Авторы В. Гершкович, канд. техн. наук, Центр энергосбережения КиевЗНИИЭП,

М. Луценко, канд. техн. наук, «Терморос Украина»

Среди различных теплофизических признаков отопительных приборов масса содержащейся в них воды еще недавно не относилась к числу важнейших, и вспоминали об этом признаке обычно лишь при подборе расширительных сосудов системы отопления. Теперь, когда отопление стало регулируемым, изготовители конвекторов, внутри которых содержится относительно немного воды, к преимуществам своей продукции относят возможность более эффективного регулирования.

Для количественной оценки эффективности регулирования теплопотребления отопительными приборами с небольшой внутренней ёмкостью предприятием «Терморос Украина» было организовано специальное исследование, которое было проведено в лаборатории бельгийского завода JAGA , где производятся отопительные приборы со специальной маркировкой Low H 2 O , то есть с низким содержанием воды внутри прибора.

Мы были не первыми исследователями, которым посчастливилось воспользоваться уникальными возможностями теплофизической лаборатории современного европейского предприятия для получения новых научных результатов. Интересные испытания [1, 2] были проведены здесь ранее российскими учеными и инженерами, которые подробно описали особенности заводского испытательного стенда, что дает нам возможность, не повторяясь, отослать тех, кто интересуется деталями, к упомянутым работам.

Отметим только, что создателями лаборатории создан не только совершенный научный комплекс, но и впечатляющий учебный центр, в котором за результатами исследований может одновременно следить аудитория, на стенах которой каждые семь секунд отображаются новые данные текущих испытаний.

Но вернемся к нашему исследованию, которое должно было дать однозначный ответ на простой вопрос. Мы поставили своей целью выяснить, действительно ли экономится тепловая энергия при регулировании теплопотребления отопительным прибором Low H 2 O , и, если расход тепла сокращается, то насколько?

Для исследования были отобраны два отопительных прибора, один из которых относился к классу Low H 2 O , и внутри него содержалось 2,376 л воды, а второй радиатор был многосекционным, и воды в нем было 29 л. Оба отопительных прибора практически не отличались по величине номинальной тепловой мощности (1776 и 1825 Вт соответственно). Каждый из отобранных отопительных приборов был установлен в отдельном помещении ( рис. 1 ), находящемся внутри климатической камеры, где во время исследования поддерживалась температура -11 (+0,5) °С, рассчитанная из условия теплового баланса помещений, обогреваемых отобранными радиаторами при подаче в них теплоносителя с температурами 80-60 °С.

В каждом из помещений был установлен теплоэлектронагреватель (ТЭН) мощностью 1,2 кВт, условно имитирующий солнечное излучение, которое при отсутствии регулирования должно повышать температуру в помещении, в то время как при эффективном регулировании в этом случае должна экономиться тепловая энергия, подаваемая от котла на отопительные приборы. Поскольку предметом исследования были не регуляторы температуры, а радиаторы, было решено отключать вручную любой из отопительных приборов при повышении температуры до 21 °С в обогреваемом помещении, а при понижении температуры до 19 °С циркуляция теплоносителя восстанавливалась. Именно в таком режиме должен работать вполне совершенный термостатический клапан, идеально настроенный на регулирование в зоне пропорциональности 2 К.

Было проведено три серии испытаний. В течение первой серии ТЭНы, имитирующие солнечное излучение, включались на 10 мин., после чего отключались на такой же промежуток времени. Вторая серия испытаний проводилась при 15-минутной, а третья — при 20-минутной паузе в работе ТЭНов, что соответствовало трем режимам переменной облачности в реальных условиях эксплуатации.

Результаты исследования иллюстрируются рис. 2-4 . Верхние графики на каждом рисунке фиксируют изменение температуры помещений. Красно-голубая прямая в верхней части графика указывает на работу ТЭНа (красный цвет) или на его отключение (голубой). На нижних графиках показаны расходы тепловой энергии, вычисленные по программе с учетом измеренного расхода теплоносителя и его температур на входе в отопительный прибор и на выходе из него. Характер кривых указывает на цикличность изменения температур, причем частота циклов в помещении, обогреваемом радиатором Low H 2 O , выше, чем в помещении, обогреваемом секционным радиатором.

Важным моментом исследования является выбор характерного отрезка времени, в течение которого должны учитываться тепловые потоки от отопительных приборов. Было бы неправильно прерывать исследования, не дождавшись завершения более продолжительного цикла, характерного для секционного радиатора. В первом исследовании ( рис. 2 ) полных два цикла охватывают промежуток времени между 3 часами 25 мин. и 6 часами 48 мин. Именно этот промежуток времени является определяющим для этого исследования Поэтому на нижних графиках, фиксирующих расходы тепла, отмечен тот же временной интервал, в течение которого расход тепла, подаваемого в радиатор LowH 2 O , составил 2,374 кВт . часа, в то время как в секционный радиатор было подано 3,567 кВт . часа тепловой энергии. Таким образом, при применении радиатора Low H 2 O можно сэкономить 1,193 кВт . часа за 203 мин., или 5,88 Вт . часа за мин. Во втором исследовании ( рис. 3 ) полных два цикла секционного радиатора охватывают промежуток времени между 1 часом 09 мин. и 4 часами 28 мин. За этот промежуток времени (199 мин.) малоинерционный отопительный прибор Low H 2 O успевает совершить восемь циклов последовательного нагревания и охлаждения при одинаковом воздействии внешней тепловой нагрузки, которая воздействует в этом исследовании в течение 10 мин. с 15-минутной паузой. При рассмотрении графиков, фиксирующих расходы тепловой энергии, принимаются во внимание величины, относящиеся к тому же временному интервалу. Расход тепловой энергии отопительным прибором Low H 2 O составил 3,361 кВт . часа, в то время как в секционном радиаторе было израсходовано 4,612 кВт . часа. Разница составила 1,251 кВт . час, или 6,28 Вт . часа/мин.

Соответствующие результаты, полученные за 184 мин. третьего исследования ( рис. 4 ), показали, что экономия тепловой энергии при использовании отопительного прибора Low H 2 O составила:

4,579 - 3,406 = 1,173 кВт . часа или 6,375 Вт . часа/мин.

Сводные результаты исследования эффективности применения малоинерционного отопительного прибора Low H 2 O по сравнению с инерционным секционным радиатором представлены в таблице .

Выводы

1. В процессе регулирования теплопотребления отопительным прибором при переменной тепловой нагрузке помещения использование малоинерционного радиатора Low H 2 O вместо секционного приводит к экономии тепловой энергии от 26 до 33%.

2. Чем продолжительнее воздействие на отапливаемое помещение внешней тепловой нагрузки, тем эффективнее можно регулировать теплопотребление малоинерционным отопительным прибором.

■

Авторы выражают благодарность инженерам исследователям завода JAGA Эдвину Маэс и Марку Руисон , подготовившим испытательный стенд, а также администрации завода, которая активно содействовала проведению исследования. ■

Литература

1. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Экспериментальные исследования оптимального управления расходом энергии // АВОК. — № 1. — 2006.

2. Лапин В.М., Аршакян А.С., Уру сов М.Х. Переходные процессы нагрева/охлаждения отопительных приборов по испытаниям в климатической камере // АВОК. — № 5. — 2006.