Определение теплоотдачи алюминиевого радиатора
Автор: Верещагин А.Ю., Латышова Н.В.
Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka
Статья в выпуске: 7 (11), 2017 года.
Бесплатный доступ
В статье представлен анализ исследования влияния конструктивных и режимных параметров работы нагревательного прибора марки ROYAL Termo Evolution на его тепловые характеристики. Рассмотрены основные факторы, которые определяют показатели теплопередачи.
Радиатор, теплоотдача, система отопления, плотность тепловой поток
Короткий адрес: https://sciup.org/140279404
IDR: 140279404
Текст научной статьи Определение теплоотдачи алюминиевого радиатора
В настоящее время широкое распространение получили алюминиевые нагревательные приборы импортного производства. Производитель предоставляет минимум данных по их теплотехническим характеристикам. Коэффициент теплопередачи разрабатываемых нагревательных приборов устанавливается опытным путем, т.к. очень трудно учесть все факторы, влияющие на него. Основными факторами, определяющими теплоотдачу, являются конструктивные особенности и температурный напор.
Целью работы является исследование влияния конструктивных и режимных параметров работы нагревательного прибора марки ROYAL Termo Evolution на его тепловые характеристики.
Проведем экспериментальное определение тепловых характеристик алюминиевого нагревательного прибора, состоящего из 8 секций. Для этого в лаборатории УНЦЭИ была собрана установка, представленная на рис. 1.

Рисунок 1- Схема экспериментальной установки
Циркуляция теплоносителя через водонагреватель 2 обеспечивается насосом 3 и позволяет получить температуру до 80 ºС. Тепловая нагрузка нагревательного прибора определялась по показаниям расходомера (4) и двух хромель-копелевых термопар (9, 10). Термопары зачеканены в металлических подводках к прибору на входе и выходе из него и подключены через многопозиционный переключатель 7 к милливольтметру 8. Холодные спаи термопар погружены в сосуд Дьюара 6 с тающим льдом. Для улавливания загрязнений перед расходомером установлен сетчатый фильтр 5. Пере- носной измеритель плотности тепловых потоков ИТП-МГ4.03/Х(У) «ПОТОК» (10) имеет три датчика температуры, семь датчиков плотности теплового потока и позволяет проводить замеры этих параметров в любой точке радиатора с определенным временным интервалом. Датчики теплового потока были установлены на внешней поверхности ребра по высоте крайних и центральной (пятой) секций (рис. 2).

Рисунок 2- Установка датчиков на радиаторе
В стационарном тепловом режиме регистрировались следующие величины:
-
а) расход теплоносителя;
-
б) ЭДС термопар, установленных на входе и выходе из радиатора;
-
в) тепловые потоки и температуры по высоте секций;
-
г) температура воздуха в помещении.
Замеры проводили в диапазоне температур греющего теплоносителя 40…80 ºС при расходах 0,13…0,22 м3/ч. Тепловая нагрузка отопительного прибора определялась по расходу и разности температур теплоносителя. Результаты экспериментальных данных представлены на рис. 3.

Рисунок 3 - Тепловая мощность секции прибора в зависимости от разности температур теплоносителя и воздуха: 1 – экспериментальные данные; 2 – определенная по уравнению (1); 3 - определенная по уравнению (4)
Для всех типов отечественных нагревательных приборов в справочной литературе приводятся такие характеристики как коэффициент теплопередачи прибора k пр и площадь поверхности секции f .
В настоящее время в паспортных данных новых типов нагревательных приборов производителем указывается тепловая мощность секции в номинальных условиях q ном , то есть при расходе теплоносителя 0,1 кг/с и разности средней температуры теплоносителя и воздуха в помещении 70ºС, что соответствует графику регулирования 105/70 ºС и температуре в помещении 18ºС. Большинство систем отопления работает по графику 95/70 ºС, а для некоторых зданий необходим пониженный температурный график, то есть даже в расчетном режиме заявленная тепловая мощность секции нагревательного прибора будет отличаться от фактической.
В этом случае используется поправочный коэффициент k, учитывающий отличие расчетных условий от номинальных, и плотность теплового потока секции определяется по зависимости q= qном· k (1).
Для данного типа нагревательных приборов диапазон изменения коэффициента k в зависимости от средней разности температур теплоносителя и воздуха в помещении Δtср составляет 0,48…1,04. Для удобства использования эти данные аппроксимированы уравнением k = 0,0174· Δtср - 0,2193. (2)
В паспорте для прибора марки Termo Evolution указана тепловая мощность секции q ном=203 Вт, которая с учетом влияния коэффициента k показана линией 2 (рис. 3).
Влияние основных параметров на плотность теплового потока описывается уравнением, Вт/м2,
p qпр = m-(Atср) ^0,1 J (3)
где G – расход теплоносителя, кг/с; m , n , p – коэффициенты.
На основании экспериментальных данных определены эмпирические коэффициенты n =0,15, а m =4,5, р =0,01. Показатель р в формуле (3), характеризующий влияние расхода теплоносителя при схеме подключения «сверху-вниз» на тепловой поток влияет незначительно. Основное влияние на теплоотдачу прибора оказывает разность температур теплоносителя и воздуха в помещении.
Опытным путем была определена площадь наружной поверхности секции радиатора f =0,389 м2. Общий тепловой поток секции в этом случае будет
Q = q пр · f . (4)
Зависимость тепловой мощности секции от температуры по уравнению (4) с учетом (3) показана линией 3 (рис. 3). Отклонение опытных точек от расчетной зависимости не превышает 8%.
Таким образом, тепловой поток, описываемый уравнением (4) совпадает с фактической тепловой мощностью прибора и превышает заявленное изготовителем значение в среднем на 23 Вт во всем диапазоне изменения температур (или 11% при номинальных условиях).
Особенностью конструкции рассматриваемого алюминиевого секционного радиатора является наличие вертикального коллектора, который имеет параллельные ребра, образующие четыре межреберных канала прямо- угольной формы. Теплоноситель проходит внутри вертикального коллектора, поэтому температура поверхности ребер ниже температуры теплоносителя на 16…27%. За счет хорошей теплопроводности алюминия температура поверхности радиатора по секциям практически не изменяется. Наблюдается понижение температуры поверхности по высоте ребра. Степень изменения этой температуры определяется с помощью датчиков теплового потока измерителя ИТП (10), которые были установлены как показано на рис. 2.
Измерялась плотность теплового потока крайних и центральной секции радиатора (рис. 4). Изменение плотности теплового потока по высоте секции составляет 6%. Различие тепловой мощности каждой секции также колеблется слабо и для крайних секций практически совпадает со средними в пределах погрешности прибора (рис. 4). Экспериментальные значения, рассчитанные через общий тепловой поток и поверхность секции, совпадают с q пр , определенной по формуле (3) показанной линией (1).

Рисунок 4 - Поверхностная плотность теплового потока: 1 – определенная по уравнению (3); 2 – средняя с лицевой поверхности ребра; 3 – экспериментальная, определенная через общий тепловой поток и поверхность секции; 4 – определенная при помощи измерителя ИТП
Как видно из рисунка, измеренная плотность теплового потока с лицевой поверхности будет выше, чем средняя плотность теплового потока со всей поверхности ребер секции (линия 2). Это объясняется тем, что температура поверхности ребер секции ниже, чем температура теплоносителя.
Нагреваемый воздух, проходя во внутренних каналах ребер, имеет температуру более высокую, чем воздух, соприкасающийся с лицевой поверхностью, поэтому теплоотдача с поверхности внутренних ребер будет меньше, чем теплоотдача с лицевой ребра, а расчеты проводятся по средней плотности теплового потока.
Выводы:
-
1. Фактическая тепловая мощность секции составляет 225 Вт по сравнению с 203 Вт, заявленными производителем.
-
2. Получено расчетная зависимость для плотности теплового потока алюминиевых радиаторов типа Termo Evolution (уравнение 3).
-
3. Влияние расхода на теплоотдачу радиатора при подключении его по схеме «сверху-вниз» нивелируется вследствие высоких теплотехнических характеристик алюминия.
-
4. Экспериментально показано различие плотности теплового потока снаружи и внутри ребер.
-
5. Теплоотдача с лицевой стороны ребра на 11% выше средней плотности теплового потока секции прибора.
Список литературы Определение теплоотдачи алюминиевого радиатора
- Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учеб. для вузов. - М.: Стройиздат, 1991. - 735 с.
- Информационный портал kp.ru [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.kp.ru/guide/aljuminievye-radiatory.html (дата обращения: 01.03.2017).
- Информационный портал teplo.guru [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://teplo.guru/radiatory/aluminievye/alyuminievye-radiatory-otopleniya.html (дата обращения: 01.03.2017).