Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Экспериментальные исследования радиаторных узлов однотрубной системы отопления

Experimental Studies of Radiator Units in a Single-pipe Heating System

M. Timofeyev, Deputy Technical Director, Head of Test Laboratory at Danfoss; F. Shapovalov, Testing Engineer at Danfoss

Keywords: radiator unit, heating appliance, bypass, heat emission, radiator share

Studies were conducted to determine the impact of such factors as flow direction and flow rate of heat transfer media through a riser, temperature head, terminal section design, and throughput of control valves on heat emission of a radiator unit and radiator share of heat transfer media in a heating appliance of a single-pipe heating system.

Описание:

Проведены исследования с целью определения влияния таких факторов, как направление движения и расхода теплоносителя через стояк, температурный напор, конструкция замыкающего участка, пропускная способность регулирующей арматуры на теплоотдачу радиаторного узла и коэффициент затекания теплоносителя в отопительный прибор в однотрубной системе отопления. 

Экспериментальные исследования радиаторных узлов однотрубной системы отопления

Проведены исследования с целью определения влияния таких факторов, как направление движения и расхода теплоносителя через стояк, температурный напор, конструкция замыкающего участка, пропускная способность регулирующей арматуры на теплоотдачу радиаторного узла и коэффициент затекания теплоносителя в отопительный прибор в однотрубной системе отопления.

Исследования проведены на примере радиаторного узла, состоящего из отопительного прибора, смещенного замыкающего участка (байпаса) и регулирующей арматуры. Схема радиаторного узла с различными вариантами подачи теплоносителя представлена на рис. 1.

Рассматривались три варианта организации движения теплоносителя (радиаторные узлы с различными схемами движения теплоносителя), представленные на рис. 2. Замыкающие участки изготовлены из ВГП-труб. Горизонтальные элементы – DN20, вертикальные (байпас) – DN15.

  • Вариант 1. Подача теплоносителя сверху.
  • Вариант 2. Подача теплоносителя снизу.
  • Вариант 3. Экспериментальный. С целью разделения потоков в горизонтальные трубы в местах приварки вертикального элемента вварены перегородки. Подача теплоносителя снизу.

Испытательный стенд

Испытательный стенд (рис. 3) состоял из отопительного прибора, замыкающих участков, показанных на рис. 2 (устанавливались поочередно), двух расходомеров и балансировочного клапана. Вместо терморегулятора устанавливалась сборка, состоящая из балансировочного клапана и расходомера 2, имеющая возможность настройки на пропускную способность Кv = 2,14 и 4,5 м3/ч при помощи изменения настройки балансировочного клапана. Таким образом имитировалась пропускная способность терморегулятора при 2К. В качестве отопительного прибора рассматривался семисекционный биметаллический радиатор с межосевым расстоянием 500 мм.

Стенд был помещен в испытательную камеру, отвечающую требованиям ГОСТ  53583, в которой поддерживалась температура воздуха 20 °С. Теплоотдача радиаторного узла определялась исходя из разности температур теплоносителя на входе (Твх) и выходе (Твых) из стенда и расходов, определяемых по показаниям расходомера 1 (Gст). Расход теплоносителя через прибор (Gпр) определялся по показаниям расходомера 2, коэффициент затекания теплоносителя в радиатор рассчитывался как отношение показаний расходомера 1 к показаниям расходомера 2. Теплоноситель – вода. Температура теплоносителя на входе и выходе из испытательного стенда (Т1 и Т2) определялась при помощи погружных термометров, температура воздуха (Твозд) в испытательной камере определялась в точке, расположенной на центральной оси камеры на высоте 0,75 м от пола.

Испытания проведены при диапазоне расходов теплоносителя на входе в стенд (Gст) 100-360 кг/час и температурных напоров 30, 50 и < 70 0С . Температурный напор рассчитывался по формуле ΔТ = (Т1 +Т2) / 2 – Твозд.

Результаты испытаний

Теплоотдача

Следует уточнить, что в данных экспериментах определена теплоотдача всего радиаторного узла, включающего помимо отопительного прибора элементы его обвязки: замыкающий участок, балансировочный клапан, расходомер, трубопроводы.

Результаты экспериментов по определению теплоотдачи радиаторного узла при пропускной способности терморегулятора 2,14 кг/ч в графическом виде представлены на рис. 4.

Наибольшая теплоотдача соответствует верхней подаче теплоносителя (вариант 1), наименьшие значения теплоотдачи имеют место при нижней подаче теплоносителя (вариант 2). Вариант 3 с нижней подачей теплоносителя и перегородками занимает среднее положение.

Теплоотдача при нижней подаче теплоносителя (вариант 2) при параметрах, принятых в ГОСТ 53583 для определения номинального теплового потока (расход 360 кг/ч, температурный напор 70 °С), на 26 % ниже, чем при варианте подачи теплоносителя сверху (вариант 1).

В варианте 3 (применение перегородок в замыкающем участке) теплоотдача на 14 % ниже, чем при верхней подаче теплоносителя, но тем не менее выше на 17 %, чем при варианте с нижней подачей теплоносителя, но без перегородок (вариант 2).

Коэффициент затекания

Результаты экспериментов по определению коэффициентов затекания теплоносителя в отопительный прибор в графическом виде представлены на рис. 5, 6, 7.

Коэффициент затекания зависит от расхода, температурного напора, направления движения теплоносителя по замыкающему участку и пропускной способности терморегулятора.

При верхней подаче теплоносителя в отопительный прибор (варианты 1 и 3) с увеличением расхода теплоносителя через стояк коэффициент затекания уменьшается, при нижней (вариант 2) – увеличивается. При расходах теплоносителя более 200 кг/ч коэффициенты затекания примерно равны для вариантов 1 и 2 с верхней и нижней подачей теплоносителя и не зависят от температурного напора.

При нижней подаче теплоносителя, но при установке перегородок для разделения потоков в замыкающем участке (вариант 3), коэффициент затекания при этих же расходах теплоносителя ниже примерно в два раза.

При малых расходах теплоносителя (менее 130 кг/ч) и подаче его снизу (вариант 2) наблюдается прекращение движения теплоносителя через прибор и его обратное движение (отрицательные коэффициенты затекания).

Пропускная способность терморегулятора (Кv) во всех исследованных вариантах оказывает влияние на коэффициент затекания. Так, при расходах теплоносителя более 250 кг/ч увеличение Кv примерно в два раза приводит к увеличению коэффициента затекания для вариантов 1 и 2 в 1,5 раза, для варианта 3 – в 1,3–1,4 раза.

Подводя итоги, можно отметить следующее.

  • Теплоотдача радиаторного узла при верхней подаче теплоносителя по стояку существенно выше, чем при вариантах с нижней подачей.
  • При малых расходах теплоносителя по стояку заметно влияние гравитационного движения теплоносителя по контуру «отопительный прибор – замыкающий участок». При этом при подаче теплоносителя в верхний патрубок отопительного прибора направление этого движения совпадает с направлением основного движения, при подаче в нижний – имеет противоположное направление. Это особенно заметно при высоких температурах теплоносителя. В случае подачи теплоносителя в нижний патрубок отопительного прибора при определенных сочетаниях расходов и температурных напоров отопительный прибор не участвует в отоплении помещения из-за отсутствия поступления теплоносителя в него.
  • В качестве способа увеличения теплоотдачи при нижней подаче теплоносителя по стояку можно рекомендовать установку перегородок в замыкающем участке, позволяющих организовать подачу теплоносителя в верхний патрубок отопительного прибора. Изменяя геометрию замыкающего участка, можно повысить коэффициент затекания, что должно привести к увеличению теплоотдачи.
  • Коэффициент затекания теплоносителя в отопительный прибор существенно зависит от пропускной способности терморегулирующей арматуры. Ее увеличение в два раза приводит к возрастанию коэффициента затекания до 1,5 раз.
купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №3'2021

PDF pdf версия


Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Сертификационный центр АВОК
Реклама на нашем сайте
Онлайн-словарь АВОК!