Испытания по энергоэффективности отопительных систем с различным содержанием воды и массой отопительного прибора

1. Введение

Из различных тепловых и физических свойств системы отопления содержание воды не считали особо важных до недавнего времени. В основном этот параметр использовался для расчета увеличения объема воды в системе. Теперь, когда отопление стало контролируемым, изготовители отопительных конвекторов с низким содержанием воды видят в этом возможность более эффективного терморегулирования, что является одним из преимуществ их систем. Т.о. бельгийская компания JAGA производит отопительные приборы со специальным названием "Low H2O" что буквально означает "мало воды".

Эти испытания должны дать определенный ответ на простой вопрос: Есть ли экономия тепловой энергии при использовании конвекторов с теплообменниками "Low H2O" и, если да, то какая? Это было целью нашего исследования. Для испытаний были выбраны четыре типа отопительных систем.
Первая – это отопительная система с конвектором "Low H2O", содержащим 2,376 литров воды.
Вторая система состояла из стального радиатора с 6,06 литров воды.
Третьим типом радиаторов стал алюминиевый секционный радиатор, содержащий 5 литров воды.
Четвертым типом радиатора выбрали чугунный секционный радиатор с содержанием 29 литров воды.
Все отопительные приборы не отличались по номинальной тепловой мощности (+/- 1750 Ватт при 75/65/20°С).

Каждый из выбранных приборов был смонтирован в отдельной испытательной комнате. Обе комнаты располагались в помещении, имитирующим внешнюю среду с постоянной температурой +5°C ±0,5°C. Эта температура была вычислена для условия теплового баланса испытательных комнат, которые по ходу испытаний должны были быть нагреты выбранными радиаторами с температурой подающей воды 69°С. 

Так как объектом исследования была тепловая эффективность радиаторов, а не оптимальные характеристики регулирования, то мы решили имитировать работу комнатного регулятора-термостата. Когда температура в помещениях достигала 21°С, мы вручную выключали подачу воды в систему отопления. Подача горячей воды возобновлялась, когда температура в помещениях опускалась до 20°С. Это осуществлялось таким образом, как если бы работал хороший комнатный термостат с гистерезисом в 1°С. Температура помещения рассчитывалась как среднее значение пяти датчиков, расположенных посередине комнаты на различных высотах от 10 см до 210 см от пола.

Характер кривых отображает циклические колебания изменения температуры внутри испытательных комнат, и, что примечательно, частота колебательного цикла выше в комнате с конвектором "Low H2O", чем в комнате с радиатором большей массы и водоёмкости. Важный аспект исследования - выбор характерного временного интервала, в течение которого должны быть оценены тепловые потоки от нагревающихся приборов. Временной интервал выбран таким способом, что в начале и в конце интервала температура комнаты пересекается отметку в 21°C во время остывания комнаты.
Во время этих испытаний не было никаких внешних воздействий, которые могли повлиять на изменение ранее заявленной необходимой мощности. Потребность в тепловой энергии эти условных домов можно считать постоянной.

2. Результаты испытаний

2.1. "Low H2O"- конвектор

Интервал измерений взял чуть более трех циклов. Наибольшая температура составляла 21,2°C. Превышение составляет 0,2°C. Период превышения – 5,8 минут.
Максимальная поглощаемая мощность от котла – 3660 Ватт во время разогрева самого конвектора после включения подачи сетевой воды.
Потребление энергии в 0,99 кВт ч за 74,9 минут. Расход энергии составил 0,793 кВт/ч.




Перевод обозначений на графиках:
switch on pump – насос включен;
switch off pump – насос выключен;
max absorbed power n Watt – макс. потребленная мощность n Ватт
min – минуты
kWh – кВт ч

2.2. Стальной панельный радиатор

Интервал измерений взял чуть более двух циклов. Наибольшая температура составляла 21,3°C. Превышение составляет 0,3°C. Период превышения – 14,4 минут.
Максимальная поглощаемая мощность от котла – 4543 Ватт во время разогрева самого конвектора после включения подачи сетевой воды.
Потребление энергии в 1,38 кВт ч за 98,1 минут. Расход энергии составил 0,844 кВт/ч.





Перевод обозначений на графиках:
switch on pump – насос включен;
switch off pump – насос выключен;
max absorbed power n Watt – макс. потребленная мощность n Ватт
min – минуты
kWh – кВт ч

2.3. Алюминиевый радиатор

Интервал измерений взял чуть более трех циклов. Наибольшая температура составляла 21,25°C. Превышение составляет 0,25°C. Период превышения – 9,2 минут.
Максимальная поглощаемая мощность от котла – 7381 Ватт во время разогрева самого конвектора после включения подачи сетевой воды.
Потребление энергии в 1,85 кВт ч за 115,1 минут. Расход энергии составил 0,964 кВт/ч.

Перевод обозначений на графиках:
switch on pump – насос включен;
switch off pump – насос выключен;
max absorbed power n Watt – макс. потребленная мощность n Ватт
min – минуты
kWh – кВт ч

2.4. Чугунный секционный радиатор

Интервал измерений взял чуть более двух циклов. Наибольшая температура составляла 21,55°C. Превышение составляет 0,55°C. Период превышения – 36 минут.
Максимальная поглощаемая мощность чугунного радиатора от котла – 7458 Ватт во время разогрева самого конвектора после включения подачи сетевой воды.
Потребление энергии в 2,63 кВт ч за 176 минут. Расход энергии составил 0,896 кВт/ч 

3. Итоги и заключение

Экономия энергии за счет системы с низкой собственной массой, небольшим объемом воды (“Low H2O”) варьируется от 6% до 22%.

В отопительной системе, оборудованной конвекторами «Low H2O», наименьшая температура превышения заданного значения и наименьшее максимальное значение потребленной мощности за минимальное время.