CC BY
63
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/(м2-°с), (3)
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, (3)
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
