Совершенствование лабораторного стенда для испытания современного отопительного оборудования

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СОВРЕМЕННОГО ОТОПИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

IMPROVEMENT OF THE LABORATORY STAND FOR TEST MODERN HEATING EQUIPMENT

Л.М. Махов, Д.Г. Титков L. Mahov, D. Titkov

Московский ГСУ

В данной статье представлен лабораторный стенд системы отопления для испытания отопительных приборов и проведения лабораторных работ.

This article presents laboratory stand of the heating system for the test heating devices and laboratory work.

Описание лабораторного стенда

В качестве лабораторного стенда (рис. 1) разработана модель двухтрубной системы насосного водяного отопления по лучевой схеме, преимуществом которой является возможность поквартирной разводки труб системы отопления для совместной работы систем напольного и радиаторного отопления от одного теплоисточника, а так же по-квартирного учета тепловой энергии.

Источником теплоты является инерционный котел фирмы «Vaillant», работающий на жидком топливе и емкостной водонагреватель той же фирмы, который стабилизирует температуру воды, поступающую на лабораторный стенд.

В качестве регулирующих органов используется насос с переменным числом оборотов и запорнорегулирующая арматура.

Теплопроводы системы отопления выполнены из меди с изоляцией во избежание нежелательных теплопотерь.

В качестве отопительных приборов выбраны: беструбный конвектор НББК КБ (рис. 3. 1); биметаллический радиатор «Витатерм» (рис. 3. 2); стальной трубчатый радиатор «Кимры» (рис. 3. 3); стальной панельный радиатор «Керми» (рис 3. 4).

Для гидравлической балансировки системы была выбрана современная регулирующая арматура фирмы «HERZ», включающая в себя: термостатические клапаны, регулятор перепада давления, балансировочный вентиль и другая регулирующая арматура.

Стенд укомплектован термометрами, манометрами и штуцерами для измерения температуры и перепада давления.

Ниже представлены характеристики основных компонентов данной модели системы отопления.

На рис. 2 рассмотрено строение и принцип действия термостатического клапана.

Радиаторный термостат работает следующим образом. При превышении температуры в помещении выше заданной инертный газ в сильфоне термоголовки расширяется, воздействуя на взаимосвязанный с ним регулирующий шток клапана.

7/)П11 ВЕСТНИК _1/2011_МГСУ

Шток опускается и тем самым уменьшает проход для теплоносителя, а, следовательно, и его расход. При понижении температуры газ в сильфоне уменьшает свой объем и шток поднимается, увеличивая расход теплоносителя. Регулирование с помощью термостатического клапана относится к количественному индивидуальному регулированию.

В настоящее время наиболее массовое применение находят термостатические клапаны, выполняющие функцию регулятора температуры прямого действия (без подачи энергии из вне) и работающие по пропорциональному закону.

Рис. 1. Схема лабораторного стенда: 1 - головка термостатическая HERZ; 2 - клапан термостатический HERZ TS-90 угловой специальный; 3 - соединительная трубка HERZ 2000; 4 - узел подключения HERZ 2000; 5 - узел одноместного подключения HERZ-VTA-40 (четырехходовой клапан, для термостатического регулирования); 6 - головка термостатическая HERZ-стандарт; 7 - распределительный коллектор; 8 - клапан термостатический HERZ TS-90-V угловой; 9 - головка термостатическая HERZ с накладным датчиком температуры;

10 - вентиль для отключения радиатора HERZ-RL-1 угловой; 11 - клапан термостатический HERZ TS-90 проходной; 12 - Термостатический датчик выносной; 13 - вентиль для отключения радиатора HERZ-RL-5 с возможностью гидравлической настройки и слива воды; 14 - муфта переходная; 15 - регулятор перепада давления HERZ 4002; 16 - балансировочный вентиль HERZ 4117R; 17 - фильтр-грязевик; 18 -

запорный вентиль; 19 - обратный клапан; 20 - насос с электроприводом; 21 -емкостной водонагреватель Vaillant; 22 - котел Vaillant на жидком топливе; 23 - беструбный конвектор НББК КБ; 24 - стальной трубчатый радиатор «Кимры»; 25 - биметаллический радиатор «Витатерм»; 26 - стальной панельный радиатор; 27 - закрытый расширительный бак; 28 - компактный теплосчетчик Integral-MK MaXX; 29 - клапан-

спутник

Рис. 2. Строение термостатического клапана:

1 - термостатическая головка; 2 - датчик прямого действия (сильфон с инертным газом); 3 - стержень; 4 - букса; 5 - термостатический клапан; 6 - шток

На рис. 3 рассмотрены виды отопительных приборов, используемых в лабораторной установке

Рис. 3. 1. Беструбный конвектор НББК

Его особенность заключается в том, что в конструкции данного конвектора отсутствует труба с нанизанными на неё пластинами. Пластины имеют встроенные крепежи и крепятся непосредственно друг к другу, что обеспечивет удобный монтаж и повышенный срок службы прибора.

Биметаллические радиаторы отличаются от других типов тем, что состоят из двух частей: стальной трубы (в ней находится теплоноситель) и алюминиевого корпуса. Благодаря этому биметаллические радиаторы отопления обладают свойствами как стальных, так и алюминиевых радиаторов: хорошо отдают теплоту и при этом выдерживают высокое рабочее давление теплоносителя.

Трубчатые радиаторы отопления РС обладают высокой теплоотдачей и низкой термоинертностью. Трубчатый радиатор отопления является стальным прибором с высокой антикоррозионной стойкостью. Подходит для любых систем отопления. Трубчатые радиаторы легко очищать для предотвращения сухой возгонки пыли. Одной из особенностей этих приборов отопления является долговечность и надежность в эксплуатации.

Стальные панельные радиаторы обладают низкой тепловой инерцией и хорошей теплоотдачей. Слабым местом стальных панельных радиаторов является повышенная чувствительность к содержанию растворенного в теплоносителе кислорода, поэтому они применяются обычно в закрытых системах отопления. Основные эксплуатацион-

7/2011

ВЕСТНИК МГСУ

ные характеристики (рабочее давление, максимальная температура теплоносителя и т.д.) зависят от конструкции и толщины стенки радиатора.

Рис. 3. 2. Биметаллический радиатор фирмы «Витатерм»

Рис. 3. 3. Стальной трубчатый радиатор «Кимры»

Рис. 3. 4. Стальной панельный радиатор «Керми» Описание лабораторной работы:

«Определение коэффициента теплопередачи отопительного прибора»

Цель работы ^определение коэффициента теплопередачи отопительных приборов при различных гидравлических режимах и сравнение опытных данных с теоретическими значениями.

Описание работы лабораторной установки

Схема лабораторной установки приведена на рис. 1. Котел (21), работающий на жидком топливе, подогревает воду, которая поступает в водонагреватель (20), где она подогревается и стабилизируется для подачи на стенд. Горячий теплоноситель проходит через фильтр-грязевик (16), подается в распределительный коллектор (7), затем теплоноситель поступает в отопительные приборы (22, 23, 24, 25). Охлажденный теплоноситель по обратному теплопроводу поступает в сборный коллектор (7). Из коллектора теплоноситель с помощью циркуляционного насоса (19) поступает в котел, проходя через компактный теплосчетчик ]П^га1-МК МаХХ, соединенный импульсной линией с клапаном-спутником, расположенным на подающей магистрали. Теплосчетчик замеряет расход теплоносителя, проходящий через него, и выдает показания на дисплее. Термометры и манометры на подающем и обратном теплопроводе служат для определения температуры и давления в системе отопления.

Проведение лабораторной работы

Преподавателем предварительно с помощью настройки регулирующей головки термостатического клапана выставляется положение 1. Насос работает с постоянной подачей в положении 1. После установления стационарного режима, который обеспечивается совместной работой балансировочного вентиля (15) и регулятора перепада давления (14), с помощью термометров на подающем и обратном теплопроводе фиксируются температуры теплоносителя 1г и ^ °С. Измеряется температура воздуха в помещении 1в. Объем воды V, м3, проходящей через отопительные приборы, определяется показанием теплосчетчика. Датчики посылают на интегратор импульсы, пропорциональные объему теплоносителя, которые используются для подсчёта израсходованной тепловой энергии О , Дж. Протекающая через счетчик вода приводит во вращение горизонтально расположенную турбину с частотой вращения, пропорциональной расходу теплоносителя. Опыт длится т = 3 мин. Температуры 1г, ^ и ^ замеряют через каждую 1 мин. Последующие измерения ведутся при положении термостатической головки в положение 2, 3, 0(позиция теплового запирания), 4 (комфорт) и при изменении числа оборотов циркуляционного насоса. Сравниваются результаты опытов в различных положениях термостата и сопоставляются с теоретическими данными. Данные измерений заносятся в табл. 1.

Таблица 1. Результаты измерений и расчетов

№ опыта Температура, °С Объем воды V, м3 Время X, ч Плотность, р кг/м3 Коэффициент теплопередачи, К, Вт/(м2-°С) 5, %

ЛЦ

к ^опыт к ^теор

1

2

3

4

0

7/2011 ВЕСТНИК _^/20|Т_МГСУ

Обработка результатов измерения

Коэффициент теплопередачи отопительного прибора к численно равен количеству теплоты, которое передается воздуху помещения через 1 м2 внешней поверхности отопительного прибора при разности температуры в 1 °С может быть определен из уравнения:

3,6сО(1г-10) = кБД^р (4).

Левая часть уравнения представляет собой количество теплоты, выделяющееся при охлаждении воды от 1г до 10. Это же количество теплоты прибор отдает в помещение при температурном напоре Д^р, что отражено в правой части уравнения. Отсюда:

к = 3,6сО(1г-10)/(АД1ср), Вт/м2-°С,

где: с - удельная теплоемкость воды, равная 4,187 кДж/(кг-°С); О - расход воды через отопительный прибор, кг/ч; 1г - температура воды на входе в отопительный прибор, °С; ^ _ температура воды на выходе из отопительного прибора, °С; А - площадь поверхности отопительного прибора, м2; Д1ср - средний температурный напор, °С:

Д1сР= (1г+д/2 - 1В, °с,

где 1в - температура воздуха в помещении, °С.

Расход теплоносителя определяется показанием теплосчетчика.

Теоретические значения коэффициента теплопередачи отопительного прибора:

к^ = шД1српаотнр, Вт/

где: Оотн - относительный расход воды, кг/ч; ш, п, р - экспериментальные числовые показатели, выражающие влияние конструктивных и гидравлических особенностей прибора на его коэффициент теплопередачи.

Оотн = Опр/360,

где Опр - расход теплоносителя через отопительный прибор, кг/ч.

Так же коэффициент теплопередачи отопительного прибора можно принять по данным производителя.

Относительная погрешность каждого опыта определяется по формуле:

5 100 (копыт kтeop)kтeop, %

Литература

1. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3-х ч. 4.1. Отопление / Под ред. Староверова И.Г. - М.: Стройиздат, 1990.

2. Крупнов Б.А., Крупнов Д.Б. Отопительные приборы, производимые в России и ближнем зарубежье. - М: АСВ. - 2005.

3. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление. - М.: АСВ, 2002. - 576 с.

4. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М.: ГУП ЦПП,

2004.

Literature

1. Reference designer. Internal sanitary devices. In 3 part. Part 1. Heating / version Staroverov I. G. - M.: Stroyizdat 1990.

2. Krupnov B.A., Krupnov D.B. Heaters, manufactured in Russia and CIS. - M: ASV. - 2005.

3. Skanavi A.N., Mahov L.M. Heating. - M.: ASV, 2002. - 576 p.

4. SNIP 41-01-2003. Heating, ventilation and conditioning. - M.: GYP UPP, 2004.

Ключевые слова: система отопления, лабораторный стенд, регулирующая арматура, отопительный прибор, термостатический клапан, коэффициент теплопередачи, относительная погрешность, термостатическая головка.

Key words: heating system, laboratory stand, Control Valves, heater, thermostatic valve , heat transfer coefficient, relative error, thermostat

e-mail:Maxoe Леонид Михайлович mlm110@yandex.ru Титков Дмитрий Геннадьевич titkov1000@gmail.com