Из чего делают радиаторы отопления
Свойства радиатора напрямую зависят от того, из какого материала он изготовлен. Рассмотрим самые популярные виды материалов, используемых в производстве радиаторов и отопительных приборов.
Алюминий
Металл из легкой группы, третий химический элемент в мире по распространенности. Алюминий хорошо поддается разным видам механической обработке и литью. Технические характеристики металла:
- высокая теплопроводность и электропроводность;
- металл не магнитится и не горит;
- отличные антикоррозийные свойства.
Устойчивость к коррозии создается за счет образующейся оксидной пленки, защищающей поверхность алюминия от негативных внешних воздействий.
Благодаря высокой пластичности металл используется в разных отраслях, уступая по объему применения лишь железу. Принимает любые формы, обладает долгим сроком службы. Это один из самых легких металлов в мире (почти в 3 раза легче железа), при этом алюминий очень прочен.
Он обладает высокой способностью к соединению с разными элементами, что позволяет получать широкий спектр сплавов. Даже если добавить в состав незначительное количество другого химического элемента, это серьезно изменит характеристики металла и расширит возможности его применения.
В чистом виде алюминий не встречается в природе. Основной объем мирового алюминия производится из бокситов – запасы этого минерала сосредоточены в разных уголках планеты. В России для производства металла используется нефелиновая руда, добываемая в карьерных условиях.
Алюминиевые радиаторы устойчивы к коррозии и обладают отличной теплопроводностью. Ввиду высокой пластичности металла радиаторы не рекомендуется устанавливать в местах, где оборудование может быть подвергнуто механическому повреждению. Для повышения устойчивости металла к внешним механическим воздействиям его поверхность может дополнительно обрабатываться специальной порошковой краской.
Сталь
Для производства радиаторов отопления обычно используется низкоуглеродистая сталь, обладающая высокой коррозийной устойчивостью. Предварительно стальные панели проходят процесс обезжиривания, их покрывают порошковой эмалью и подвергают термической обработке.
Преимущественные характеристики низкоуглеродистых сталей:
- пластичность (это позволяет подвергать материал деформации без риска образования трещин);
- отличная способность к сварке и обработке, слабое закаливание.
Основная область применения низкоуглеродистых сталей – это изготовление различных изделий холодной штамповкой. Для придания материалу дополнительных свойств в него добавляются специальные элементы, меняющие состав и характеристики стали: повышение устойчивости к коррозии, улучшение прочностных характеристик и т.д. Углеродистая сталь с дополнительными добавками называется легированной.
Существует несколько технологий производства стали, в основном для ее получения используется чугун и металлолом. Наиболее распространенная технология выплавки – это кислородно-конвертерный способ. К новейшим методам выплавки можно отнести электролиз.
Недостатками низкоуглеродистой стали по сравнению низколегированными видами являются более низкие прочностные характеристики и меньшая ударная вязкость.
Чугун
Чугун состоит из углерода и железа. Процентное соотношение углерода может составлять до 6% и более. На свойства материала влияет наличие примесей в составе: марганца, серы, кремния и др. В зависимости от количества примесей различают три основных вида чугуна:
- белый – в основном применяется для производства стали;
- серый – вязкий металл, хорошо поддающийся обработке, используется в машиностроении и производстве различных конструкций, работающих в условиях повышенной интенсивности;
- легированный – так называют чугун, в состав которого добавляют элементы для повышения его основных характеристик: прочности, износостойкости и т.д.
Чугун используется для производства литых конструкций и деталей, эксплуатируемых в условиях невысокой динамической нагрузки. Материал хорошо обрабатывается и стоит дешевле стали (этим объясняется доступная цена радиаторов отопления).
Первый радиатор был отлит из чугуна в середине XVIII века. Позднее оборудование получило широкое распространение в Европе и России и пользуется спросом до сих пор, несмотря на развитие технологий по производству радиаторов из других материалов.
Одно из преимуществ чугуна, которое сделало его популярным материалом для производства батарей отопления – это высокая стойкость к коррозии. После установки поверхность радиатора покрывается сухой ржавчиной, что тормозит дальнейшее проникновение коррозии.
Стенки радиаторов из чугуна очень толстые, это повышает вес и прочность изделия, а также значительно продляет срок его службы. Еще один плюс – это неприхотливость к теплоносителю. Наличие примесей в воде не вредит батарее изнутри, материал сложно повредить поэтому чугунные радиаторы обеспечивают стабильную работу отопительной системы на протяжении долгого времени, не требуя замены (до 50 лет).
Высокая масса радиаторов обеспечивает отличную теплоемкость и инерционность, сглаживая изменения температурного режима в помещении. При длительной эксплуатации (более 40 лет) может возникнуть разрушение чугунных ниппелей. За счет пористости и шершавости чугуна на внутренних стенках радиаторов со временем образуется налет, что приводит к потере теплоотдачи.
Латунь
Латунь — это сплав на основе цинка и меди. Состав цинка в сплаве может достигать 45%, он влияет на повышение технологических и механических свойств латуни, а также снижает стоимость материала (так как обладает более низкой ценой, чем медь).
Из латуни получают различные изделия, в том числе радиаторные трубки, которые отличает повышенная прочность, длительный срок службы, устойчивость к воздействию коррозии и способность к сварке.
Материал хорошо поддается обработке и обладает высокими механическими свойствами. По сравнению с бронзой, латунь обладает более высокой прочностью и стойкостью к коррозии. К основным недостаткам латуни можно отнести слабую устойчивость на открытом воздухе и в соленой воде.
Высокая влажность способна спровоцировать развитие коррозии латуни, поэтому на стадии производства материал обрабатывается и подвергается низкотемпературному обжигу. Латунь сохраняет пластичность даже при понижении температуры, не становясь хрупким.
Плавка латуни осуществляется в печах разного типа, наиболее распространена технология выплавки в индукционных печах. По технологии сплав не рекомендуется нагревать до слишком высоких температур, поскольку это может привести к возгоранию некоторых составляющих.
Использовать медь человечество начало еще в IV тысячелетии до нашей эры, это объясняется тем, что данный металл может встречаться в природе.
Температура плавления меди составляет 1083° С. Это мягкий и ковкий металл, хорошо проводящий электрический ток и обладающий отличной теплоемкостью. При отрицательной температуре металл повышает свои прочностные характеристики и пластичность.
Медь устойчива к коррозии, при эксплуатации в условиях высокой влажности и атмосферы с повышенным содержанием углекислого газа поверхность металла покрывается специальным защитным налетом, имеющим зеленоватый оттенок. Данное покрытие называют патиной.
Практически 80% всей меди на планете выплавляют из сульфидных руд. Процесс включает в себя несколько процедур: отжиг, выплавка, рафинирование и др. Благодаря высоким теплопроводным свойствам металл используется для изготовления радиаторов отопления. Гибкость металла упрощает монтажные работы.
Существуют различные сплавы меди: бронза, латунь и т.д., повышающие качественные характеристики металла. Для получения сплавов в состав меди добавляют цинк, свинец, марганец и пр. Содержание самой меди в сплавах превышает 30%.
Медные радиаторы можно эксплуатировать при высоком атмосферном давлении, а максимальный температурный предел, который выдерживают батареи, составляет +150°. Устойчивость меди к воздействию многих химических активных веществ позволяет использовать в радиаторах разные виды теплоносителей, в том числе обычный бытовой антифриз.
К недостаткам металла можно отнести его высокую стоимость, что повышает цену радиаторов и ограничивает их широкое распространение.
Что необходимо знать о производстве алюминиевых и биметаллических радиаторов
Производство радиаторов отопления – сплав высоких технологий и строгих стандартов
Радиаторы отопления представляют собой приборы, предназначенные для обогрева пространства, обычно состоящие из группы секций, по которым циркулирует теплоноситель. Что может быть сложного в производстве алюминиевого радиатора отопления? Сплав алюминия заливается в форму, из него выплавляются секции, после соединения этих секций в единый отопительный прибор радиатор готов. Однако эксперты неслучайно называют радиатор высокотехнологичной продукцией.
Ведущие специалисты по производству, представители научного экспертного сообщества отрасли отопительных приборов рассказали, как производятся качественные алюминиевые и биметаллические радиаторы.
Виды и особенности производства современных радиаторов
Выделяют три основных вида алюминиевых радиаторов: экструзионные, литые и комбинированные.
Цельные экструзионные радиаторы состоят из алюминиевых прессованных профилей, которые изготавливаются методом экструзии. Такие радиаторы по своей конструкции являются неразборными.
Литые радиаторы состоят из секций, изготовленных методом литья под высоким давлением, при котором каждая отдельная секция формируется в пресс-форме. Далее секции соединяются в единый радиатор с помощью резьбовых соединительных элементов.
Комбинированные алюминиевые радиаторы сочетают в себе свойства литых и экструзионных радиаторов. Элементы горизонтальных коллекторов здесь изготавливаются методом литья под давлением, а секции – из прессованного профиля.
Кроме того, для обеспечения функционирования в условиях высокого рабочего давления производят биметаллические радиаторы, которые отличаются от цельноалюминиевых наличием закладного элемента – стального коллектора.
Основным требованием при производстве радиаторов является соответствие ГОСТ 31311-2015 «Приборы отопительные. Общие технические условия»[1].
Важнейший показатель безопасности – статическая прочность , которая обеспечивается за счет:
- – применения высококачественных алюминиевых чушек;
- – использования современных печей плавления и технологии приготовления расплава;
- – функционирования современных литейных машин и фиксированных режимов литья;
- – применения пресс-форм особой конструкции, обеспечивающей охлаждение и удаление газов;
- – наличия лаборатории спектрального анализа для входного контроля сырья и качества расплава;
- – работы квалифицированных технологов и операторов литейных машин.
Для подтверждения заявленных производителем потребительских свойств радиатора необходимо проводить испытания в специализированных лабораториях, обладающих необходимым оборудованием для измерения теплоотдачи, прочности и герметичности, в соответствии с ГОСТ Р 53583-2009 «Приборы отопительные. Методы испытаний» [2].
К сожалению, в связи с отсутствием обязательной сертификации радиаторов отопления все требования ГОСТ 31311-2005 по-прежнему остаются для производителей радиаторов «правилами хорошего тона», которые соблюдаются добросовестными предприятиями-изготовителями на добровольной основе.
Все ли сплавы одинаковы?
Химический состав сплава алюминия существенно влияет на технологические и теплофизические свойства радиатора. Для получения необходимого состава материала сплав шихтуется (формируется) различными добавками в соответствии с ГОСТ.
При этом большое значение имеет сопряжение технологии с производством. Необходимо придерживаться той разработанной технологии, которая существует на конкретном производстве. Поскольку алюминиевые сплавы подвержены очень сильному окислению, то правильное проектирование системы каналов и полостей в пресс-форме значительно влияет на качество готового изделия.
Принципиально основа сплава (алюминий) одна и та же, но отличается количество компонентов в сплаве. Каждое производство подбирает сплав под конкретные задачи и, в зависимости от выпускаемых моделей радиаторов, химические элементы сплава позволяют достигать необходимых физико-механических свойств конечного продукта.
Для этого на заводах-изготовителях, как правило, имеется возможность варьировать примеси, добавляемые в сплав алюминия, в том числе и кремний. Повышение содержания кремния помогает улучшить литейные свойства сплава, придать ему большую жидкотекучесть. В результате у производителей появляется возможность отлить радиатор с более тонкими ребрами. Это приводит к уменьшению массы радиатора: площадь поверхности остается той же, но материала на изготовление уходит меньше. Однако при этом уменьшается и теплоотдача.
При приготовлении расплавов должны обеспечиваться дегазация, контроль температуры расплава и его химического состава. При расплаве чушек и литье готовых изделий могут возникать следующие дефекты, которые влияют на качество и прочность:
– поры, насыщение воздухом,
– низкая прочность и пластичность,
– раковины, усадка и так далее.
При производстве литых радиаторов должен обеспечиваться контроль толщины стенок, а при производстве биметаллических контроль позиционирования закладного элемента.
Технические характеристики радиатора
Главные технические характеристики, по которым устанавливается уровень качества радиатора, – это номинальный тепловой поток (тепловая отдача), т.е. мощность тепловой энергии, исходящей от нагревательного прибора, и рабочее давление – максимальное избыточное давление в отопительной системе, которое способна выдержать конструкция радиатора.
Согласно ГОСТ 31311-2005, радиаторы должны быть прочными и герметичными и выдерживать пробное давление, в полтора раза превышающее максимальное рабочее. При этом давление разрушения должно превышать максимальное рабочее для литых радиаторов не менее чем в три раза. По теплоотдаче допустимое отклонение фактического значения, установленного по результатам проведения испытаний, от значения, заявленного изготовителем на упаковке и в сопроводительной документации (в паспорте отопительного прибора) должно находиться в пределах от -4% до +5%.
В свою очередь, теплоотдача радиатора зависит от ряда факторов. Так, многолетние исследования лаборатории M.R.T. Миланского политехнического университета (Politecnico di Milano), а также ведущих российских испытательных лабораторий отопительных приборов НИИ сантехники и Витатерм выявили зависимость тепловой мощности радиатора от материала, формы, толщины, технологии обработки поверхности, а также от параметров циркуляции теплоносителя внутри изделия.
Качество и контроль
Радиаторы находятся в жилых и общественных помещениях, то есть расположены в непосредственной близости от людей, в связи с чем к их безопасности и качеству должны предъявляться единые нормативно установленные требования.
При этом проверка качества радиаторов отопления осуществляется и самими производителями еще на этапе изготовления. Контроль на производстве многоступенчатый и многофакторный.
Технологическая служба разрабатывает технологии производства по каждой производственной операции и следит за соблюдением утвержденных технологических карт.
Служба качества осуществляет контроль на каждой стадии производства, а также входной контроль сырья (спектрографический контроль): невозможно выплавить качественный продукт, не имея надежных данных по составу и марке сплава. Проверка должна осуществляться в лаборатории спектрального анализа. При отсутствии такой лаборатории у предприятия нет возможности оперативно проверить соответствие химическому составу сплава, а значит, качество сплава оно гарантировать не может.
Кроме того, служба качества должна быть оснащена оборудованием для осуществления проверки геометрических размеров секций, толщины стенок, качества резьбы, а также для проверки на герметичность и прочность секций и радиаторов в целом.
Что касается европейского опыта контроля качества производства радиаторов, то здесь «законодателем мод» традиционно является Италия, где производитель обязан осуществлять заводской производственный контроль (FPC) для обеспечения соответствия реализуемой продукции основным параметрам Декларации о рабочих характеристиках (DoP) (аналог российского паспорта отопительного прибора). Такая система производственного контроля обеспечивает достижение общего уровня качества и требуемых технических характеристик продукции.
Таким образом, чтобы производить качественные алюминиевые или биметаллические радиаторы, изготовителю необходимо иметь глубокие знания в широких областях машиностроения, металлургии и металлообработки, надежное современное оборудование и высококвалифицированный персонал.
Гарантировать качество и безопасность радиаторов может только проведение обязательных испытаний отопительных приборов в специализированных научных институтах, обладающих требуемой лабораторной базой, на предмет оценки соответствия ГОСТ. Выдача документов должна осуществляться по единой форме сертификационными центрами, аккредитованными государством.
Только следуя государственным стандартам, осуществляя строгий контроль качества и безопасности, можно произвести надежный и энергоэффективный радиатор отопления.
Благодарим за помощь в подготовке данной статьи:
Джанлуиджи Аричи, заместителя председателя Ассоциации производителей оборудования и компонентов для отопительных систем Assotermica;
– Ренцо Маркези, руководителя лаборатории по исследованиям теплотехники M.R.T. (Misure Ricerche Termotecniche) Миланского политехнического университета;
– Клаудио Тарини, лаборатория по исследованиям теплотехники M.R.T. (Misure Ricerche Termotecniche) Миланского политехнического университета;
– Виталия Сасина, генерального директора испытательной лаборатории «Витатерм»;
– Василия Громова, профессора МАН, ученого секретаря НИИ сантехники;
– Германа Бершидского, заместителя генерального директора НИИ сантехники по науке;
– Николая Саливончика, заместителя генерального директора ОДО «ОНИКС» (Беларусь);
– Петра Смирнова, директора по стратегическому развитию Промышленной группы Royal Thermo – Campo Di Calore;
– Максима Торунова, заместителя начальника производства Промышленной группы Royal Thermo – Campo Di Calore.
- Межгосударственный стандарт ГОСТ 31311-2005. Приборы отопительные. Общие технические условия. – М.: «Стандартинформ», 2006.
- Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53583-2009. Приборы отопительные. Методы испытаний. – М. «Стандартинформ», 2010.
