Радиаторы Tenrad

Радиаторы Tenrad
Компания «TENRAD Heizung und
Sanitar Armaturen GmbH» создана в 2005
году двумя молодыми учеными инженерностроительного факультета Дрезденского
технического университета Себастианом
Тенглером (Sebastian Tengler) и Паулем
Раденфельдом (Paul Radenfeld). Чуть позднее в новую фирму пришло еще несколько
талантливых выпускников этого ВУЗа. В результате, компания объединила группу
единомышленников, специализирующихся на комплексном конструировании систем
отопления и непосредственно участвующих в научных разработках университета. Свое
название фирма получила по трем начальным буквам фамилий ее основателей.
В течение двух лет компания специализировалась на проектировании , комплектации и
организации монтажных работ на крупных инженерных объектах в Европе и Азии. При
ее участии создан ряд уникальных сооружений на олимпийских объектах в Пекине.
Накопленный опыт и возросшие финансовые возможности позволили фирме
инвестировать порядка 10 млн. евро в создание современного высокотехнологичного
производственного комплекса на базе китайского предприятия «Cixi Sunrise Vehicles Co
». Такой выбор был обоснован целым рядом объективных причин:
- перегруженность Западной Европы всевозможными производствами и огромные
трудности с открытием нового предприятия;
- благоприятные инвестиционные условия в Китае;
- наработанный производственный опыт предприятия «Sanraise» по выпуску
отопительных приборов ;
- наличие на существующем производстве неплохо оборудованной технической
лаборатории.
Оснастив имеющееся производство фирмы «Sanraise» роботами-манипуляторами
«Kuka» (Германия) , литьевыми комплексами высокого давления «Farm New Brass»
(Италия) и окрасочными линиями «ITW Gema AG» (Швейцария), инвесторам удалось
превратить маломощную типично «азиатскую» фирму в высокотехнологичный завод, ни
в чем не уступающий лучшим западноевропейским предприятиям подобного профиля.
Постоянное присутствие на производстве управленцев и ведущего технического
персонала фирмы «TENRAD Heizung und Sanitar Armaturen GmbH» является гарантией
соблюдения исполнителями предписанных технологий и поддержания высокого качества
выпускаемой продукции.
Нестандартный подход к решению инженерно-конструкторских задач ярко проявил
себя при разработке и постановке в серийное производство уже первых изделий
торговой марки Tenrad. Отказавшись от классического строго вертикального
расположения оребрения в конструкции секционных алюминиевых и биметаллических
радиаторов, создателям удалось существенно увеличить средний коэффициент
теплоотдачи этих отопительных приборов за счет естественного (без дополнительных
вентиляторов) дросселирования конвективного потока. Этот принцип известен и
теоретически обоснован еще французским физиком Ж.К. Пекле (1793-1857) и получил
дальнейшее развитие в трудах немецкого ученого Франца Грасгофа (1826-1893). Однако,
полноценно использовать его в технике радиаторного отопления первой начала
компания «TENRAD Heizung und Sanitar Armaturen GmbH».
В новом радиаторе Tenrad AL (рис.1) внутренние ребра расположены с небольшим (4°)
наклоном к вертикальной оси секции.
Таким образом , ребра соседних секций
образовывают сужающийся кверху
конвекционный канал. Если в традиционном
радиаторе воздух , поступающий снизу радиатора
за счет нагрева «разгоняется» примерно на 1520% , то на выходе из «дросселированного»
канала, скорость воздуха возрастает в 2 раза.
Распределение скоростей в межсекционном
канале традиционного и «дросселированного»
радиатора показано на рис.2.
Увеличение средней скорости воздушного
потока, омывающего нагретую поверхность
радиатора повышает общий коэффициент
теплоотдачи отопительного прибора.
Рис.1. Радиатор Tenrad AL
Усредненный по площади общий коэффициент
теплопередачи оребренного радиатора с
Рис.2 Хромограмма скоростей
межцентровым расстоянием 500мм можно
конвективных потоков
выразить формулой:
 500 

 h 
 ср  1,603
0 , 413
t 0,3  2,6vср (Вт/м2 ˚С),
где
h – межцентровое расстояние, мм;
Δt – температурный напор (разница между
средней температурой радиатора и
температурой воздуха в обогреваемом
помещении. Нормативное значение для
России Δtнорм=70°С);
vср – средняя скорость конвективного потока,
омывающего поверхность радиатора, м/с.
Скорость воздуха на входе в воздушные
каналы радиатора составляет порядка 0,3 м/с.
На выходе от радиатора с параллельными
ребрами (при межцентровом расстоянии 500)
она увеличивается до 0,35 м/с. То есть усредненный коэффициент теплопередачи
находится в пределах порядка 6,58 Вт/м2 ˚С. Дросселирование воздушного канала
увеличивает скорость конвективного потока на выходе до 0,6 м/с , что повышает
коэффициент теплоотдачи до 7,24 Вт/м2 ˚С или на 10,3 %. Таким образом, наклонное
положение ребер позволяет сократить количество ребер без снижения теплотехнических
показателей, что для конечного потребителя оборачивается весомой экономией.
Опыт эксплуатации алюминиевых секционных радиаторов в российских условиях
выявил еще одну проблему, о которой на Западе не подозревали. Отечественный
потребитель , в большинстве своем, совершенно не читает инструкции по эксплуатации,
которые прилагаются к каждому купленному радиатору. В инструкции четко указано, что
алюминиевый радиатор не разрешается полностью перекрывать запорной арматурой на
длительный период времени (более, чем на 4 часа). Такое ограничение вызвано двумя
специфическими особенностями данного типа приборов. Во-первых: в первые 1-2 недели
эксплуатации оставшиеся в радиаторе пылевидные частицы алюминия достаточно
активно разлагают воду с выделением водорода. Со временем этот газ вымывается
теплоносителем, но в случае перекрытия радиатора, давление газо-водяной смеси в
водяном канале может достичь критических значений.
Вторая причина, которая может вызвать разрушение секции при отключении прибора от
системы отопления – тепловое расширение жидкости. Если, например, в ночной период
теплоноситель в перекрытом алюминиевом радиаторе с емкостью водяного канала 4 л
остынет до температуры 15°С, а днем нагреется до 30 °С , то давление в нем повысится на
:
p 
 t t 0,00015  15

 4591837 Па  45,9бар
v
4,9  10 10
Здесь:
βt – средний коэффициент температурного расширения воды в диапазоне температур от
10 до 30°С;
βv – коэффициент объемного сжатия воды (величина , обратная модулю упругости);
Δt – приращение температуры теплоносителя.
Если учесть, что перекрывается радиатор при рабочем давлении в системе отопления (как
правило 6-10 бар), то суммарная величина давления в радиаторе может превысить
величину разрывного давления для данной модели прибора. В связи с этим, величина
разрушающего (разрывного) давления для алюминиевого секционного радиатора
перестает быть отвлеченной абстрактной характеристикой, а непосредственно влияет на
возможность его безаварийной эксплуатации.
Наклон внутренних ребер
Рис.3.Разрушение секции алюминиевого
помог
в
решении
и этой проблемы.
радиатора при превышении критического
Как правило, разрушение секций от
давления
превышения разрывного давления
происходит вдоль вертикального
канала . Различные конструктивные
ухищрения производителей, типа
«наплывов жесткости» ( радиаторы
Extra Therm ,Nova Florida) лишь
немного сдвигают значение
разрушающего давления , но в целом
не решают задачи обеспечения
достаточной прочности при
нарушении правил эксплуатации (см.
рис.3).
Рис.4 Расчетные схемы обычного
прибора и радиатора Tenrad AL
За расчетную схему при определении
прочности стенок вертикального канала
алюминиевого секционного радиатора
можно принять балку на двух опорах.
Пролет такой балки почти равен
межцентровому расстоянию . Скошенное
ребро, плоскость которого пересекает
вертикальный канал, позволило создать
дополнительную опору (см. рис 4.) , в 4
раза снизив значение изгибающего
ql 2
момента (
).
8
Результаты проведенных прочностные
испытания , подтвердили результаты
теоретических расчетов. Разрушающее
давление для радиаторов Tenrad AL 500 с
толщиной стенки вертикального канала 2,1
мм составило 84 бара. Для сравнения: у радиатора Extra Therm 500/100, Nova Florida с
толщиной стенки канала 3,6 мм эта величина достигает только 50 бар. Такой запас
прочности у нового радиатора во многом обезопасит пользователя от аварий даже в
случае нарушения правил эксплуатации и повышения щелочности теплоносителя.
Высокое значение удельной тепловой мощности радиатора Tenrad AL (см.таблицу 1) для
непосредственного потребителя обозначает удешевление изделия при сохранении
требуемых эксплуатационных качеств. Поскольку стоимость алюминиевого сплава
является определяющей величиной в конечной стоимости изделия, то , выбрав радиатор
Tenrad AL, покупатель , иными словами, приобретает 1 КВт –час тепловой энергии на 1215% дешевле, чем при покупке любого другого аналогичного радиатора.
Таблица 1. Сравнение удельной мощности алюминиевых секционных радиаторов
№
Марка радиатора
Производитель Тепловой
Вес секции,
Удельная
поток
кг
мощность,
(ΔT=70),Вт
Вт/кг
1
Tenrad AL 500
Tenrad
190
1,322
143,7
2
Extra Therm 500/100 Nova Florida
196
1,57
124,9
3
Calidor Super
Fondital
199
1,60
124,4
500/100
4
MBA 500/100
Biasi
197,6
1,64
120,4
5
Elegance 500/85
Industrie Pasotti 190
1,4
135,7
6
Manaut Open HP
Manaut
199
1,56
127,6
7
Термал РО 500
Миасский МЗ
174
1,3
133,8
Рис.5. Tenrad BM
Рис.6 Конструкция
полнобиметаллического
радиатора
Наряду с новым алюминиевым радиатором,
компания Tenrad Heizung und Sanitär Armaturen
GmbH представила на российский рынок
полнобиметаллический радиатор Tenrad BM (рис.5).
Уместно напомнить, что термин
«полнобиметаллический» означает, что каждая
секция представляет из себя сварной стальной
трубчатый каркас (рис.6), заключенный в
теплопроводящую алюминиевую оболочку
(теплоноситель контактирует только со сталью . У
«полубиметаллических» радиаторов стальная
тонкостенная трубка вложена только в вертикальные
каналы секций, а верхний и нижний коллекторы
выполняются полностью алюминиевыми (то есть,
теплоноситель контактирует как со сталью, так и с
алюминием).
Вертикальные внутренние трубки радиатора
Tenrad BM выполнены из стали 1.0114 по EN
10025 (ст.3сп по ГОСТ 380-88), и имеют толщину
1,8 мм. Горизонтальные коллекторные трубки
трубки толщиной 3,6мм соединены с
вертикальными сваркой. Теплоотдающая
оболочка изготовлена методом литья под
давлением из алюминиевого сплава AlSi9Cu2
(АК9М2 по ГОСТ 15183-93).
Отличительной особенностью данной модели, кроме скошенного внутреннего ребра,
является малая толщина секции – 75мм . Такой «утонченный» радиатор гораздо
органичнее вписывается в интерьер современной квартиры, чем его 100мм «собратья».
Здесь следует вспомнить часто игнорируемое требование российского СНиП 41-01-2003
«Отопление и вентиляция», пункт 6.5.5 которого гласит: «Длину отопительного прибора
следует определять расчетом и принимать, как правило, не менее 75% длины светового
проема (окна) в больницах, детских дошкольных учреждениях, школах, домах для
престарелых и инвалидов, и 50% - в жилых и общественных зданиях.»
Это требование обусловлено тем, что конвекционный поток от отопительного прибора
должен большей частью отсекать поступающий от оконного проема холодный воздух,
что обеспечивает более равномерный прогрев всего помещения.
Если рассмотреть жилую комнату размерами 5 х 4 м, то нормативная площадь
оконных заполнений (18% площади пола) составит 3,6 м2, или два окна размерами 1,5(h) х
1,2 (b) м. Для отопления рядовой комнаты площадью 20 м2 в многоквартирном доме
обычно достаточно 1500 Вт. Если использовать радиатор с межцентровым расстоянием
500 мм и глубиной 100мм с нормативным тепловым потоком 200 Вт/секция, то
потребуется два радиатора по 6 секций. Ширина каждой сборки составляет всего 50 см,
то есть занимает всего 42 % длины оконного проема (см. рис.6). Используя «плоский»
радиатор Tenrad BM 500 с нормативным тепловым потоком 161 Вт , проектное количество
секций каждого из двух радиаторов достигнет 8, что увеличивает длину сборки до 66 см
(55%) . Такая длина вполне удовлетворяет требованиям приведенного нормативного
документа. Выйгрыш во внешнем виде –очевиден (см. рис. 7.).
Рис. 7 Расположение радиаторов под оконными проемами
Немаловажной особенностью как алюминиевых, так и биметаллических радиаторов
Tenrad является межсекционный соединительный узел.
В традиционных узлах соединения секций , заимствованных еще от старых чугунных
радиаторов, плоская кольцевая прокладка из безасбестового паронита толщиной 1,5-2 мм
устанавливается между отшлифованными торцами верхнего и нижнего коллектора и
зажимается при затягивание стального соединительного ниппеля (рис.8).
.
Рис.8 Традиционный узел
соединения секций
Рис.9
Коррозия ниппеля в обычном
соединительном узле
Поскольку материал прокладок проницаем для молекул кислорода, ниппель работает в
крайне неблагоприятных условиях . Под воздействием температуры, водяной пленки и
кислорода эти детали радиатора подвергаются интенсивной коррозии (рис.9).
Узел соединения секций радиаторов Tenrad разработан так, чтобы зазор между секциями
практически исчез. Для этого в стенках стыковочных торцов верхнего и нижнего
коллекторов сделаны проточки, в которые при монтаже попадает уплотнительное кольцо
из силиконовой резины Elastosil ®755/60 (рис.10). Сам ниппель кадмирован (рис.11).
Кадмирование предохраняет сталь от коррозии. В отличие от цинковых покрытий, кадмий
ко всему прочему надежно защищает материал ниппеля от остаточного хлора, что
особенно актуально при подпитке системы отопления водой из городского водопровода.
Рис.10. Узел соединения секций
Tenrad
Рис. 11 Кадмированный ниппель с
силиконовым уплотнителем
Таблица 2. Основные технические характеристики радиаторов
Tenrad Al и Tenrad BM.
№
Наименование показателя
Номинальный тепловой поток одной
секции при ΔТ= 70ºС
2
То же при ΔТ=50ºС
3
Рабочее давление
4
Испытательное давление
5
Разрушающее давление
6
Максимально допустимая температура
теплоносителя
7
Интервал водородного показателя
теплоносителя
8
Внутренний объем одной секции
9
Вес одной секции
10
Высота секции
11
Ширина секции
12
Глубина секции
13
Расстояние между осями
присоединительных трубопроводов
14
Срок службы
Данные для проектировщиков
Коэффициент «Km»
Коэффициент «К»
Показатель степени «n»
Показатель степени «с»
Показатель степени «d»
13
Площадь наружной поверхности
нагрева,S
Номинальный коэффициент
теплоотдачи, Кн
Присоединительная резьба
Цвет покрытия секций
Степень блеска (отражения) фасадной
поверхности ISO 2813 (угол наклона
источника 60º)
Условия эксплуатации по ГОСТ
15150
Климатическое исполнение
Расчетные формулы:
Фактический тепловой поток:
1
Q  K m  T n  qm
Q  K н  S  T
c
Гидравлические потери:
p  K  qm
d
Где qm – расход теплоносителя через радиатор.
Ед.изм
Вт
Вт
МПа
МПа
МПа
ºС
Значение для радиатора
BM500
BM350
Al500
161
120
190
102
рН
л
кг
мм
мм
мм
мм
Вт/(м2·о
С)
%
122,2
5-11
0,22
1,45
550
80
77
500
лет
м2
77
2,4
3,6
10,0
120
7,188
89,3
1,6
2,4
8,4
120
7-8
0,15
1,22
400
80
77
350
0,38
1,322
550
80
96
500
50
0,5374
3875
1,3422
0
1,4431
0,32
Al350
138,6
0,25
1,01
400
80
96
350
50
0,4508
8991
1,3144
0
1,6528
0,23
0,7229
3862,9
1,3114
0
1,5517
0,375
7,453
7,2381
G 1″
RAL 9010
84±2
1
УХЛ
0,5378
7615
1,3068
0
1,8422
0,252
7,8571
Таблица 3. Значение теплового потока в зависимости от температурного напора
(Вт/секц.)
Марка
Температурный напор*, °С
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Tenrad
51,6
63,5
76
89
102,5
116,5
130,9
145,7
161
BM500
Tenrad
BM350
Tenrad
Al500
Tenrad
Al350
39,4
48,3
57,5
67
77
87,4
98
109
120
62,5
76,6
91,2
106,4
122,2
138,5
155,2
172,4
190
45,8
56
66,7
77,8
89,3
101
113,3
125,8
138,6
*Температурный напор –это разница между средней температурой радиатора (теплоносителя в радиаторе) и
температурой воздуха в помещении.