Регистраторы расхода тепла отопительных приборов

Влияние физических параметров на радиаторные коэффициенты регистраторов расхода тепла отопительных приборов

М. И. Низовцев, Институт теплофизики СО РАН

В. И. Терехов, Институт теплофизики СО РАН

З. П. Чепурная, Институт теплофизики СО РАН

Обязательным условием использования метода поквартирного учета тепла является регулирование параметров теплоносителя на вводе в здание [4].

В этом случае комплект необходимого оборудования включает следующие приборы и устройства: теплосчетчик общий на здание, регулирующая аппаратура и регистратор расхода тепла на каждый отопительный прибор.

Теплосчетчик измеряет общее количество тепла, затраченное на отопление дома. С помощью регулирующей аппаратуры потребитель имеет возможность регулировать температуру в своей квартире.

Регистратор расхода тепла (далее по тексту – регистратор) – это устройство, которое позволяет определить долю потребления тепла комнатным отопительным прибором в общедомовом потреблении тепла.

Электронное устройство регистратора фиксирует разность температуры поверхности отопительного прибора и окружающего воздуха и интегрирует ее по времени. Показания регистратора пропорциональны количеству тепла, отданного отопительным прибором.

Однако коэффициент пропорциональности (радиаторный коэффициент) зависит также от типа отопительного прибора, его размеров, способа и места монтажа регистратора, погрешности измерения температуры датчиками регистратора. Поэтому радиаторный коэффициент определяют экспериментально из стендовых испытаний.

В Институте теплофизики СО РАН создан стенд, на котором моделируется работа отопительных приборов разного типа. На данном стенде определяются радиаторные коэффициенты и исследуется влияние на них различных физических и режимных параметров (рис. 1) [5].

Рисунок 1. (подробнее) Схема экспериментального стенда: 1 – отопительный прибор; 2 – циркуляционный термостат; 3 – шаровой кран; 4 – теплосчетчик; 5 – регистратор

Циркуляция теплоносителя через отопительный прибор и поддержание постоянной температуры на входе в него осуществляется водяным циркуляционным термостатом.

Расход воды регулируется с помощью шарового крана.

Теплосчетчик, установленный на трубопроводе теплоносителя, измеряет температуру воды на входе и выходе из радиатора, расход воды, время и количество тепла, которое отдает теплоноситель в отопительном приборе.

В качестве отопительного прибора на стенде был установлен чугунный радиатор М-140А из 7 секций. Направление движения теплоносителя было выбрано «сверху-вниз». Два электронных регистратора «Допримо» компании «Витерра ЭС» были установлены на поверхности радиатора в соответствии с инструкцией по монтажу, в середине по длине радиатора и на высоте 3/4 от нижнего его края (рис. 2).

Рисунок 2. Регистраторы тепла на радиаторе

Один из регистраторов работал в двухдатчиковом режиме, при этом измерялась температура поверхности радиатора и температура воздуха около радиатора, другой регистратор – в однодатчиковом, при этом измерялась только температура радиатора.

Для нахождения средней температуры поверхности радиатора медь-константановой термопарой измерялась температура в тридцати пяти точках, равномерно расположенных на поверхности радиатора.

Была проведена серия опытов, в которых температура теплоносителя на входе в радиатор поддерживалась в диапазоне от 50 до 90 °С, расход воды через радиатор устанавливался в диапазоне от 7 до 92 л/ч. В результате каждого опыта определялось распределение температуры на поверхности радиатора, средняя температура поверхности радиатора, значения радиаторных коэффициентов.

Распределение температуры на поверхности радиатора для разных расходов представлено в работе [6].

Одна из задач данной работы заключалась в определении радиаторных коэффициентов и их зависимостей от режимных параметров и места монтажа регистратора.

Проведенные опыты были разделены на две группы, в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Одна группа – при температуре, близкой к 20 °С, другая – при температуре, близкой к 25 °С.

В выполненных экспериментах теплосчетчик измерял количество тепла Q, отданное радиатором за время t.

Регистраторы фиксировали разность температур между температурой поверхности радиатора и температурой окружающего воздуха и интегрировали эту разность по времени t, т. е. определяли величину, пропорциональную количеству тепла, которое радиатор отдавал с единицы поверхности.

Запишем балансовое уравнение:

   Q / S = К • е,

где Q – количество тепла, отданное радиатором;

S – площадь поверхности радиатора;

е – показания регистратора;

К – коэффициент, который определялся из эксперимента, его удобно представить в виде К = k • k_н, где k – радиаторный коэффициент, а k_н – номинальный условный коэффициент теплопередачи отопительного прибора. Для радиатора М-140А k_н = 9,22 Вт/°C•м² [7].

Рисунок 3. Значения радиаторных коэффициентов: а) без учета температурного коэффициента; б) с учетом температурного коэффициента; 1, 3 – при температуре tв = 20 °С; 2, 4 – при tв = 25 °

На рис. 3а представлены определенные на стенде значения радиаторных коэффициентов для двухдатчикового и однодатчикового регистратора, в зависимости от средней температуры поверхности радиатора при «двух» температурах окружающего воздуха.

Из полученных результатов следует, что радиаторные коэффициенты зависят как от средней температуры поверхности радиатора, так и от температуры окружающего воздуха.

Чтобы исключить влияние температуры окружающего воздуха на значение радиаторного коэффициента, графики на рис. 3б построены с учетом температурного коэффициента:

а = (t_ср – 20) / (t_ср – t_в),

где t_ср – средняя температура поверхности радиатора.

Были рассмотрены зависимости радиаторного коэффициента в относительном виде:

k_отн = a • k / k_мак,

где k_мак – максимальное значение радиаторного коэффициента для каждого регистратора, и

k_отн = а • k / k_ср,

где k_ср – среднее значение радиаторного коэффициента.

Анализ результатов привел к выводу, что показания регистратора будут более корректными, если применять k_ср.

В этом случае мы вносим погрешность в измерения менее 15 % в широком температурном диапазоне средней температуры поверхности радиатора.

Значения радиаторных коэффициентов получены для случая, когда регистраторы монтировались на поверхности радиатора, согласно инструкции монтажа данного типа регистраторов.

В работе [3] утверждается, что регистратор, установленный в середине по длине радиатора и на высоте 3/4 от нижнего его края, фиксирует среднюю температуру поверхности радиатора.

На основании проведенных нами измерений было получено, что температура в рекомендуемой зоне установки регистратора на радиатор t_у превышала среднюю температуру поверхности радиатора t_ср, и величина отклонения t_у – t_ср зависела от расхода воды через радиатор (рис. 4).

Рисунок 4. Отклонение средней температуры поверхности от температуры в зоне установки регистратора

Для данного положения установки регистраторов в результате выполненных экспериментов была обнаружена зависимость радиаторных коэффициентов от средней температуры поверхности радиатора.

С целью выяснения, существует ли такая зависимость для других положений в средних секциях на поверхности радиатора, была рассмотрена зависимость комплекса W / (t – t_в) от средней температуры радиатора, где W – мощность радиатора по показаниям теплосчетчика; t – температура поверхности радиатора в данной точке; t_в – температура окружающего воздуха.

Данный комплекс пропорционален радиаторному коэффициенту. Результаты представлены на рис. 5 (нумерацию сечений см. на рис. 1).

Рисунок 5. (подробнее) Схема экспериментального стенда: 1 – отопительный прибор; 2 – циркуляционный термостат; 3 – шаровой кран; 4 – теплосчетчик; 5 – регистратор

Анализ графиков показал, что выше среднего горизонтального сечения значение данного комплекса возрастало с увеличением средней температуры поверхности радиатора, и наоборот: уменьшалось ниже среднего сечения, а в области среднего сечения значение данного комплекса практически не менялось.

Регистраторы расхода тепла в опытах устанавливались в положении сечения 2, поэтому они давали увеличение радиаторных коэффициентов с ростом средней температуры поверхности радиатора.

Таким образом, перенос регистраторов в область среднего сечения по высоте чугунных радиаторов будет приводить к уменьшению зависимости радиаторных коэффициентов от средней температуры поверхности радиатора.

Выводы

1. Для чугунных радиаторов получены значения радиаторных коэффициентов. Показано, что радиаторные коэффициенты зависят как от средней температуры поверхности радиатора, так и от температуры окружающего воздуха.

2. Предложено введение температурного коэффициента, уменьшающего влияние температуры окружающего воздуха на радиаторный коэффициент.

3. Показано, что, применяя среднее значение радиаторного коэффициента, можно снизить погрешность измерений до 15 % в широком температурном диапазоне средних температур поверхности радиатора.

4. Показано, что установка регистратора расхода тепла в об-ласть среднего по высоте сечения чугунного радиатора приводит к уменьшению зависимости радиаторного коэффициента от средней температуры радиатора по сравнению с установкой в другие положения.

Литература

1. Семенихин С. И., Никитина С. В. Поквартирный учет тепла и воды: тема дня // Энергосбережение. 2002. № 1. С. 26–27.

2. Никитина С. В. Поквартирный учет и регулирование тепла: обзор существующего оборудования и способов учета тепла // Энергосбережение. 2003. № 2. С. 40–43.

3. Семенихин С. И., Губенко Д. В. Европейский опыт учета энергопотребления жилых зданий // Энергосбережение. 2004. № 5. С. 34–35.

4. Вербицкий А. С. Что мешает поквартирному учету тепла и воды в жилых зданиях // Энергосбережение. 2003. № 1. С. 38–42.

5. Кротов С. В., Низовцев М. И., Серов А. Ф., Терехов В. И., Чепурная З. П. Регистраторы расхода тепла для поквартирного учета в жилом многоквартирном доме / 3-я Международная научно-практическая конференция «Теплосиб-2004». Проблемы коммерческого учета энергоносителей. Новосибирск, 2004. С. 51–56.

6. Низовцев М. И., Терехов В. И., Чепурная З. П. Экспериментальное исследование влияния основных физических факторов на радиаторные коэффициенты регистраторов расхода тепла / 4-я Международная научно-практическая конференция «Теплосиб-2005». Проблемы коммерческого учета энергоносителей. – Новосибирск, 2005. С. 22–29.

7. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 1. Отопление // Под ред. И. Г. Староверова. М.: Стройиздат, 1990.