Как гармонизировать российский и европейский методы испытания отопительных приборов?

В. Л. Грановский, С. И. Прижижецкий, Московский научно-исследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования

Чем принципиально отличаются методики?

Имеются два существенных различия между европейской и российской методиками испытаний отопительных приборов (ОП), препятствующие процессу их взаимного признания:

1. Различие в условиях радиационного теплообмена в испытательной камере, которое приводит к тому, что величина теплового потока одного и того же ОП, полученная в ходе его испытаний по указанным методикам, оказывается различной при одинаковых температурных и расходных характеристиках.

2. Различие в системах обеспечения достоверности результатов испытаний.

В условиях открытого рынка указанные проблемы вынуждают производителей ОП проводить дополнительные испытания при их импорте и экспорте, что ложится дополнительным финансовым бременем на конечного потребителя.

Более 20 лет назад аналогичный конфликт методик между странами Европейского Союза был преодолен путем создания единого европейского стандарта EN442 [2], отражающего необходимый объем требований к испытателю, производителю и потребителю ОП. Данный стандарт был принят к обязательному применению в более чем 20 странах Европы. Этого же стандарта придерживается и ряд других стран, входящих в ВТО и  имеющих активные экономические связи с Евросоюзом.

В России нормативная база по ОП представлена в виде серии ГОСТов по отдельным типам отопительных приборов, методики испытаний ОП [3] и Стандарта АВОК «Радиаторы и конвекторы отопительные» [4]. Указанный набор нормативных документов принят к использованию и в ряде стран СНГ (Украина, Белоруссия, Казахстан и др.). Таким образом, конфликт методик и шлейф проблем, создаваемый им, касается не только России, но и этих стран.

Мы не ставим под сомнение физическую основу, заложенную в российские или европейские нормативы, однако указанные выше различия требуют детального анализа ситуации с целью преодоления конфликта методик.

Различие в условиях радиационного теплообмена

Рассмотрим более детально первое из вышеуказанных принципиальных отличий методик – различие в условиях радиационного теплообмена в испытательной камере.

Теплообмен в камере происходит за счет конвективного теплообмена ОП с воздухом внутри камеры и радиационного теплообмена между ОП и ограждением камеры (рис. 1). Выделяемое ОП тепло ассимилируется за счет охлаждения ограждающих поверхностей камеры (стены, пол, потолок) внешним источником холода. Несколько упрощая реальную физическую картину, констатируем следующее:

– радиационная составляющая теплоотдачи ОП зависит в основном от температуры и площади поверхности ограждения камеры, в которой испытывается ОП;

– конвективная составляющая теплоотдачи ОП зависит в основном от параметров теплоносителя и температуры воздуха в испытательной камере.

Из сказанного следует, что при одних и тех же параметрах теплоносителя и воздуха в камере чем выше температура ограждающих поверхностей камеры или чем меньше их охлаждаемая площадь, тем менее интенсивно протекает радиационный теплообмен между ограждением камеры и ОП, тем меньше радиационная составляющая теплоотдачи ОП. То есть при неизменной величине конвективной составляющей суммарная теплоотдача радиатора в этом случае будет ниже. И наоборот.

Рисунок 1 (подробнее)   Характер радиационного теплообмена между отопительным прибором и ограждающими поверхностями испытательной камеры: стрелки – обозначение направления радиационного теплообмена; "+" – неохлаждаемая поверхность; "-" – охлаждаемая поверхность

Для радиатора это влияние существенно, поскольку высока доля радиационной составляющей в его теплоотдаче. Для конвектора это влияние незначительно, поскольку основное количества тепла выделяемого им – конвективное.

В европейской и российской методиках заложено различие в количестве охлаждаемых поверхностей в испытательной камере (рис. 1), что предопределяет неизбежность расхождения результатов испытаний. Это расхождение непреодолимо расчетным путем, что является серьезным затруднением в гармонизации методик. Что касается различия в значениях температурных и расходных характеристик, то при соблюдении одинаковых условий радиационного теплообмена между ОП и ограждениями испытательной камеры теплоотдача ОП, полученная по любой из методик, может быть корректно пересчитана путем приведения данных к одному и тому же температурному напору и относительному расходу теплоносителя*.

Рассмотрим кратко причины, по которым в различных методиках были приняты различные условия радиационного теплообмена.

По данным работы [1], радиационные условия, принятые в российской методике, обусловлены тем, что у заводов – производителей ОП и у строителей в период плановой экономики основными экономическими показателями являлись объемы произведенного или закупленного металла в изделиях. Чем менее эффективны были отопительные приборы, тем большее их количество необходимо было произвести и закупить. Под давлением этих обстоятельств при испытании ОП исключили охлаждение пола испытательной камеры, стены противоположной прибору и теплоизолировали зарадиаторное пространство (рис. 1а), то есть снизили радиационную составляющую теплообмена ОП с ограждением испытательной камеры и, как следствие, получили заниженное по сравнению с конструктивно возможным значение теплоотдачи ОП. Это в основном коснулось радиаторов, что обеспечило большие объемы их закупок.

В то же время, по мнению авторов, указанные условия испытаний наиболее точно соответствовали реальным условиям эксплуатации ОП в помещениях типовых многоэтажных жилых домов.

В отличие от российской методики в EN442-2 предписывается охлаждение всех стен за исключением стены за радиатором (рис. 1б). К сожалению, в европейских испытательных центрах нам не удалось получить детального объяснения сути данных требований. Аргументация была представлена в общем виде: «Эти требования являются результатом компромисса между ранее применяемыми методиками в различных европейских странах. Они (эти требования) позволяют получить максимально возможную теплоотдачу ОП в условиях, максимально приближенных к реальной ситуации в отапливаемом помещении». Как мы видим, «европейцы» так же ссылаются на максимальную приближенность испытаний к условиям эксплуатации ОП.

Из этого объяснения вытекает следующее:

– российская методика не может считаться безупречной, поскольку в ее основу заложены некие условия, занижающие возможную теплоотдачу ОП;

– европейская методика, при-том, что в ней также заложены компромиссы, наиболее полно выявляет конструктивно возможную теплоотдачу ОП.

Различие в системах обеспечения достоверности результатов испытаний

Рассмотрим второе принципиальное отличие методик – различие в системах обеспечения достоверности результатов испытаний.

При анализе стандарта EN442 обращает на себя внимание строгость требований к системе контроля качества производства ОП и их испытаний, а также к контролю состояния европейских испытательных центров, составляющих, согласно требованиям [2], единую испытательную систему. На рис. 2а схематично представлена система взаимодействий европейских испытательных центров. Каждый из них проверяется не только метрологически, путем оценки качества систем измерения, но и, как видно из схемы, путем систематической перекрестной проверки повторяемости результатов испытаний в каждом из испытательных центров. Каждый из них имеет свой комплект эталонных* ОП для периодического тестирования испытательных камер. Кроме того, в систему включена референс-лаборатория с комплектом «мастер-радиаторов», по которым проверяются и эталонные ОП, и сами испытательные центры.

Рисунок 2 (подробнее)   Система организации испытаний ОП в европейских странах и в странах СНГ ИЦ – испытательные центры; РИЦ – референс-испытательный центр; ЭР – эталонные радиаторы; МР – мастер-радиаторы

Для сравнения уместно рассмотреть ситуацию с испытательными центрами в СНГ. Мы считаем, что она крайне сложная.

В России (Москва, НИИсантехники; Миасс, Центр В. П. Макеева) и на Украине (Киев, НИИсантехники) функционируют четыре испытательных центра (рис. 2б), не связанные системой перекрестной проверки, поскольку в российской методике, по которой они работают, отсутствуют такие требования. Даже если бы указанные центры были в идеальном состоянии, а в силу экономических трудностей это, к сожалению, не совсем так, оценить качество их работы можно только метрологически, что недостаточно. Все это остро ставит вопрос о достоверности технических характеристик ОП, получаемых при испытаниях в этих испытательных центрах.

Для обеспечения достоверности результатов испытаний можно было бы, например, создать сеть, состоящую из указанных центров. Однако это позволило бы решить только одну задачу – обеспечение достоверности результатов испытаний, проводимых по российской методике. Вопрос «открытых границ», то есть возможность экспорта и импорта ОП без дополнительных дублирующих испытаний в России или в Европе, остался бы не решенным, поскольку остается не решенным конфликт методик.

В случае гармонизации и взаимного признания методик российские и украинский испытательные центры могли бы быть включены в европейскую систему испытательных центров, с соответствующим выполнением процедур взаимного контроля и перекрестных испытаний, что гарантировало бы достоверность получаемых результатов.

Как гармонизировать методики?

Очевидно, что для обеспечения идентичности результатов испытаний ОП необходимо принять единые условия их проведения.

Резюмируя рассмотренные выше достоинства и недостатки обеих методик, констатируем следующее:

– российская методика не гарантирует достоверность получаемых результатов испытаний и искусственно занижает конструктивно возможную теплоотдачу ОП;

– европейская методика обеспечивает достоверность получаемых результатов испытаний и наиболее полно выявляет конструктивно возможную теплоотдачу ОП;

– различие в количестве охлаждаемых ограждений испытательных камер невозможно скорректировать путем простого пересчета;

– стандарт EN442 принят к обязательному исполнению в 20 странах Евросоюза и в ряде других стран, входящих в ВТО;

– по российской методике работают только 2–3 страны СНГ.

Исходя из сказанного, считаем, что для гармонизации необходимо ввести в российскую методику следующие требования:

– охлаждать поверхности камеры в соответствии с требованиями EN442; при этом требования российской методики по температурным и расходным характеристикам могут быть оставлены прежними, до изменений соответствующих нормируемых параметров работы систем отопления;

– организовать систему обеспечения взаимной перекрестной проверки российских (СНГ) испытательных центров, с последующим их включением в аналогичную европейскую систему.

Для вновь создаваемых испытательных центров, а, по нашим данным, в России подготовкой к их созданию на базе требований стандарта EN442 сейчас уже занимаются 4–5 организаций, эта корректировка не несет никаких дополнительных трудностей. Для существующих российских испытательных центров это, конечно, дополнительные затраты. Однако на эти затраты необходимо идти, чтобы соответствовать современным требованиям, не потерять конкурентного преимущества, а также обеспечить достоверность данных, получаемых при испытаниях.

Как применять ОП?

Выше мы рассмотрели методическую сторону испытаний ОП, которая необходима для корректного решения следующих задач:

– подтверждения технических характеристик ОП;

– оценки стабильности качества производства ОП – испытания по выборке нескольких образцов одного и того же типа ОП, в том числе сертификационные испытания;

– проведения сравнительных испытаний различных типов ОП между собой.

Посмотрим теперь на проблему глазами конечного потребителя. Очевидно, что нормируемые условия испытаний ОП могут не совпадать с условиями его эксплуатации в конкретном помещении. В этом случае реальная теплоотдача ОП может быть меньше или больше полученной в ходе испытаний. В частности, применение ОП, испытанного по российской методике, приводит, как правило, к переизбытку поверхности нагрева, связанному как с условиями испытаний (ограничение охлаждаемых поверхностей камеры), так и с введением в расчет поверхности теплообмена ОП коэффициентов запаса, рекомендуемых рядом специалистов. Так, например, авторы работы [1] утверждают, что в европейских странах существуют нормы и массовая практика введения на расчетную площадь поверхности нагрева ОП единого поправочного коэффициента запаса. Этот же подход они рекомендуют и для отечественной практики. Мы не согласны с таким подходом. Нет в Европе таких норм и нет такой массовой практики, хотя отдельные проектировщики и используют указанный прием.

На наш взгляд, прежде всего, необходимо иметь более корректные данные по максимально возможной теплоотдаче ОП. Это может быть обеспечено при испытаниях ОП по EN442. Во-вторых, необходимо заложить в программы расчета систем отопления набор поправочных коэффициентов (понижающих или повышающих), соответствующих конкретным радиационным условиям эксплуатации ОП. Указанные корректирующие коэффициенты должны быть получены в ходе проведения специальных испытаний.

Заключение

На наш взгляд, приведенные выше доводы достаточно убедительны, чтобы утверждать – гармонизация методик испытаний ОП нужна. Это соответствует интересам производителей и потребителей ОП и идеологии вхождения России в ВТО. Без гармонизации методик испытаний консервируется конфликт в нормативной базе и проблема достоверности результатов испытаний, усугубляется замкнутость отечественного рынка отопительных приборов на фоне интеграции рынков в других сферах производства и строительства.

Кроме того, хотелось бы еще раз заявить о необходимости включения в методику испытания ОП раздела, касающегося методов испытания отопительных приборов со встроенными терморегуляторами (ОПТР). Актуальность применения для ОПТР специальной методики испытаний заключается в том, что в силу специфики конструкции терморегуляторов применение стандартных методов испытаний в рамках действующей методики [3], как предлагается и практикуется авторами работы [1], методически некорректно и приводит к значительным ошибкам. В работах [5, 6] эти ошибки были детально проанализированы как теоретически, так и в ходе ревизии результатов испытаний некоторых ОП, выполненных авторами работы [1]. Методика испытаний ОПТР достаточно проработана, основные ее положения опубликованы, поэтому здесь на данном вопросе мы останавливаться не будем.

Выводы

1. Гармонизация методик необходима для обеспечения достоверности результатов испытания ОП и взаимного признания результатов испытания ОП при их экспорте и импорте, а также их корректного применения при проектировании.

2. Для решения задач гармонизации необходимо откорректировать российскую методику испытаний, изменив в ней схему охлаждения поверхностей испытательной камеры в соответствии с требованиями методики EN442-2. Температурные и расходные характеристики, заложенные в российскую методику, на данном этапе могут быть оставлены без изменений, с учетом возможности их корректного перерасчета.

3. Для правильного подбора поверхности нагрева ОП при проектировании необходимо на основе специальных испытаний получить набор коэффициентов, корректирующих каталожную величину теплоотдачи ОП в зависимости от условий радиационного теплообмена между ОП и ограждениями помещения в проектируемом здании.

4. Необходимо включить в методику испытания ОП раздел, отражающий специфику испытаний и расчета ОПТР.

Литература

1. В. И. Сасин, Г. А. Бершидский, Т. Н. Прокопенко, Б. В. Швецов. Действующая методика испытаний отопительных приборов – требуется ли корректировка? // АВОК. – 2007. – № 4.

2. Европейский стандарт EN442. Радиаторы и конвекторы. Ч. 1, 2, 3. 1997.

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

4. СТО АВОК 4.2.2–2006. Радиаторы и конвекторы отопительные. Общие технические условия. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2006.

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

6. В. Л. Грановский. Отопительные приборы со встроенными терморегуляторами // АВОК. – 2007. – № 1.

* Влияние различий в условиях протекания конвективного теплообмена, связанных с различием нормируемых расходов теплоносителя, здесь не рассматривается, хотя
в дальнейшем это также должно стать предметом детального анализа.