CC BY
8
В. КРАНЦФЕЛЬД
Опыт лабораторной санитарно-гигиенической опенки нового отопительного прибора РКШ1
Из Института гигиены труда и профзаболеваний Академии медицинских наук СССР Задачи исследования
Новый отопительный гладкостенный прибор РКШ (рис. 1), (автор Е. Б. Шлезингер) предназначается к установке во всех тех случаях, в которых в течение ряда десятилетий применялись радиаторы типа «Гамма» или «Польза». РКШ отличается от последних наличием в каждом элементе одной водяной колонки вместо двух и примыкающей к ней подковообразной сквозной воздушной трубки, через которую свободно проходит воздух. Стенки воздушной трубки нагреваются, вследствие теплопроводности и отчасти поглощения тепла, излучаемого поверхностью водяной колонки, соединенной с воздушной трубкой. Во время нагрева прибора через воздушную трубку непрерывно снизу вверх циркулирует воздух помещения.
Движение воздуха обусловлено тем, что, соприкасаясь с теплыми стенками трубки, он нагревается и проталкивается вверх поступающим через нижнее отверстие более холодным и. тяжелым воздухом помещения. Так как отдача тепла воздуху, благодаря действию гравитационных сил, осуществляется, по идее автора, преимущественно за счет конвекции, прибор был назван его изобретателем радиатором-конвектором. Изобретатель считал, что прибор должен устанавливаться таким образом, чтобы воздушные трубки были обращены к стене, а водяные колонки — в сторону помещения (рис. 1). Он полагал, что благодаря этому будет происходить полное использование лучистого тепла прибора, нагреваемого горячей водой или паром.
По данным автора, прибор имеет значительные экономические и монтажные преимущества перед радиаторами «Гамма» и «Польза» (он легче их и его тепловое напряжение больше), вследствие чего его массовое производство и применение взамен радиаторов типа «Польза» и «Гамма» при строительстве жилых, общественных и промышленных зданий приобретают большое народнохозяйственное значение.
Общепринятыми критериями при санитарно-гигиенической оценке приборов отопления в настоящее время являются: поддержание достаточной и равномерной температуры воздуха в помещении, недопустимость пригорания оседающей на приборы органической пыли и удобство очистки их от пыли. При исследовании санитарно-гигиенической пригодности прибора РКШ мы считали наиболее существенным выявить следующие факторы.
1 Работа производилась при участии инженера Б. И. Файнгирша. В .работе также принимали участие врач Н. В. Яблоков и техник А. Г. Сергеева.
3*
19
1. Интенсивность оседания пыли на внутренней поверхности воздушной трубки, сравнительно с интенсивностью оседания пыли на наружных горизонтальных и вертикальных поверхностях прибора.
2. Соотношение температур на поверхностях воздушной трубки и водяной колонки РКШ, поскольку степень нагрева поверхности приборов обусловливает возможность пригорания пыли (от непосредственных исследований по пригоранию пыли пришлось отказаться, ввиду отсутствия надежной методики).
3. Сравнительные перепады температур по высоте помещения при РКШ и при радиаторе типа «Польза», обусловленные в значительной мере количеством тепла, отдаваемого путем конвекции.
4. Сравнительная интенсивность и характер конвективных токов, возникающих от РКШ и от радиатора типа «Польза».
Последние два фактора были подвергнуты изучению в целях: а) определения влияния типов приборов на санитарные условия в помещении (изменение температуры по его высоте) и б) примерного (в связи с отсутствием необходимого лабораторного оснащения для точных замеров) выявления распределения теплоотдачи между конвективной и радиационной.
Методика исследования
Испытания были проведены в помещении вентиляционной лаборатории Института гигиены труда и профзаболеваний Академии 'медицинских наук. Испытуемые приборы устанавливались попеременно в одной позиции — около стены. При опытах с теплоносителем — горячей «одой — монтировался электроподогреватель .в специальной трубе, игравшей роль котелка. Эта труба устанавливалась на 0,5 м ниже самого прибора, что обеспечивало естественную циркуляцию воды. Регулировка производилась с помощью реостатов и «рана двойной регулировки.
Для опытов с паровым нагревом электроподогреватель (стержень со специальной обмоткой, помещенный в ггрубчатый чехол, по длине равный прибору) вводился через нижние соединительные отверстия и устанавливался горизонтально вчутри самого прибора. Верхнее пространство внутри прибора соединялось с U-образным манометром, заполненным водой
Чтобы избежать заполнения прибора воздухом, он целиком заполнялся водой, которая доводилась до кипения. После этого вода постепенно выливалась через нижнее отверстие, а пар заполнял все верхнее пространство. Количество оставляемой в приборе воды было заранее точно вымерено и не превышало 0,5 л; при таком количестве электронагреватель оказывался уже весь покрытым водой.
Изучение каждого из указанных факторов осуществлялось следующим образом.
1. В силу того что весовой .метод для определения оседающей пыли на поверхностях радиатора представлялся техиичесии трудно осуществимым и мало надежным (смывание с поверхности, последующее осаждение, сушка, взвешивание), мы остановились на счетном методе, приняв сравнительным 'Критерием число пылинок, оседавших на предметных стеклах, смазанных канадским бальзамом и укрепленных в различных характерных точках поверхности радиатора (рис. 2).
Испытания проводились в трех различных условиях оседания пыли: 1) в летнее время за длительный период (l'A месяца), когда прибор не нагревался; 2) в условиях попеременного нагрева и охлаждения при естественной запыленности воздуха помещения и 3) в условиях кратковременного 'Искусственного запыления воздуха (ликоподием и тальком) при нагретых радиаторах обоих типов.
2. Для сравнительного изучения температур на поверхности нагретых приборов, температурных перепадов по высоте помещения и влияния на них конвективных токов было специально выбрано лабораторное помещение, в котором отсутствовали наружные ограждения, и таким оутем в значительной степени исключалось влияние падающих конвективных токов около холодных наружных ограждений, а влияние поднимающихся от приборов конвективных токов относительно усиливалось.
Такие условия, конечно, являлись искусственными и несколько отличными от обычных условий эксплоатации нагревательных приборов, «о они способствовали более резкому проявлению характерных тенденций, вызываемых воздействием приборов на воздушную среду. Измерения температур воздуха и на поверхности приборов производились посредством термопар и зеркальных гальванометров с экранами. Измерение температуры воды в приборе производилось проверенными, точными ртутными термометрами, введенными в горячую и обратную подводящие трубы.
3. Измерение скоростей конвективных токов при при нагревании приборов водой производилось электроанемометром, а при нагревании паром—диференциальным
анемометром. Электроанемометр был сконструирован следующим образом: щуп представлял собой термокрест из константановон проволоки, термопары были выполнены из меди — константана.
Результаты испытаний
Результаты испытаний на оседание пыли представлены в виде схематического изображения приборов в местах размещения предметных стекол (рис. 2) и показывают число пылинок, осевших на них за
/ опыт
1672
II опыт
Т Т Т Т Т 1
РКШ
П1 опыт
¡07
Польза
Обозначения:
37
1,г А1.
0,9 _
г,г ~г.У 1о\ 1,0~ " 0±5
0,9
Г Т Т Т Т Т 1
РКШ
— | Предметные стекла на наружной поверхности прибора
и я о» внутренней поверхности
Воядчшной трубки Рнш
\
Рис. 2
время опыта. Из приведенных цифр видно, что оседание пыли на наружных вертикальных поверхностях и внутри воздушной трубки РКШ во много раз меньше, чем на горизонтальных поверхностях: в первом эксперименте (без нагревания прибора), продолжавшемся в течение 1'/2 месяцев, на вертикальных наружных поверхностях количество осевшей пыли оказалось в 26 раз, а внутри воздушной трубки — в 46 раз меньше количества пыли, осевшей на горизонтальных поверхностях; во втором эксперименте при сменяющемся подогреве и оставлении после этого прибора в холодном состоянии в течение 3 суток на вертикальных
наружных поверхностях осело в среднем в 43 раза, а внутри воздушной трубки — в 24 раза меньше пыли, нежели на горизонтальных поверхностях, при третьем эксперименте при искусственном запылении воздуха помещения и нагревании прибора в течение 3 часов количество осевшей пыли на вертикальных наружных поверхностях РКШ было в среднем в 37 раз, а внутри воздушной трубки в 25 раз меньше, чем на горизонтальных поверхностях.
В то же время на вертикальной поверхности радиатора типа «Польза» количество осевшей пыли оказалось в среднем в 17 раз меньше, чем на горизонтальной поверхности.
Результаты измерений поверхностных температур на РКШ снаружи прибора и внутри воздушной трубки приводятся в виде кривой разности средних температур на обеих- поверхностях, изображенной на рис. 3.
Кривая показывает, что с увеличением температурного перепада между средней температурой воды в приборе и окружающим воздухом увеличивается и указанная разность средних температур Дг, доходящая при Д^ = 77°( (при паре) до 6°.
Сравнительные результаты измерений перепадов температуры воздуха в помещении по высоте (между потолком и полом) при обоих типах приборов (при теплоносителях воде и паре) графически выражаются кривыми (рис. 4) соответственно двум точкам под потолком: /— над прибором и 2 — в отдалении от него.
Эти температурные перепады (как указывалось выше, искусственно усиленные) при почти одинаковых условиях нагрева приборов оказались при радиаторе типа «Польза» для точек под потолком непосредственно над приборами в 1'/2—2 раза, а для точек под потолком, удаленных от прибора, в 2—4 раза больше, чем при РКШ.
Результаты измерений скоростей в полях конвективных токов над испытуемыми приборами изображены в виде эпюр скоростей на рис. 5. Эти эпюры построены по средним скоростям для каждых 3 точек, расположенных в одной горизонтальной плоскости.
Сравнение эпюр скорости для обоих радиаторов выявило неожиданную тенденцию: при одинаковом нагреве скорости над радиатором типа «Польза» оказались больше, чем над РКШ.
Таким образом, оказалось, что конвективная отдача тепла радиатором «Польза» происходит сильнее, чем РКШ. Налипание на стену конвективного потока при РКШ наступает на меньшей высоте и более вы-раженно, чем при радиаторе «Польза».
(I, Х- 6Л% 50• ВО• 70' 8ГМ Перепад ие*ди т рой Поды 8 приборе и окружающим боздухом
Рис. 3
Рис. 4
Приведенные результаты косвенно указывают, что при установке обоих радиаторов около стены относительная отдача тепла радиацией больше у РКШ (так как отдача конвекцией меньше), чем у радиатора «Польза». Отсюда и тот неожиданный вывод, что радиатор типа «Польза» оказался в большей мере конвектором, чем радиатор-конвектор РКШ.
Параллельно с этими исследованиям« проводились испытания теплоотдачи обоих приборов, которые в данной статье не разбираются. Мы считаем необходимым указать, что при почти одинаковой общей поверхности нагрева у обоих приборов отдача тепла радиатором типа «Польза» оказалась приблизительно на 16%: выше, чем типа РКШ.
Выводы
Приведенные результаты испытаний на оседание пыли убеждают в том, что оседание внутри воздушной трубки и на наружных вертикальных поверхностях РКШ происходит значительно слабее, чем на горизонтальных поверхностях. Поэтому можно полагать, что загрязнение воздушной трубки осевшей пылью будет довольно медленным и сравнительно небольшим.
Наряду с этим, температура поверхности воздушной трубки будет даже при паровом нагреве не меньше чем на 6,5° ниже поверхностной температуры на паровой части, что уменьшает вероятность пригорания и разложения пыли внутри воздушной трубки при водяном нагреве.
Поэтому, учитывая, что поверхность отдачи тепла, не соприкасающаяся с теплоносителем у РКШ (воздушная часть), составляет около 2/з поверхности теплоотдачи, можно считать, что в большинстве случаев возгонка пыли на поверхности РКШ будет не больше, чем на радиаторе типа «Польза». Это тем более справедливо, что возможность очистки воздушной трубки РКШ при установке прибора открыто у стен не представляет затруднений.
Перепады температуры по высоте в помещении при РКШ будут меньшими, что способствует более равномерному распределению температуры воздуха.
При обычной установке приборов около стен выявилась тенденция к более благоприятному в гигиеническом отношении распределению отдачи тепла радиацией и конвекцией для РКШ сравнительно с радиатором типа «Польза».
Основываясь на приведенных выше данных, можно считать прибор отопления в санитарном отношении не уступающим радиаторам типа «Польза» и «Гамма», широко применяемым на протяжении многих лет.
Таким образом, в данное время нет оснований воздерживаться от массового производства и применения РКШ, если детальные теплотехнические испытания покажут его достаточный тепловой эффект.
РКШ ТГ=69°С
Польза
РКШ
Польза
ПарТ-МО'С ПарТ=ЮО*С
ТоЦ-ЯГЪ ТоГ=Ь9,7%С
Рис. 5. Эпюры скоростей конвективных токов над РКШ и ьад радиатором типа „Польза' № 3
