М. Тимофеев, заместитель технического директора, начальник испытательной лаборатории «Данфосс»
Ф. Шаповалов, инженер-испытатель «Данфосс»
В настоящее время испытаниями отопительных приборов занимается большое количество лабораторий. При этом возникает вопрос о сопоставимости результатов сравнительных межлабораторных испытаний (МСИ).
Например, в EN 442-2 принято, что величина номинального тепловой потока одного и того же отопительного прибора при испытаниях в различных лабораториях не должна отличаться более чем на 1%. Однако первые результаты таких испытаний в России показывают существенные различия. Их причины, на наш взгляд, заключаются в недостатках методики проведения испытаний. Помимо однозначно определенных в ГОСТ условий существуют и такие, которые предлагаются в качестве вариантов на усмотрение испытателя.
Это следующие условия:
Стена испытательной камеры, у которой расположен испытываемый отопительный прибор, должна быть отключена от системы охлаждения, а панели охлаждения стены опорожнены. Как вариант, допускается охлаждать эту стену в случае, если участок стены за радиатором утеплен по всей длине стены на высоту 1±0,05 м.
В испытательной камере необходимо поддерживать заданную температуру. В таком случае изменение режима охлаждения одной стены приведет изменению температур других стен. Это может отразиться на результатах испытаний.
В качестве расчетной температуры воздуха в испытательной камере следует принимать среднюю по результатам измерений в двух точках на центральной вертикальной оси камеры на расстоянии 0,05 м (Т0,05) и 1,5 м (Т1,5) от пола. В тоже время, как вариант, в качестве расчетной, допускается принимать температуру воздуха в точке на расстоянии 0,75 м (Т0,75) от пола на той же вертикальной оси. Таким образом, предполагается, что температуры воздуха в камере, определенные как средняя по измерениям на высотах 0,05 м и 1,5 м от пола и, на высоте 0,75 м от пола, должны совпадать.
Требования к соблюдению равномерности распределения температур воздуха по высоте камеры отсутствуют. Можно предположить, что такая неравномерность существует. В таком случае возникает вопрос о выборе точки замера температуры с целью определения температурного напора. Использование в различных лабораториях разных точек определения расчетной температуры воздуха может приводить к несовпадению результатов определения тепловых потоков одного и того же отопительного прибора.
Испытания необходимо проводить без охлаждения пола и стены испытательной камеры, противоположной отопительному прибору.
Согласно требованию ГОСТ испытательная камера должна располагаться в отапливаемом помещении. Но несмотря на теплоизоляцию стен камеры, окружающий воздух вне камеры оказывает влияние на температуры неохлаждаемых стен. Например, камера может быть расположена в производственном помещении, где минимальная температура воздуха должна быть не менее 10 ˚С. Максимальная температура воздуха может превышать температуру воздуха вне помещения из-за нагрева солнцем или тепловыделения от оборудования. Следует также учитывать и движение воздуха, которое интенсифицирует теплообмен со стенами испытательной камеры.
Таким образом, система охлаждения камеры за счет изменения температур стен должна компенсировать влияние окружающих условий, что, в свою очередь, может влиять на результаты испытаний.
Чтобы определить влияние перечисленных выше условий на результаты испытаний, в лаборатории «Данфосс» были проведены исследования в соответствии с требованиями ГОСТ 53583-2009.
Метод испытаний — электрический, средства измерений (термометры, расходомер, ваттметр) имеют поверочные сертификаты. Питание от стабилизированного источника. Все стены испытательной камеры охлаждались независимо друг от друга, что позволило поддерживать требуемые расходы и температуры охлаждающей жидкости в них. Температуры стен определялись по средним температурам охлаждающей жидкости при помощи погружных термометров. Температуры воздуха в испытательной камере определялись по трем термометрам, установленным на различных расстояниях от пола (Т0,05, Т0,75, Т1,5), расчетная температура воздуха принималась по показаниям термометра Т0,75. Учтена поправка на атмосферное давление. Температура воздуха в помещении, где установлена испытательная камера, поддерживалась на уровне 22±1 ˚С.
Исследования проведены на отопительных приборах различных типов с различными долями теплоотдачи излучением:
стальной штампованный радиатор тип 10 (S=0,45),
биметаллический секционный радиатор (S=0,27),
медно-алюминиевый напольный конвектор (S=0,05).
Исследованы следующие четыре варианта охлаждения стен:
Вариант 1. Охлаждались потолок, боковые стены, поверхность за прибором. Поверхность за прибором утеплена на всю длину стены на высоту 1,0 м.
Вариант 2. Охлаждались потолок, боковые стены. Поверхность за прибором не охлаждалась, но утепление, как в варианте 1, сохранено.
Варианты 1 и 2 рассмотрены с целью определения влияния режима охлаждения стены за испытываемым прибором на тепловой поток.
Вариант 3. Охлаждались потолок, боковые стены, поверхность за прибором. Поверхность за прибором охлаждалась и утеплена на всю длину стены на высоту 1,0 м. Кроме этого, температуры пола и поверхности напротив прибора поддерживались на уровне 25 ˚С.
Вариант 4. Охлаждались потолок, боковые стены, поверхность за прибором. Поверхность за прибором охлаждалась и утеплена на всю длину стены на высоту 1,0 м. Кроме этого, температуры пола и поверхности напротив прибора поддерживались на уровне 18 ˚С.
Варианты 3 и 4 исследованы с целью определения влияния температур пола и стены напротив отопительного прибора на тепловой поток.
Схема испытательной камеры представлена рис. 1.
Определение влияния точки замера температуры воздуха в испытательной камере
В ходе этого исследования сравнивались варианты определения расчетных температур воздуха в испытательной камере, измеренных на расстоянии 0,75 м от пола и средней, определенной как полусумма температур, измеренных на расстояниях 0,05 и 1,5 м от пола.
Результаты сравнения указанных температур и их влияние на тепловой поток при температурном напоре 70 ˚С представлены в таблице 1.
Известно, что величина теплового потока пропорциональна температурному напору, который определяется исходя из температуры воздуха в камере и средней температуры теплоносителя в отопительном приборе.
Таблица 1. Разность между средней температурой воздуха в испытательной камере, определенной по температурам Т0,05 и Т1,5 и температурой Т0,75 и ее влияние на тепловой поток
| Исследуемый прибор | Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 | |||
| Панельный радиатор | |||||||
| Разность температур, ˚С | +0,32 | -0,22 | +0,40 | -0,14 | |||
| Влияние на тепловой поток, % | +0,4 | -0,3 | +0,6 | -0,2 | |||
| Биметаллический радиатор | |||||||
| Разность температур, ˚С | +0,08 | -0,04 | +0,34 | -0,17 | |||
| Влияние на тепловой поток, % | +0,1 | -0,1 | +0,5 | -0,2 | |||
| Конвектор | |||||||
| Разность температур, ˚С | -0,05 | -0,04 | +0,25 | -0,29 | |||
| Влияние на тепловой поток, % | -0,1 | -0,1 | +0,4 | -0,4 | |||
Как видно из представленных данных, для варианта 1, например, в случае панельного радиатора, расхождение в определении расчетной температуры воздуха составляет 0,32 ˚С, что приводит к разнице при определении теплового потока в 0,4%. Для варианта 3 расхождение составляет 0,6%. При стремлении к сходимости результатов МСИ в 1% это довольно существенные значения.
В связи с этим важно, чтобы точка замера расчетной температуры воздуха была определена в ГОСТ однозначно для всех испытателей.
Исследование влияния вариантов охлаждения стен испытательной камеры на тепловой поток испытываемого отопительного прибора
В таблице 2 представлены величины отклонений средних температур стен в вариантах 2, 3 и 4 в сравнении с вариантом 1 при температурном напоре 70 ˚С, как наиболее применяемом в практике проведения испытаний.
Таблица 2. Отклонения средних температур охлаждаемых стен
| Стена | Значения отклонений средних температур стен относительно варианта 1, ˚С | |||||
| Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 | ||||
| Панельный радиатор | ||||||
| Потолок | -0,4 | -1,5 | +2,5 | |||
| Слева от прибора | -1,2 | -1,2 | +2,5 | |||
| Справа от прибора | -1,2 | -1,1 | +2,5 | |||
| Биметаллический радиатор | ||||||
| Потолок | +0,3 | -1,1 | +0,3 | |||
| Слева от прибора | -0,8 | -1,1 | +2,4 | |||
| Справа от прибора | -0,8 | -1,1 | +2,2 | |||
| Конвектор | ||||||
| Потолок | 0,0 | -2,6 | +2,4 | |||
| Слева от прибора | -1,0 | -2,1 | +1,4 | |||
| Справа от прибора | -1,0 | -2,1 | +1,4 | |||
В варианте 2 наблюдается снижение температур охлаждаемых стен по причине уменьшения суммарной поверхности охлаждения стен испытательной камеры. Также следует отметить влияние температур пола и противоположной стены на температуры охлаждаемых стен — при повышении температур пола и противоположной стены происходит уменьшение температур других стен, при понижении — повышение. Это также объясняется условием поддержания требуемой температуры воздуха в испытательной камере. Ниже рассмотрено влияние режимов охлаждения стен на величины теплового потока отопительного прибора. Значения тепловых потоков, приведенные к напорам 30, 50, 70 ˚С, представлены в таблицах 3, 4 и 5. За основу в сравнении взят вариант 1.
Таблица 3. Значения тепловых потоков для панельного радиатора
| Температурный напор, ˚С | Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 |
| Тепловой поток, Вт | ||||
| 30 | 337,4 | 336,3 | 343,8 | 330,9 |
| 50 | 651,9 | 651,9 | 662,6 | 642,3 |
| 70 | 1006,1 | 1008,0 | 1020,6 | 994,3 |
| Сравнение с вариантом 1, % | ||||
| 30 | – | -0,3 | +1,9 | -1,9 |
| 50 | – | -0,0 | +1,6 | -1,5 |
| 70 | – | +0,2 | +1,4 | -1,2 |
Таблица 4. Значения тепловых потоков для биметаллического радиатора
| Температурный напор, ˚С | Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 |
| Тепловой поток, Вт | ||||
| 30 | 390,9 | 377,1 | 378,0 | 378,1 |
| 50 | 731,0 | 726,5 | 723,3 | 723,5 |
| 70 | 1104,0 | 1116,6 | 1109,1 | 1109,4 |
| Сравнение с вариантом 1, % | ||||
| 30 | – | -3,5 | -3,3 | -3,3 |
| 50 | – | -0,7 | -1,1 | -1,0 |
| 70 | – | +1,2 | +0,5 | +0,5 |
Таблица 5. Значения тепловых потоков для конвектора
| Температурный напор, ˚С | Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 |
| Тепловой поток, Вт | ||||
| 30 | 298,1 | 295,6 | 300,3 | 299,3 |
| 50 | 618,6 | 618,5 | 617,0 | 622,8 |
| 70 | 1000,6 | 1005,9 | 991,3 | 1009,3 |
| Сравнение с вариантом 1, % | ||||
| 30 | – | -0,8 | +0,8 | +0,4 |
| 50 | – | 0,0 | -0,3 | +0,7 |
| 70 | – | +0,5 | -0,9 | +0,9 |
Номинальный тепловой поток в варианте 2 по сравнению с вариантом 1 для исследованных приборов увеличился в пределах 0,2…1,2%. В вариантах 3 и 4 изменение номинального теплового потока составило 0,5…1,4%. Указанные величины расхождений результатов определения номинального теплового потока не позволят добиться сходимости результатов МСИ в 1%.
В последние годы ведется работа по совершенствованию нормативной базы в области отопительных приборов. Результаты исследований, приведенные выше, могут также внести вклад в этот процесс. В целях снижения уровня расхождения результатов испытания одного и того же отопительного прибора в различных испытательных центрах считаем актуальным в новой редакции ГОСТ 53583-2009 принять следующие условия:исключить влияние температур пола и стены напротив прибора. Это возможно осуществить либо ограничением диапазона изменения температур воздуха в помещении, где установлена испытательная камера, либо путем охлаждения этих поверхностей.