Методика оценочного расчета тепловых параметров применительно к радиаторам водяного отопления

С. А. Лысцев, А.В. Азин, ЗАО «Антарес ПРО»С. А. Лысцев, А.В. Азин, ЗАО «Антарес ПРО»
С. А. Лысцев, А.В. Азин, ЗАО «Антарес ПРО»
В предыдущем номере журнала «МИР КЛИМАТА» была представлена методика оценочного расчета тепловых параметров водяных завес. В соответствии с ней мощность воздушной завесы с водяным теплообменником с хорошей степенью точности определяется значением температуры воды на выходе теплообменника T W Х и практически не зависит от температуры воды на входе в теплообменник T W Г:

W ≈ 4,2 ∙ C K ∙ (T W Х — T A ). (1)

Здесь W — тепловая мощность завесы, кВт; T A —температура окружающего воздуха, ºС; 4,2 — произведение теплоемкости воды на плотность воды, кДж∙л -1 ∙ ºС -1 ; C K — близкая к постоянной величина размерности л/с, характеризующая теплообменник при некотором фиксированном расходе воздуха.

Величина C K имеет достаточно простой физический смысл. При расходе воды через теплообменник G W , численно равном значению C K , температура воды на выходе теплообменника T W Х установится посередине между исходными температурами теплообменных сред: воды на входе в теплообменник (T W Г ) и окружающей среды (T A ).

Значения величины Ск при различных подключениях радиатора к теплосистеме
Рис. 1. Значения величины Ск при различных подключениях радиатора к теплосистеме: 1)вн д – вход сверху, выход снизу по диагонали, ТwГ=75, TA=20; 2) нн – вход снизу, выход снизу, ТwГ=75, TA= 20; 3) нВ – вход снизу, выход сверху с той же стороны, ТwГ=75, TA= 20; 4) вн= 75 – вход сверху, выход снизу с той же стороны, ТwГ= 75, TA= 20; 5) вн 50 – вход сверху, выход снизу с той же стороны, ТwГ= 50, TA= 20; 6) вн 40 – вход сверху, выход снизу с той же стороны, ТwГ= 40, TA= 20
Значения величины Сr при различных подключениях радиатора к теплосистеме
Рис. 2. Значения величины CR при различных подключениях радиатора к теплосистеме: 1) вн д – вход сверху, выход снизу по диагонали, ТwГ=75, TA=20; 2) нн – вход снизу, выход снизу, ТwГ=75, TA=20; 3) нВ п – вход снизу, выход сверху с той же стороны, ТwГ=75, TA=20; 4) вн п 75 – вход сверху, выход снизу с той же стороны, ТwГ=75, TA=20; 5) вн п 50 –вход сверху, выход снизу с той же стороны, ТwГ=40, TA=20
Указанный подход может быть применим и для определения параметров водяных тепловых пушек и водяных тепловентиляторов, поскольку они несильно отличаются от водяных воздушных завес по принципу действия: и здесь и там мы имеем дело с водяным теплообменником, обдуваемым воздушным потоком. Однако на недавнем совещании по вопросам верификации в АПИК технический директор предприятия «Рустропик» А. В. Пухов предположил, что указанная методика в той или иной мере может применяться и к радиаторам водяного отопления, несмотря на то что у них нет принудительного обдува, а съем тепла осуществляется с помощью естественной конвекции. Дело в том, что применяющийся в настоящее время подход к расчету тепловой мощности радиаторов при некоторых произвольных условиях (параметрах системы) громоздок и сложен. Например, в рекомендациях по применению алюминиевых секционных радиаторов предлагается рассчитывать тепловую мощность радиатора системы водяного отопления с помощью следующей формулы:

W = W ну ∙ (((T W Г + T W Х ) /2 — T A ) /70) 1+n

c ∙ (G W / 0,1) m ∙ b ∙ β, (2)

где W ну — номинальный тепловой поток радиатора при нормальных условиях, кВт;

G W — расход теплоносителя через радиатор, л/с;

n и m — эмпирические показатели степени (принимаются по таблицам);

c, b и β — поправочные коэффициенты (принимаются по таблицам).

Следует отметить, что расход воды через радиатор GW и температура воды на выходе радиатора T W Х являются взаимозависимыми величинами и не могут устанавливаться произвольно: чем выше расход воды через радиатор, тем ближе значение температуры воды на выходе приближается к значению температуры воды на входе радиатора и наоборот. То есть выражение (2) оказывается переопределенным. К тому же если известны значения температур воды на входе и выходе радиатора и расход воды через радиатор, то тепловую мощность радиатора проще получить из уравнения теплового баланса:

W = 4,2 ∙ G W ∙ (T W Г — T W Х). (3)

Если же неизвестна температура воды на выходе радиатора либо неизвестен расход воды через радиатор, то формула (2) оказывается бесполезной. Мы решили исследовать, в какой мере изложенная ранее методика оценочного расчета тепловых параметров водяных завес может быть применима к радиаторам водяного отопления. Настоящая статья носит лишь оценочный характер и не претендует на полноту описания тепловых процессов в радиаторах воздушного отопления. В качестве объекта исследования был взят алюминиевый радиатор «GLOBAL AL ISEO 500» (6 секций). В процессе проведения эксперимента снимались значения температуры воды на входе и выходе радиатора и температуры окружающего воздуха при нескольких значениях расхода воды от 0,4 до 0,015 л/с. По полученным результатам рассчитывалась зависимость величины C K от расхода воды через радиатор при нескольких стандартных подключениях радиатора: вход вверху — выход внизу с той же стороны, вход внизу — выход вверху с той же стороны, вход внизу — выход внизу, вход вверху — выход по диагонали внизу. По причинам недостаточной точности проведения замеров очень малых расходов воды на имеющейся экспериментальной установке испытания на расходах воды через радиатор менее 0,015 л/с не проводились. Соответственно, получаемая разность температур воды на входе и выходе радиатора при проведении испытаний не превышала 11 градусов. Полученные результаты указывают, что в некоторых пределах значений температур воды на входе и выходе при малых и средних расходах воды величину С к можно приближенно считать постоянной (рис. 1). Однако при значительном изменении температуры воды на входе радиатора значение квазипостоянной величины С к существенно изменялось, что, видимо, связано с изменением условий конвекции и съема тепла с поверхности радиатора. В первом приближении можно считать, что С к пропорционально корню квадратному разницы температур воды на входе радиатора и окружающего воздуха:

С к ≈ C R ∙ (T W Г — T A ) 0,5 . (4)

Зависимость тепловой мощности радиатора от расхода воды через радиатор при четырех значениях температуры воды на входе
Рис. 3. Зависимость тепловой мощности радиатора от расхода воды через радиатор при четырех значениях температуры воды на входе
Появившаяся здесь квазипостоянная величина C R фактически определяет теплофизические свойства конкретного радиатора при разных расходах воды и разных температурах воды на входе радиатора. Для исследуемого 6-секционного алюминиевого радиатора «GLOBAL AL ISEO 500» значение величины C R ≈ 0,0005 (рис. 2).

Тогда для приближенной оценки мощности радиатора при неизвестном расходе через радиатор (обычно, когда радиатор уже установлен, сложно замерить расход воды через него, но возможно с некоторой степенью точности определить температуру воды на входе и выходе радиатора) можно применять следующее выражение:

W ≈ 4,2 ∙ C R ∙ (T W Х — T A ) ∙ (T W Г — T A ) 0,5 . (5)

Если же, например, при проектировании системы теплоснабжения расход через радиатор задан, но неизвестна температура воды на выходе радиатора, ее значение можно получить исходя из выражений (3) и (5):

T ~ W~ Х = (G W ∙ T W Г + C R ∙ (T W Г — T A) 0,5 ∙ T A ) / (C R ∙ (T W Г — T A ) 0,5 + G W ). (6)

Мощность радиатора рассчитывается по уравнению теплового баланса (3) (рис. 3).

В заключение хотелось бы отметить, что технический отдел АПИК, на наш взгляд, обладает требуемым лабораторным оборудованием и при необходимости смог бы разработать соответствующую методику и проводить верификацию также и радиаторов водяного отопления.

С. А. Лысцев, А.В. Азин, ЗАО «Антарес ПРО»



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест