О сходимости результатов испытаний отопительных приборов по ГОСТ 53583-2009 в различных условиях

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 межлабораторных сравнительных испытаний (МСИ).

Например, в EN 442-2 «Радиаторы и конвекторы. Часть 2. Методы испытаний и оценка» принято, что величина номинального теплового 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 53583-2009 «Приборы отопительные. Методы испытаний» условий ¹ существуют и такие, которые предлагаются в качестве вариантов на усмотрение испытателя.

1. 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 к изменению температур других стен. Это может отразиться на результатах испытаний.

2. 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 (Т_0,05) и 1,5 м (Т_1,5) от пола. В то же время, как вариант, в качестве расчетной допускается принимать температуру воздуха в точке на расстоянии 0,75 м (Т_0,75) от пола на той же вертикальной оси. Таким образом, предполагается, что температуры воздуха в камере, определенные как средняя по измерениям на высотах 0,05, 0,75 и 1,5 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.

3. 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 снаружи 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 (Т_0,05, Т_0,75, Т_1,5), расчетная температура воздуха принималась по показаниям термометра Т_0,75. 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 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 на рис. 1.

Рисунок 1. Схема испытательной камеры

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 табл. 1.

Известно, что величина теплового потока пропорциональна температурному напору, который определяется исходя из температуры воздуха в камере и средней температуры теплоносителя в отопительном приборе.

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 табл. 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.

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 табл. 3–5. За основу в сравнении взят вариант 1.

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 %.

Заключение

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:

• проводить испытания отопительных приборов с охлаждением стены камеры за отопительным прибором с сохранением утепления за прибором;

• принять точку замера расчетной температуры воздуха в испытательной камере на высоте 0,75 м от пола по вертикальной оси камеры в качестве однозначного требования ГОСТ;

• 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 поддержания требуемой стабильной температуры соответствующих поверхностей камеры.

¹ ГОСТ 53583-2009 «Приборы отопительные. Методы испытаний» заданы условия по определению основной характеристики отопительного прибора – номинального теплового потока.