Отопительные приборы со встроенными терморегуляторами

В. Л. Грановский, канд. техн. наук, МНИИТЭП

Конструктивные варианты

За последние 4–5 лет на российском рынке отопительного оборудования появился целый спектр различных моделей отечественных ОПТР, способных на равных конкурировать с зарубежными аналогами (рис. 1, 2).

Рисунок 1. Радиаторы со встроенными терморегуляторами: а) стальной штампованный; б) стальной трубчатый; в) биметаллический секционный; г) алюминиевый секционный

Рисунок 2. Конвекторы со встроенными терморегуляторами: а) стальной настенный с кожухом; б) биметаллический напольный с кожухом; в) стальной напольный без кожуха г) биметаллический «подпольный»;

Конструктивные варианты приборов обеспечивают возможность их применения практически во всех типах систем отопления (рис. 3, 4).

Рисунок 3. Системы отопления с вертикальными стояками: а) вариант однотрубной разводки: ОПТР с боковым присоединением; термостат – однотрубный; байпас – встроенный, нерегулируемый; б) вариант двухтрубной разводки: ОПТР с боковым присоединением; термостат – двухтрубный; байпас – отсутствует

Рисунок 4. Системы отопления с горизонтальной поквартирной разводкой: а) вариант однотрубной разводки: ОПТР с нижним присоединением; термостат – однотрубный/двухтрубный; байпас – регулируемый в клапане RLV-K; б) вариант двухтрубной разводки: ОПТР с нижним присоединением; термостат – двухтрубный; байпас – закрыт в клапане RLV-K

Для обеспечения такого конструктивного многообразия ОПТР компания «Данфосс» разработала большой набор конструктивных вариантов термостатических клапанов (рис. 5). Часть из них выполнена на базе традиционных типов клапанов, другие представлены в виде специальных клапанов, встраиваемых непосредственно в коллекторы радиаторов или трубопроводы конвекторов.

Рисунок 5. Варианты термостатических клапанов «Данфосс», применяемых в ОПТР

ОПТР с боковым присоединением к трубопроводам системы отопления имеют, как правило, патрубки с требуемым межцентровым расстоянием и вариантами исполнения стыковочных участков (под сварку, резьбу и пр.). В варианте однотрубного исполнения ОПТР патрубки соединены между собой перемычкой, нерегулируемым замыкающим участком требуемого диаметра, выполненным в заводских условиях, что обеспечивает стабильность гидравлических характеристик замыкающего участка.

ОПТР с нижним присоединением к трубопроводам систем отопления имеют патрубки, выполненные, как правило, в двух вариантах присоединения:

• непосредственно к трубопроводам с помощью фитингов, муфт и пр.;

• для присоединения через Н-образный клапан типа RLV-K (рис. 4).

Для применения в двухтрубных системах отопления ОПТР оснащают двухтрубным встроенным термостатическим клапаном, а регулируемый замыкающий участок, встроенный в RLV-K, полностью перекрывается. Для применения в однотрубных системах ОПТР оснащают однотрубным клапаном, а замыкающий участок в RLV-K открывают на нужную величину, обеспечивающую требуемый коэффициент затекания. Допускается применение ОПТР с двухтрубным клапаном в однотрубной горизонтальной системе отопления с двухтрубными стояками.

Методика испытаний и расчета

Одним из важнейших вопросов в определении характеристик ОПТР является методика их испытаний и расчетов. В работе [1], а также в более подробном ее изложении (см. сайт www.heating.danfoss.ru, раздел «Press release») был представлен анализ используемых в настоящее время методов испытаний ОПТР.

Существующая методика, применяемая в настоящее время, базируется на рассмотрение ОПТР как единого устройства и заключается в следующем:

• теплоотдачу и гидравлические характеристики ОПТР получают, соответственно, в специальной термостатированной камере и на гидравлическом стенде по стандартной методике [2], разработанной для стандартных отопительных приборов;

• в случае испытания ОПТР с байпасом коэффициент затекания вычисляют из соотношения теплоотдачи ОПТР к теплоотдаче стандартного прибора.

Безупречная, на первый взгляд, логика испытаний при более детальном рассмотрении имеет существенный недостаток. Во время испытаний степень открытия термостатического клапана должна соответствовать определенному расчетному положению – так называемому положению 2К. Данное положение клапана, в силу определенных причин, детально рассмотренных в работе [1], невозможно с необходимой точностью обеспечить в рамках описанной выше методики, что делает ее методически некорректной, а практически приводит к ошибкам в результатах испытаний ОПТР.

Предлагаемая методика (методика МНИИТЭП) базируется на рассмотрении конструкции ОПТР как суммы стандартных элементов, таких как:

• стандартный отопительный прибор (без термостата и замыкающего участка);

• термостатический клапан, конструктивно соответствующий данному типу ОПТР;

• замыкающий участок (для однотрубных систем): встроенный (нерегулируемый) или пристроенный (регулируемый).

Характеристики отопительных приборов и термостатов получают на стандартных испытательных стендах по стандартизированным методикам [2, 3], специфичным для каждого из устройств и обеспечивающих строго заданные условия испытаний.

Характеристики встроенного нерегулируемого замыкающего участка (коэффициент затекания) как отдельного конструктивного элемента заводского изготовления получают в ходе специальных гидравлических испытаний, проводимых по классическим методикам. Пример представления гидравлических характеристик нерегулируемого замыкающего участка для конвекторов типа «Сантехпром Авто», «Универсал», «Комфорт», «Тропик» и т. п. с межцентровым расстоянием 80 мм, а также принципиальная схема испытательного стенда для определения этих характеристик представлены в работе [1].

Коэффициенты затекания для регулируемого замыкающего участка, встроенного в RLV-K, могут быть получены из номограммы (рис. 6) или из более компактных вариантов ее представления [1].

Тип ОПТР Коэффициент затекания Результаты испытаний по данным [5, 6, 7] Результаты проверочного расчета «Конрад Термо» 0,18 0,295 «Сантехпром Авто» 0,24 0,297 «НовоТерм» 0,18 0,33

Рисунок 6 (подробнее)   Номограмма расчета гидравлических характеристик ОПТР с RLV-K

Суммарные гидравлические характеристики ОПТР получают путем алгебраического сложения характеристик его элементов на основе определенной последовательности и известных формул, приведенных в работе [1]. Единственным условием корректности результатов, получаемых по данной методике является стабильность характеристик элементов, которая должна обеспечиваться стабильностью технологии их производства.

Сопоставление методик. В работе [1] были показаны возможные отклонения в результатах испытаний ОПТР по существующей методике на основе анализа процессов регулирования. Здесь же мы проанализируем и прокомментируем, как эти же результаты соотносятся с данными, получаемыми по расчетной методике МНИИТЭП, на примере сопоставления характеристик отечественных радиаторов «Прадо» и «Конрад Термо» и конвекторов «Сантехпром Авто» и «НовоТерм», выполненных как ОПТР. При этом характеристики, полученные на основе существующей методики испытаний, взяты из работ [4, 5, 6, 7], а характеристики, полученные по методике МНИИТЭП, рассчитаны на основе следующих данных:

• характеристики стандартных отопительных приборов – из работ [4, 5, 6, 7];

• характеристики термостатов – из спецификаций компании «Данфосс»;

• характеристики замыкающих участков – из гидравлических испытаний [1].

Критерием оценки этих двух методик являлись результаты гидравлических испытаний указанных приборов на специализированном стенде для испытаний термостатов (рис. 7). В условиях этих испытаний степень открытия термостатического клапана с высокой степенью точности соответствует расчетному значению.

Рисунок 7. Специализированный стенд для испытаний, согласно ЕН 215

Результаты испытаний представлены на рис. 8, 9 для двух- и однотрубных ОПТР.

Рисунок 8 (подробнее)   Гидравлические характеристики ОПТР в двухтрубном исполнении

Рисунок 9 (подробнее)   Гидравлические характеристики ОПТР в однотрубном исполнении:

Для двухтрубных вариантов ОПТР: данные, полученные на основе всех указанных методик для всех приборов, кроме конвектора «НовоТерм», совпадают с достаточной для инженерных расчетов точностью. Это объясняется, прежде всего, высоким гидравлическим сопротивлением двухтрубного термостатического клапана, нивелирующего как неточности установки требуемого положения клапана, характерные для существующей методики, так и влияние особенностей геометрии отопительного прибора. Однако более детальный анализ показывает, что для радиаторов «Прадо» и «Конрад Термо» (рис. 8а, б) наблюдается явное отклонение результатов испытаний по существующей методике от общего поля данных. Объяснить указанное отклонение какой-либо расчетной систематической ошибкой, например, фактором «неквадратичности», в этом случае было бы некорректно, поскольку отклонение для рассматриваемых радиаторов наблюдается в разных диапазонах регулирования, а на конвектор «Сантехпром Авто» этот фактор вообще не действует (рис. 8в). Очевидно, что такая избирательность действия указанного фактора невозможна. Скорее всего эти отклонения и есть результат неточности установки клапана.

Данные, полученные для конвектора «НовоТерм» по существующей методике (рис. 8в), значительно отличаются от данных, полученных по методике МНИИТЭП и контрольной методике. Трудно объяснить, почему при практически одинаковых по своим характеристикам клапанах, установленных на конвекторах «Ново-Терм» и «Сантехпром Авто», и меньшем диаметре труб конвектора «НовоТерм» его сопротивление оказывается меньше, чем сопротивление конвектора «Сантехпром Авто» и даже одиночного клапана, данные по которому приведены там же.

Кроме того, совершенно непонятно, почему гидравлические характеристики конвектора «НовоТерм», полученные по существующей методике, во всем диапазоне регулирования полностью совпадают с характеристиками радиатора «Конрад Термо» (рис. 8б). Это физически невозможно, поскольку в указанных отопительных приборах установлены различные по конструкции и характеристикам клапаны, сопротивление которых является определяющим для каждого из прибора.

Основываясь на факте совпадения данных, полученных по методике МНИИТЭП и контрольной методике, и выявленных фактах нестабильности, а в ряде случаях противоречивости данных, получаемых по существующей методике для различных ОПТР, можно сделать выводы о целесообразности использования методики МНИИТЭП как наиболее корректной для испытаний и расчетов ОПТР в варианте двухтрубного исполнения.

Для однотрубных вариантов ОПТР: данные, полученные по существующей методике и представленные в работах [5, 6, 7], противоречивы и трудно поддаются интерпретации (рис. 9а, б). Для всех ОПТР в указанных работах представлены все данные, необходимые для пересчетов по методике МНИИТЭП и проверки по известным формулам [1].

Результаты пересчета коэффициентов затекания представлены в таблице.

Как видно из рис. 9б и таблицы, имеются, во-первых, расхождения в характеристиках, полученных по рассматриваемым методикам и, во-вторых, противоречие в данных внутри существующей методики. Данное расхождение для однотрубных вариантов ОПТР давно выявлено и является предметом дискуссии с авторами указанных работ.

По их утверждению, расхождение объясняется тем, что в упомянутых работах учитывается фактор экс-плуатационного загрязнения приборов. Однако данный аргумент здесь вряд ли приемлем, поскольку во всех расчетах, в том числе и по методике МНИИТЭП, принимались данные по приборам, взятые из работ [5, 6, 7] и уже учитывающие их эксплуатационное зарастание. При этом известно, что клапан термостата практически не зарастает.

Все эти не поддающиеся объяснению расхождения данных, на наш взгляд, и есть свидетельства методических неточностей, имеющихся в существующей методике. Нам представляется, что для получения гидравлических характеристик ОПТР нет необходимости в проведении дорогостоящих испытаний таких приборов как единого устройства. Достаточно произвести соответствующий расчет по предложенной методике МНИИТЭП.

Вывод

1. На российском рынке отопительных приборов появился широкий спектр моделей отечественных отопительных приборов со встроенными терморегуляторами.

2. Существующая методическая база по испытанию и расчету таких приборов не обеспечивает получения корректных характеристик ОПТР.

3. Предложенная МНИИТЭП методика позволяет получать характеристики ОПТР на основе стандартизированных методов испытаний его элементов, без проведения дорогостоящих испытаний ОПТР как единого прибора.

Литература

1. Грановский В. Л. Основные принципы конструирования, испытаний и расчета отопительных приборов со встроенными терморегуляторами // АВОК. – 2005. – № 4.

2. Методика определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде. – М. : НИИсантехники, 1984.

3. Европейский стандарт – ЕН 215. «Радиаторные термостаты», СЕН 1987 (ред. 2005).

4. «Рекомендации» по применению панельных радиаторов «Прадо». – М., 2005.

5. То же, для радиаторов «Конрад». – М., 2005.

6. То же, для конвекторов «Сантехпром Авто» (третья редакция). – М., 2006.

7. То же, для конвекторов «НовоТерм». – М., 2004.