Калориметрический комплекс для исследования теплоотдачи в теплообменниках и испытания кондиционеров Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 536; 629.454.22.

Калориметрический комплекс для исследования теплоотдачи в теплообменниках и испытания кондиционеров

Кожевникова Е.В., Лопаткина Т. А, [email protected]

Ижевский электромеханический завод «Купол»

Для расчета теплообменник аппаратов и изделий с ними необходимы экспериментальные сведения о процессах переноса теплоты. Изложены требования к погрешностям измерений и к точности измерительных приборов при теплотехнических испытаниях теплообменников и кондиционеров. Описано устройство калориметрического комплекса ОАО «ИЭМЗ «Купол» для исследования теплоотдачи в теплообменниках для нагрева и охлаждения воздуха, а также для теплотехнических испытаний кондиционеров. Описаны возможности комплекса в моделировании условий по стороне воздуха, горячей и холодной воды, кипящего и конденсирующегося хладагента Я22 и Я134а.

Ключевые слова: комплекс, испытания, теплообменники, кондиционеры, теплоотдача, воздух, вода, хладагенты.

При проектировании изделий, предназначенных для нагрева или охлаждения воздуха (калориферы, кондиционеры, отопители, аппараты воздушного отопления и т.п.) выполняют теплотехнический расчет теплообменных аппаратов

Наиболее трудной задачей является определение коэффициентов теплоотдачи к воздуху от стенки аппарата и от второй, участвующей в теплообмене среды, к той же стенке. Известно, что аналитическое решение теплоотдачи твердому телу для практических задач пока не найдено, поскольку не удается получить уравнения для распределения скоростей и температур в среде, омывающей твердое тело [1]. Широко применяются методы численного решения дифференциальных уравнений, описывающих теплоотдачу. Их результаты точны настолько, насколько точно исходные уравнения описывают изучаемое физическое явление. Однако механизм переноса тепла во многих случаях не изучен до такой степени, чтобы можно было расчетными методами получить полностью адекватные зависимости для переноса тепла. Поэтому значительная

часть сведений о процессах переноса теплоты получена экспериментально, а инженерные расчеты теплоотдачи в основном построены на экспериментальных сведениях. Аэродинамическое и гидравлическое сопротивление, протекающих через теплообменник сред, также рассчитывают по данным экспериментальных исследований.

Для получения требуемых при расчете зависимостей испытывают серию теплообменников в номинальных условиях. Применительно к трубчато-пластинчатым теплообменникам серию представляют аппараты с трубками одного диаметра и пластинами одной конфигурации, испытываемые на одном и том же тепло- или хладоносителе (хладагент, вода, пар, раствор этиленглико-ля). На основании полученных данных разрабатывают таблицы, диаграммы, графики и т.п. для характеристик теплообменников при иных условиях работы: начальных температурах сред, скоростях тепло- или хладоносителя, давлении пара, концентрациях растворов. Как правило, диапазон представленных условий соответствует применяемому на практике. При этом точность таблиц и диаграмм обеспечивается тем, что диапазон скоростей воздуха и шагов ребер должны соответствовать исследованным при испытаниях преимущество экспериментального метода получения данных о теплопередаче и потерях давления сред в том, что можно получить эту информацию, не имея полного представления о механизмах протекающих процессов и затем уверенно ею пользоваться. Однако результаты испытаний можно применять только к теплообменникам с такими же конструктивными элементами, что у испытанной серии. Испытания, их обработка, изготовление аппаратов для испытаний и самого испытательного оборудования трудоемки, дороги и требуют значительного времени.

Систематизация и анализ данных испытаний способствуют разработке аналитических и численных методов и разработке в дальнейшем на их основе более эффективных теплообменников: с более высокими коэффициентами теплоотдачи и сниженными потерями давления сред. А пока только эксперименты и эмпирические зависимости показывают, является ли теплообменный аппарат новой конструкции эффективнее предыдущих и не указывают, что следует сделать, чтобы увеличить его эффективность.

Требования к оборудованию для теплотехнических испытаний теплообменников.

Требования к испытательному оборудованию определены в стандартах на методы испытаний. В России действует ГОСТ 26548-85, устанавливающий методы стендовых теплотехнических, аэродинамических и гидравлических испы-

таний воздухонагревателей [2]. В США руководствуются стандартом 33-78 Американского общества инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха (ЛЗИЯЛЕ). В нем описаны лабораторные методы испытаний воздухоохладителей с принудительной циркуляцией, работающих с выпадением конденсата, и воздухонагревателей с принудительной циркуляцией [3].

Оборудование для испытаний теплообменников должно обеспечить выход на заданные режимные параметры, их стабилизацию, а затем поддерживать параметры режима с заданной точностью в течение времени измерения [2], [3]. Согласно [3] измерения должны проводиться не менее 30 минут, после установления теплового равновесия. В течение этого промежутка времени необходимо сделать не менее 4 серий измерений через приблизительно равные интервалы. Для расчетов должны использоваться средние арифметические значения величин, полученные по показаниям приборов во всех сериях.

Конструкция испытательного оборудования должна обеспечивать возможность определения тепло- и холодопроизводительности по каждой из теплооб-менивающихся сред. Для получения эмпирических зависимостей используют только наиболее точные измерения. Например, при испытаниях воздухонагревателей величина дисбаланса, определяемого как разность теплопроизводи-тельностей по обеим средам, отнесенная к теплопроизводительности по воде, не должна превышать 5% [2]. Согласно [3] разность тепло- , холодопроизводи-тельностей по воздуху и второй среде, отнесенная к их средней арифметической величине, также не должна превосходить 5%.

Стандарты на методы испытаний устанавливают требования к погрешностям измерений всех величин и к точности измерительных приборов (табл. 1).

Таблица 1. Требования к погрешности измерений и к точности измерительных приборов.

ASHRAE 37-1988 [4] ARI 210 ASHRAE 41.2-1987 [6] ^ 5151 (1994) [7]

/240-

Прибор 1989

Точность Цена деле- Погр. Погрешность Сходимость Погрешность Точность Цена деле-

прибора ния измер. измерения рез. измер. измерения прибора ния

Измерение давления

Ртутный столб, ма- ± 2,0 % не должна не более не более ± 5 Па для ± 0,25 Па для 1,25 для Р от

нометр Бурдона от изме- превышать ± 1 % ±0,5 % или перепада Р от 1,25 до 1,25 до 25

(пружинный мано- ренной значение ±1,2 Па статического 25 Па; ± 2,5 Па;

метр), электронный величи- точности (большая из давления во- Па для Р от 2,5 для Р бо-

датчик давления ны прибора более чем в 2,5 раза величин) ды 25 до 500 Па; ± 25 Па при Р > 500 Па лее 25 до 250 Па; 5,0 для Р более 250 до 500 Па; 25 при Р > 500 Па

Барометр для изме- ± 0,1 %

рения атмосферного

давления

Измерение температуры

Сухой и влажный ± 0,6 ± 0,05 °С по ± 0,5 °С ± 0,2° С по ± 0,05 °С не более 0,1

термометры, преоб- °С сухому терм. или меньше сухому терм. °С

разователи или дат- [5] ± 0,1 °С по ± 0,2° С по

чики влажн. терм. влажн. терм.

Остальные темпера- ± 1 °С ± 0,1° С - ± 0,05 °С не более 0,1

туры для воды и для перепада темпер. воды °С

Измерение расхода воздуха и статического давления

Манометр для изме- не более минимальная ± 0,5 % от ± 5 %

рения статического 2,0 % от точность ± наблюдае-

давления на сопле, измеряемо- 1,0 % мых пока-

динамического дав- го значения заний

ления в критическом

сечении сопла. Элек-

тросчётчики

Манометр для изме- ± 2,5 Па ± 5 Па при

рения статического Р < 100 Па

давления в воздухо- ± 5 % при

воде Р > 100 Па

Прибор для измере- ± 0,2 % — — — — — — —

ния диаметра сопла

Измерение электрических величин

Приборы для измерения входных электрических параметров нагревателей, другого оборудования несущего тепловую нагрузку не ниже ± 1,0 % от измеряемой величины

Приборы для измерения входных электрических параметров двигателей вентиляторов, компрессоров, др. вспом. оборуд. ± 2,0 % от измеряемой величины ± 0,5 % ± 0,5 % от измеряемой величины

Измерение расхода летучего хладагента, пара

Расходомер интегрирующего типа. Датчик количества жидкости, определяющий ее вес или объем ± 1,0 % от измеряемой величины точность прибора ± 1,0 % ± 0,5 % от измеряемой величины

Измерение расхода жидкости

Жидкостный расхо- ± 1,0 % точн. прибо- ± 0,5 % от ± 5 % ± 1,0 % от

домер или счетчик от измер. вел ров ± 1,0 % измер. вел. измер. величины

Жидкостный счет- ± 1,0 % точность ± 0,5 % от

чик, измеряющий от изме- приборов ± измеряемой

массу или объем, для ряемой 1,0 % величины

измерения скорости величи-

накопления конден- ны

сата

Измерение скорости

Счетчик оборотов, та- ± 1,0 % ± 1,0 % ± 1,0 % от

хометр, стробоскоп, от измер. измер. ве-

осциллоскоп вел. личины

Измерение времени и массы

Прибор для измер. ± 0,2 % точность ± ± 0,1 % ± 0,2 % ± 0,2 % от

времени, часы или 0,2 % измер. ве-

хронометр личины

Прибор для измере- ± 0,2 % _ _ _ _ ± 1,0 % ± 1,0 % от _

ния массы измер. величины

Измерение диаметра канала

Средство измер. дли- — — — не более — — — —

ны 0,2 %

Прибор ASHRAE 20-70 [8] ASHRAE 33-78 [9] ASHRAE 41.91988 [10] ЕШЛУЕОТ ЕКУ 327 [11]

Точность прибора Погрешность измерения Цена деления Погр. измерения Погр. измерения

Измерение давления

Ртутный столб, манометр Бурдона (пружинный манометр), электронный датчик давления ±0,14 °С по температуре насыщ. фреона в конденсаторе; ± 5 фунт/дюйм2 для измерения давления воды или пара; ± 3% или 0,01 дюйма вод. ст. для манометров и тягомеров, кроме используемых для измерения потока фреона ± 0,5 % абсолютного давления при измерении давления на линии всасывания хладагента и в пределах ± 2,0 % абсолютного давления в измерениях на других участках 1,25 для диапазона от 1,25 до 25; 2,5 для диапазона более 25 до 250; 5,0 для диапазона более 250 до 500; 25 при Р > 500 Па ± 1,0 % от показаний абсолютного давления или перепада давления Достаточно малая для того, чтобы измеряемая температура хладагента находилась в диапазоне ± 0,3 °С

Ртутный термометр — Точность < 0,1 " рт. ст. — — —

Барометр (атм. давление) ± 0,2 миллибар

Измерение температуры

Сухой и влажный термометры, преобразователи или датчики ± 1% от наименьшего требуемого значения разности температур воздуха по сухому и по влажному терм. По сухому и вл. терм.: для воздухонагревателя: ± 0,3 °С; для воздухоохладителя: ± 0,06 °С Должна превышать указанную точность не более чем в два раза ± 0,1 °С С по сухому и влажному терм. ± 0,2 °С по сухому и влажному терм. на входе

Остальные температуры ± 1% от наименьшего требуемого значения разности температур воды; ± 0,3 °С для температуры жидкости и всех других температур Температура воды в воздухонагревателе: ± 0,3 °С или 2 % от перепада температуры воды (меньшая из величин), в воздухоохладителе: ± 0,06 °С; ± 0,3 °С -для всех других темп. Должна превышать указанную точность не более чем в два раза 1 % от перепада температуры воды или рассола; ± 0,3 °С для всех других температур ± 0,2 °С для температуры воды; ± 0,3 °С для температуры хладагента; ± 0,5 °С для всех других температур воздуха

Измерение расхода воздуха и статического давления

Манометр для измерения статического давления на сопле, в воздуховоде, динамического давления в критическом сечении со- ± 3% или 0,01 дюйма водяного столба для манометров и тягомеров 1,0 % или 0,005 дюйма водомерного датчика в зависимости от того, какое значение больше ± 0,01 миллибар для перепада давления воздуха

пла. Электросчётчики

Прибор для измерения — Точность ± 0,20 % — — —

диаметра сопла

Измерение электрических величин

Приборы для измерения ± 0,5% — — ± 1,0 % от из- ± 1,0 % для

входных электропарамет- меряемой вели- электроэнер-

ров нагревателей, другого чины гии;

оборудования несущего ± 0,5 % для то-

тепловую нагрузку ка, напряж., частоты

Приборы для измерения 1,5% для приборов, не ис- — — ± 1,0 % от из- ± 1,0 % для

входных электропарамет- пользуемых для измере- меряемой вели- электроэнер-

ров двигателей вентиля- ния расхода чины гии;

торов, компрессоров, др. ± 0,5 % для то-

вспом. оборуд. ка, напряж., частоты

Измерение расхода летучего хладагента, пара

Расходомер интегр. типа. ± 1,0 % от измеряемой ве- — — — ± 0,2 % от из-

Датчик кол-ва жидкости, личины меряемой ве-

определяющий ее вес или личины

объем

Измерение расхода жидкости

Жидкостный расходо- ± 1,0 % от измеряемой ве- Фреоны: ± 2,0 % от — Для воды или Для воды: ± 0,1

мер или счетчик личины измер. велич. Вода: ± 1,0 % от измер. ве-лич. нетто рассола: ± 1,0 % от измер. величины % от измеряемой величины

Жидкостный счетчик, ± 1,0 % от измеряемой ве- ± 1,0 % от измеряе- — — —

измеряющий массу личины мой величины нетто

или объем, для изме-

рения скорости накоп-

ления конденсата

Измерение скорости

Счетчик оборотов, та- ± 1% — — — ± 1 % от изме-

хометр, стробоскоп, ос- ряемой вели-

циллоскоп чины

Измерение времени и массы

Прибор для измер. ± 0,5 % — — ± 0,2 % от из- ± 0,2 % от из-

времени, часы или меренного вре- мер. времени

хронометр мени или ± 2 с (меньшее из знач.)

Прибор для измер. ± 0,5 % — — ±0,2 % от изм. ±0,5 % от изм.

Массы массы массы

Измерение содержания масла в хладагенте

Прибор для измерения масла в хладагенте — — — — ± 0,5 %

Продолжение таблицы 1

ГОСТ 26548-85 [2] ГОСТ 28564-90 [12] ГОСТ 26963-86 [13]

Прибор Погрешность измерения Точность прибора Погрешность измерения Погрешность измерения

Измерение давления

Ртутный столб, мано- — класс точности 0,4 ± 1 % для давления всасы- —

метр Бурдона (пру- вания;

жинный манометр), ± 2 % для давления нагне-

электронный датчик тания

давления

Барометр (атм. давле- — — ± 1 % —

ние)

И змерение температуры

Сухой и влажный тер- ± 0,2 °С; — ± 0,1 °С по сухому и влаж- ± 0,5 °С по сухому и

мометры, преобразова- ± 0,5 °С - сходимость ре- ному терм.; влажному терм.

тели или датчики зультатов измерений для воздуха ± 2 °С для темп. точки росы

Остальные температу- ± 0,2 °С; — ± 0,1 °С для темп. воды, ± 0,5 °С

ры ± 0,3 °С - сходимость результатов измерений для рассола; ± 0,5 °С для темп. хладаген-

воды та; ± 0,05 °С для разности температур, по которым рассчитывается холодопроиз-водительность

Измерение расхода воздуха и статического давления

Манометр для измере- ± 2 % сходимость резуль- класс точности не — ± 0,01 миллибар для

ния статического дав- татов измерений ниже 1,0 перепада давления

ления на сопле, в воз- воздуха

духоводе, динамиче-

ского давления в кри-

тическом сечении со-

пла. Электросчётчики

Измерение электрических величин

Приборы для измерения — — класс точности 0,5 при ± 0,5 % для напря-

входных электропарамет- мощностях меньше 200 жения, мощности,

ров нагревателей, другого кВт; тока;

оборудования несущего класс точности 1,5 при ± 0,2 % для частоты

тепловую нагрузку мощностях 200 кВт и более

Приборы для измерения

входных электропарамет-

ров двигателей вентиля-

торов, компрессоров, др.

вспом. оборуд.

Измерение расхода летучего хладагента, пара

Расходомер интегри- ± 2 % - сходимость ре- класс точности не ± 2 % —

рующего типа. Датчик зультатов измерений для ниже 1,0

количества жидкости, расхода пара

определяющий ее вес

или объем

Измерение расхода жидкости

Жидкостный расходо- ± 2 % - сходимость ре- класс точности не ± 2 % для расхода во- —

мер или счетчик зультатов измерений для расхода воды ниже 1,0 ды или хладоносителя; ± 1 % для расхода жидкого хладагента

Жидкостный счетчик, ± 2 % - сходимость ре- класс точности не ± 1 % —

измеряющий массу зультатов измерений для ниже 1,0

или объем, для изме- расхода конденсата

рения скорости накоп-

ления конденсата

Измерение скорости

Счетчик оборотов, та- — — ± 0,75 % (тахометр) класс точности 0,5

хометр, стробоскоп, ос- ± А и = 0,1 + 0,05 и (тахометр);

циллоскоп (крыльчатый анемометр); ± А и = 0,3 + 0,05 и (чашечный анемометр) ± 0,5 м/с (анемометр)

Измерение времени и массы

Прибор для измерения времени, часы или хронометр класс точности не ниже 1,0 ± 0,1 % ± 0,2 %

Прибор для измерения массы — класс точности не ниже 1,0 — —

Калориметрический комплекс ОАО «ИЭМЗ «Купол»

Для производства кондиционеров 2002 году на ОАО «ИЭМЗ «Купол» было установлено оборудование фирмы CMS (Италия) для изготовления медно-алюминиевых теплообменников, а в 2004 году был аттестован и принят в эксплуатацию комплекс психрометрических и калориметрических испытаний, спроектированный и изготовленный фирмой Environmental Tectonics Corporation (ETC, США).

На рисунке 1 представлен вид сверху калориметрического комплекса. В него входит оборудование для подготовки воздуха и измерения параметров по воздушной стороне - психрометрический комплекс и три калориметрические установки для обеспечения испытываемых теплообменников хладагентами R134a, R22 в режимах конденсации и кипения, а также холодной и горячей водой и измерения параметров этих сред.

Рис. 1. Калориметрический комплекс ОАО «ИЭМЗ «Купол», вид сверху.

В психрометрический комплекс входит камера из двух смежных отсеков объемом по 51 м , внутреннего (9) и наружного (10). В каждом отсеке организована циркуляция воздуха по замкнутому контуру с помощью нагнетательного вентилятора (1 и 6). Температура и влажность воздуха в отсеках обеспечивается системой кондиционирования (8 и 11). Подготовленный воздух подается в отсеки через расположенные под потолком распределительные воздуховоды. В отсеках имеется по два психрометра (13): одним измеряют температуру воздуха по сухому и влажному термометрам на входе в изделие, вторым - на выходе. Расход воздуха измеряют в туннелях (7 и 12) по перепаду давления на соплах.

Основные технические характеристики психрометрического комплекса приведены в таблице 2 [14].

Таблица 2.

Наименование характеристики Предельное значение характеристики

Предельные значения диапазона измерения воздухопроизво-дительности: - для внутреннего отсека - для наружного отсека 340 ... 3400 м3/ч 680 ... 7100 м3/ч

Относительная погрешность измерения воздухопроизводи-тельности ± 3,0 %

Предельные значения диапазона измерения холодопроизво-дительности 2 ... 17,6 кВт

Предельные значения диапазона измерения теплопроизводи-тельности 2 ... 17,6 кВт

Относительная погрешность измерения холодо- и теплопро-изводительности ± 5,0 %

Неравномерность распределения температуры в полезном объеме отсеков 4,0 °С

Неравномерность распределения температуры на входе в испытываемое изделие 0,3 °С

Тепло- и холодопроизводительность указаны в таблице 2 для следующих условий: во внутреннем отсеке - температура 27 °С и относительная влажность 46 % для режимов охлаждения и нагрева; в наружном отсеке - температура 35 °С и относительная влажность 40 % для режима охлаждения, температура 7 °С и относительная влажность 88 % для режима нагрева. Максимальные значения тепло-производительности изделия во внутреннем отсеке, а также поддержание температуры 35 °С в наружном отсеке при максимальной холодопроизводительности

изделия обеспечиваются работой трех групп цилиндров компрессора и двух испарителей, расположенных в соответствующей системе кондиционирования воздуха (8 или 11). Уменьшение вырабатываемого холода реализуется за счет отключения одной или двух групп цилиндров компрессора, с отключением меньшего или большего испарителя. Плавность регулирования достигается с помощью трехуровневой линии хотгаз-байпас и изменения расхода хладагента через испарители посредством электронно-регулируемых вентилей. Нагрев воздуха в отсеках осуществляется электронагревателями.

Предельные значения воспроизводимых условий испытаний по стороне воздуха приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Физическая величина Диапазон регулирования Точность поддержания физической величины

Температура по сухому термометру - для внутреннего отсека - для наружного отсека 0 °С ... 50,0 °С -10 °С ... 52,0 °С 0,5 °С 0,5 °С

Перепад статического давления на испытываемом изделии: - теплообменник - кондиционер 2,5 ... 1245 Па -249 ... 750 Па 5 Па

Средствами комплекса непосредственно регулируется температура по сухому и влажному термометрам. Точность поддержания температуры по влажному термометру составляет 0,5 °С.

На рисунках 2 и 3 приведены рабочие области воспроизводимой относительной влажности воздуха во внутреннем и наружном отсеках, соответствующие областям воспроизводимой температуры по влажному термометру. В обоих отсеках максимальная относительная влажность может доходить до 95%. Увлажнение производится подачей пара в рециркулирующий воздушный поток парогенератором отсека, управляемым электрическим регулирующим вентилем. Осушение воздуха выполняется низкотемпературными испарителями типа «труба в трубе», подключенными к общему холодильному контуру с компрессорно-конденсаторным блоком с конденсатором водяного охлаждения.

Рис. 2. Рабочая область воспроизводимой влажности во внутреннем отсеке.

Рис. 3. Рабочая область воспроизводимой влажности в наружном отсеке.

В отсеках измеряется барометрическое давление датчиком переменной емкости в диапазоне от 85 до 105 кПа с погрешностью ± 0,35 кПа, а также перепад давления на испытываемом изделии - с погрешностью ± 6,22 Па.

В каждом отсеке имеется по 20 термопар с диапазоном измерения температуры от минус 30 до 100 °С с погрешностью ± 1 °С. Они устанавливаются на испытываемом изделии по усмотрению испытателей.

Холодильные контуры теплообменников на Я22 (3) и Я134а (4) обеспечивают циркуляцию хладагента в испытываемом конденсаторе или испарителе. Испаритель размещают во внутреннем отсеке, а конденсатор - в наружном. Условия по воздушной стороне при испытаниях теплообменников обеспечиваются оборудованием соответствующего отсека психрометрического комплекса. Холодильные контуры 3 и 4 выполнены однотипно. В паре с испытываемым конденсатором работает один из двух кожухотрубных испарителей (низкой или высокой холодо-производительности), в паре с испытываемым испарителем - один из двух кожу-хотрубных конденсаторов (низкой или высокой мощности). Кожухотрубные теплообменники восполняют собой недостающую часть холодильного контура. Ко-жухотрубные конденсаторы охлаждаются 20 % раствором этиленгликоля от общего контура, в котором последний охлаждается чиллером (14). Кожухотрубные испарители получают тепло от воды, циркулирующей по общему замкнутому контуру и подогреваемой посредством ТЭНов. Сбив перегрева хладагента перед испытываемым или кожухотрубным конденсатором, а также его переохлаждение перед кожухотрубным или испытываемым испарителем происходят в обоих случаях в одном из двух коаксиальных теплообменников (низкой и высокой мощности). Хладоносителем в этих теплообменниках является 20 % раствор этиленгли-коля, имеющий доступ во все 8 теплообменников (по 4 шт. для контуров с хладагентами Я22 и Я134а), он охлаждается в чиллере (14) и подогревается при необходимости с помощью ТЭНов.

Контур теплообменника на воде (2) обеспечивает циркуляцию воды через испытываемый теплообменник. Вода в контуре охлаждается чиллером, а нагревается ТЭНами.

Все три калориметрические установки обеспечивают тот же диапазон измерения тепловой мощности и холодопроизводительности, что и психрометрический комплекс (таблица 2).

Предельные значения воспроизводимых условий испытаний теплообменников по стороне хладагентов и воды приведены в таблице 4 [14].

Таблица 4.

Физическая величина Диапазон регулирования Точность поддержания физической величины

Для конденсаторов и испарителей

Давление всасывания (температура испарения) 0,1 ... 1,0 МПа 0,007 МПа

Давление нагнетания (температура конденсации) 0,4 ... 3,0 МПа 0,014 МПа

Температура жидкого хладагента на входе в электрический регулирующий вентиль 2 °С ... 35,0 °С 1,1 °С

Температура хладагента на всасывании 2 °С ... 15,0 °С 1,1 °С

Для теплообменников, работающих на воде

Температура воды на входе в теплообменник 4,4 ... 12,8 °С 60 ... 85 °С 0,5 °С 0,5 °С

Расход воды 3,8 ... 73 л/мин 0,5 л/мин

В калориметрических установках измеряют следующие параметры:

• для фреоновых теплообменников - давление хладагента в контуре испытываемого теплообменника (6 каналов) с погрешностью ± 8,5 кПа; давление хладагента на выходе из испарителя с погрешностью ± 3,44 кПа; давление хладагента на входе и выходе из конденсатора, входе в электрический регулирующий вентиль с погрешностью ± 8,5 кПа. Измеряют температуру хладагента на входе и выходе из конденсатора, на входе в электрический регулирующий вентиль, на выходе из испарителя с погрешностью ± 0,5 °С и расход фреона с погрешностью ± 0,2 %;

• для водяных теплообменников измеряют давление воды на входе и выходе с погрешностью ± 1,7 кПа в диапазоне от 0 до 690 кПа, температуру воды на входе и выходе с погрешностью ± 0,5 °С и расход с погрешностью ± 0,073 л/мин.

Задание режимов, изменение параметров вручную, наблюдение за работой выполняют с пульта управления (15). Заданный режим поддерживается автоматически ПИД-контроллерами. Вся информация с датчиков передается в компьютер, который по окончании измерений вычисляет средние значения измеренных параметров, среднее значение тепловой мощности по стороне воздуха и воды (или

хладагента), тепловой баланс между воздушной и водяной (или хладагента) стороной и печатает отчет.

Испытания теплообменников

На калориметрических установках выполняются исследования различных теплообменников с целью получения расчетных зависимостей для

- коэффициентов теплоотдачи к воздуху;

- коэффициентов теплоотдачи при кипени для хладагентов Я22 и Я134а;

- коэффициентов теплоотдачи при конденсации для хладагентов Я22 и Я134а;

- аэродинамического сопротивления теплообменников;

- гидравлического сопротивления теплообменников.

Эти зависимости необходимы для проектирования теплообменников, наружная сторона которых омывается воздухом, а внутренняя - водой или хладагентами Я22, Я134а, а также для оптимизации их конструкции.

На калориметрическом комплексе испытаны водяные калориферы и воздухоохладители ОАО «Воздухотехника» (г. Москва), воздухоохладитель ОКБ им. Африкантова (г. Нижний Новгород), теплообменники ИжГТУ (г. Ижевск), радиаторы системы охлаждения дизеля тепловоза и ряд других изделий. Эти испытания позволили получить новые обобщающие критериальные зависимости для расчета теплопередачи в трубчато-пластинчатых теплообменниках.

Испытания кондиционеров

Для испытания кондиционеров предусмотрена возможность работы только психрометрического оборудования, без включения калориметрических установок. Кондиционеры испытывают в режимах охлаждения и нагрева. Наружный блок кондиционера размещают в наружном отсеке, внутренний блок - во внутреннем отсеке, моноблочные кондиционеры устанавливают в проеме 1,2 м х 1,2 м между отсеками. Оборудование комплекса создает и поддерживает требуемые параметры воздуха в отсеках, измеряет параметры воздуха на входе и выходе из блоков кондиционера, потребляемую мощность, аэродинамическое сопротивление и вычисляет расходы воздуха через воздухоохладитель и конденсатор изделия, а также тепло-, холодопроизводительность психрометрическим методом.

Электропитание кондиционера осуществляется через трансформатор комплекса. Однофазное напряжение можно задавать в диапазоне от 100 до 280 В, трехфазное - от 100 до 440 В, точность поддержания напряжения составляет 2 %.

Оборудование позволяет проверить работу кондиционера в условиях, которые могут иметь место при эксплуатации. Например, работу при высокой наруж-

23

ной температуре воздуха, запуск при высокой температуре и пониженном напряжении питания, удаление конденсата при высокой влажности воздуха, работу при низкой наружной температуре. Кроме того, можно наблюдать за быстропроте-кающими и переходнымипроцессами, т.к. показания всех датчиков автоматически снимаются через каждые 10 - 20 секунд (периодичность опроса задает испытатель) и запоминаются в компьютере. Всесторонняя проверка кондиционера позволяет выявить и устранить дефекты конструкции и недостатки алгоритма работы кондиционера.

На психрометрическом комплексе исследовано более 10 видов транспортных и стационарных кондиционеров с холодопроизводительностью от 1,5 до 15 кВт.

Список литературы

1. Б.Н. Юдаев. Теплопередача./«Высшая школа»., М., 1981. С. 319.

2. ГОСТ 26548-85. Воздухонагреватели. Методы испытаний./ «Издательство стандартов»., М., 1985. С. 15.

3. ASHRAE standard 33-78. Methods of Testing Forced Circulation Air Cooling and Air Heating Coils./ Atlanta., U.S.A., 1978. С. 58.

4. ASHRAE standard 37-1988. Methods of Testing for Rating Unitary Air-Conditioning and Heat Pump Equipment - Central AC Split type./ Atlanta., U.S.A., 1988.

5. ARI standard 210/240-1989. Unitary Air-Conditioning and Air-Source Heat Pump Equipment./ Virginia., U.S.A., 1989. C. 45.

6. ASHRAE standard 41.2-1987 (RA 92) Стандартные методы измерения воздухо-производительности в лабораторных условиях./ Атланта., США., 1989. С. 20.

7. Международный стандарт ISO 5151 (1994) Неканальные кондиционеры и тепловые насосы - испытания и определение номинальных технических характеристик./ Женева., Швейцария., 1994. С. 43.

8. ASHRAE 20-1997 (RA 2006) Метод определения номинальных характеристик выносного фреонового конденсатора с принудительным обдувом./ Атланта., США., 1997.

9. ASHRAE standard 33-78 Methods of Testing Forced Circulation Air Cooling and Air Heating Coils./ Atlanta., U.S.A., 1978. C. 58.

10. ASHRAE standard 41.9-1988 Стандартные методы измерения расхода летучего фреона в калориметрической камере./ Атланта., США., 1988. С. 23.

11. EUROVENT ENV 327 Методика испытаний для определения характеристик конденсаторов воздушного охлаждения./ Париж., Франция.

12. ГОСТ 28564-90. Машины и агрегаты холодильные на базе компрессоров объемного действия. Методы испытаний./ «Издательство стандартов»., М., 1990. С. 40.

13. ГОСТ 26963-86. Кондиционеры бытовые автономные. Общие технические условия./ «Издательство стандартов»., М., 1986. С. 28.

14. Комплекс психрометрических и калориметрических испытаний. Паспорт/Ижевск, 2005. С. 27.

A complex to study heat transfer in coils and to thermotechnically test air conditioners

Kozhevnikova E.V., Lonatkina T.A.

Saint Petersburg State University of Refrigerating and Food Engineering

Experimental information on heat transfer is necessary to calculate coils and equipment using them. The requirements for measurement accuracy as well as for that of measuring instruments are stated for coils and air conditioners to be thermotechni-cally tested. A device of the calorimetric complex "IEMZ Cupol" is described in the paper for studying heat transfer in coils to heat and cool air, as well as for testing heating and cooling capacities of conditioners. The scope of using the complex to simulate conditions on the sides of air, hot and cold water, boiling and condensed coolants R22 and R134a is described.

Keywords: heat transfer, apparatus, hot and cold water.