой. Сегодня на рынке присутствуют как радиаторы, в которых полностью исключен контакт воды с алюминием, так и конструкции, в которых этот контакт ограничен коллекторной частью радиатора, в которой, как известно, толщина стенки существенно больше. В первом случае коррозионная стойкость полностью определяется свойствами материала сердечника, во втором — следует учитывать также стойкость силуминового коллектора с толщиной стенки 5–8 мм. Простые рассуждения и имеющийся положительный опыт эксплуатации биметаллических радиаторов позволяют рекомендовать их для широкого применения.

Комментарий: по понятным причинам биметаллические радиаторы дороже алюминиевых (имеется в виду цена одного киловатта), однако это удорожание представляется вполне оправданным, так как сопровождается радикальным изменением свойств изделия — расширением области применения и увеличением срока службы.

Дополнение: многие (если не все!) изготовители биметаллических  радиаторов с алюминиевым коллектором  не очень широко информируют потребителя  об этом обстоятельстве, и скрывают очевидную разницу в потребительских  качествах и требованиях к  теплоносителю для радиаторов двух групп, описанных выше. Вполне возможно, что по коррозионной стойкости они весьма близки, хотя строго говоря, радиаторы, в которых имеется даже небольшой участок внутренней алюминиевой поверхности, должны эксплуатироваться на воде того же качества, что и чисто алюминиевые.  

Стальные  радиаторы можно условно разделить на панельные (наиболее популярный вид отопительного прибора в Западной Европе), трубчатые (могут применяться трубы не только круглого сечения; одни из самых дорогих, представленных на рынке) и секционные (изготовлены из тонколистового проката, по форме напоминают чугунные радиаторы).

Общее замечание: все стальные отопительные приборы  подвержены кислородной коррозии, скорость которой возрастает под слоем  шлама, в зонах раздела фаз, а также в местах сварки. Это замечание является особенно существенным для импортных приборов, выпускаемых по ЕН 442–1,  так как минимальная толщина стального листа, регламентированная этим стандартом, составляет всего 1,11 мм, а толщина стенки трубы (для всех трубчатых радиаторов) — 0,8 мм. Известны случаи, когда в результате нарушения правил эксплуатации стальные радиаторы выходили из строя в течение первого отопительного сезона. Панельные радиаторы очень компактны, представлены в широкой гамме размеров (легко подобрать для любого интерьера), имеют небольшой водяной объем. Многие изготовители комплектуют их термостатическими вентилями, а также деталями для нижнего подключения. 

Панельные радиаторы могут работать при относительно низком рабочем давлении (порядка 0,9 МПа), что обусловлено, главным образом, большим поперечным сечением водяных каналов.

Трубчатые радиаторы изготавливают из тонкостенных (1,25–1,5 мм) электросварных прямошовных труб. Соединение отдельных элементов радиатора сварное. Основное достоинство этого типа радиаторов — широчайшая гамма возможных высот (от 0,2 до 2,5 м), что в сочетании с высоким качеством защитно-декоративного покрытия, широкой цветовой гаммой и возможностью заказа дугообразных моделей с заданным радиусом кривизны может удовлетворить запросы самого взыскательного дизайнера.  

Секционные радиаторы имеют крайне ограниченные перспективы на отечественном рынке из-за их низкой прочности, обусловленной большим поперечным сечением канала и вытянутой его формой. Разрушающее давление для этих радиаторов может составлять менее 1 МПа (10 атм).

Комментарий: отечественные  правила и нормы эксплуатации тепловых сетей ориентированы, в  первую очередь, на максимальную долговечность  стальных труб, поэтому стальные радиаторы  могут применяться достаточно широко при выполнении установленных требований и грамотной эксплуатации; так, целесообразно строго контролировать давление при гидравлическом испытании, сократить до минимума количество и длительность опорожнений системы и т.д.  

Дополнение: отложения шлама особо опасны для стальных радиаторов из-за подшламовой коррозии; в то же время большое суммарное сечение параллельных каналов обусловливает малые скорости воды и создает благоприятные условия для выпадения шлама в нижних точках радиаторов; таким образом, при проектировании и эксплуатации систем со стальными радиаторами особое внимание следует уделять очистке теплоносителя от твердых частиц.  

Конвекторы, как указывалось выше, содержат нагревательный элемент и кожух (известны отечественные модели без кожуха, но их эффективность и внешний вид не соответствуют современным требованиям). Нагревательный элемент — это, как правило, труба с развитым поперечным оребрением. Конвекторы можно разделить на стальные и биметаллические, иные представители этого типа, например медные (медные ребра на медной трубе) изготавливаются в небольших количествах, не получили широкой известности и по свойствам не имеют существенных отличий от биметаллических.

Общее достоинство  конвекторов — компактность, а  для конвекторов из труб малого диаметра - малый водяной объем. Принципиальное замечание: при прочих равных эффективность конвектора определяется термическим сопротивлением контакта несущей трубы и оребрения, причем особенно важно постоянство этой величины в течение всего срока службы.  

Стальные  конвекторы с кожухом, выпускаемые в России, — наиболее широко, по крайней мере в Москве и Московской области, применяемый в массовом жилищном строительстве вид отопительных приборов. В этих конвекторах используются трубы металлургического производства с толщиной стенки около 3 мм с насаженными стальными ребрами прямоугольной формы; в них отсутствуют зоны выпадения шлама и раздела фаз, то есть эти приборы с точки зрения надежности являются равнопрочным элементом системы отопления и обеспечивают близкое к оптимальному техническое решение для существующих систем отопления. Конечно, применение паяных или приваренных сплошным швом ребер могло бы повысить потребительские качества конвектора, однако привело бы к заметному удорожанию изделий. На рынке представлены также импортные стальные конвекторы, в которых единичный нагревательный элемент представляет собой отрезок трубы прямоугольного сечения, к которой по одной или двум противоположным сторонам контактной точечной сваркой приварена гофрированная конвекторная лента. Такие конвекторы чаще всего применяют в зрелищных, спортивных зданиях, допускаемое рабочее давление для них существенно ниже, чем для конвекторов на базе круглой трубы из-за больших размеров и плоских стенок водяного канала.

Биметаллические конвекторы — это чаще всего конвекторы на базе медной трубы диаметром 15х1 мм с насаженными алюминиевыми ребрами. Малый диаметр трубы обеспечивает, пожалуй, минимально возможный на сегодняшний день водяной объем прибора и делает его практически незаменимым для динамичных систем водяного отопления. Если к этому добавить высокую коррозионную стойкость медной трубы, прекрасные массо-габаритные характеристики, широкую гамму размеров и цветовых решений, кажется парадоксальным их положение на рынке — ведь до настоящего времени они занимали очень узкий его сегмент. Полагают, по-видимому, что медная труба, особенно на поворотах, не является достаточно стойкой против абразивного износа, вызванного большим количеством твердых частиц (песок, окалина и т.д.) в теплоносителе. Вывод напрашивается сам собой: удалите твердые частицы… Известны также биметаллические литые конвекторы на базе стальной трубы с алюминиевым оребрением. Идея та же самая, что и для биметаллических радиаторов, — получить максимальный эффект от развитого оребрения из теплопроводного алюминия, не допуская его контакта с водой. На тепловой поток таких конвекторов существенно влияет технология их изготовления. Так, при классическом способе изготовления (заливке несущей трубы в форме) удается обеспечить плотный контакт трубы с оребрением и стабильность теплового потока. При новом способе (литой алюминиевый блок насаживается на трубу), внедренном на нескольких отечественных предприятиях, не удается добиться такой же плотной посадки, вследствие чего номинальный тепловой поток снижается и конструкция лишается своего рационального зерна.