Определение тепловой мощности отопительного прибора — достаточно дорогостоящая процедура, соответственно, производители стремятся минимизировать данные затраты. И если у секционных радиаторов в силу особенностей конструкции семейство моделей относительно небольшое, то для стальных панельных радиаторов, трубчатых радиаторов и конвекторов количество модельных рядов может достигать весьма значительных величин.

С другой стороны, точность каталожных значений отопительного прибора крайне важна. Во-первых, одним из основных параметров при тендерных закупках является стоимость 1 кВт мощности отопительного прибора.

Во-вторых, риски проверки теплового потока конкурентами с потенциальными жалобы в контролирующие органы на некачественную продукцию. В-третьих, более точные значения номинального теплового потока отопительных приборов позволяют проектировщикам уменьшать стоимость систем отопления, применяя меньшие типоразмеры.

Основная часть

Зависимость теплового потока радиатора от длины считается линейной и проходящей через начало координат, как в российском, так и европейском стандартах.

1. ГОСТ Р 53583–2009, п. 7.4.2: «Для моделей отопительных приборов по 5.1.2.1 тепловой поток прямо пропорционален их длине или в случае вертикальных секционных радиаторов — числу секций».

2. EN 442–2:2015–03, п. 5.5.1.2: «Для отопительных приборов, которые классифицируются как радиаторы и могут быть отнесены к модельному ряду в соответствии с 4.2.1.4 или 4.2.1.5, тепловая мощность зависит почти линейно от длины (то есть показатель степени становится почти равным 1, см. Приложение D)». Таким образом, F = FLL, и для секционных радиаторов L = NsLs. При этом количество испытываемых приборов нормируется в зависимости от конструкции, высоты и ряда других факторов.

Однако из-за малого количества испытательных лабораторий в РФ и высокой стоимости испытаний при определительных испытаниях производители, как правило, закладывают одно испытание на модельный ряд. При этом получают одну точку на графике «тепловой поток — характерный размер», а вторую точку для характеристической кривой, принимают в начале координат.

Пример приведён на рис. 1.

Рис. 1. Упрощённая методика определительных испытаний                 Рис. 2. Не попадающие в тренд измерения

Основным плюсами данной методики являются: дешевизна, малое количество испытаний и соответствие минимальным требования ГОСТ и EN.

Однако при расширенных определительных испытаниях, когда испытывались два или три отопительных прибора из модельного ряда, было обнаружено, что часть измерений не укладывается в тренд, построенный по вышеуказанному принципу. Особенно это характерно для коротких (менее 0,6 м) и длинных (свыше 1,5 м) панельных радиаторов. Наблюдаемая картина представлена на рис. 2. Аналогичная картина наблюдалась на всех типах панельных радиаторов, что представлено на рис. 3. Крайняя левая прямая — тип 33, крайняя правая — тип 10.


Рис. 3. Тренды зависимости теплового потока от длины для различных типов радиаторов

Исходя из проведённых исследований, была предложена гипотеза, что зависимость теплового потока от длины линейна, но не проходит через начало координат, как это показано на рис. 4.


Рис. 4. Гипотетический тренд зависимости теплового потока от длины

Соответственно, при нулевой длине радиатора имеется некая величина, характерная для испытуемого модельного ряда. В ходе отработки гипотезы она получила название «тепловой поток нулевого радиатора». Физическое объяснение данного явления достаточно просто. Тепловой поток отопительного прибора зависит от площади его поверхности, соприкасающейся с воздухом. При этом у стального панельного радиатора имеются конструкционные элементы, не изменяющие свою площадь пропорционально длине. Во-первых, это фитинги, во-вторых — боковые панели.

Для проверки данной гипотезы было проведено два дополнительных исследования. Во-первых, был изготовлен радиатор целиком из фитингов, внешний вид которого представлен на рис. 5.


Рис. 5. Радиатор, изготовленный из 58 фитингов и предназначенный для замеров

Радиатор, изготовленный из 58 фитингов, показал номинальный тепловой поток в 480 Вт. Это соответствует 8,3 Вт на фитинг или 33,2 Вт на радиатор.

Эти значения весьма приблизительны, так как условия обтекания фитинга воздухом в реальном приборе и в данном экспериментальном радиаторе различны и не могут быть применены для расчёта. Однако выполненный эксперимент с «радиатором из фитингов» показал, что подход с проведением тренда через начало координат некорректен, и для получения более точных данных по тепловому потоку следует применять методику построения тренда с «нулевым радиатором».

Величина теплового потока «нулевого радиатора» по результатам испытаний составляет от 110 до 190 Вт в зависимости от типа отопительного прибора.

Данный тепловой поток включает в себя поток от фитингов, расположенных в «воздушной трубе» замкнутого радиатора, и дополнительный поток от боковых панелей. Получение более точных значений требует дополнительных исследований.

Во-вторых, были проанализированы результаты испытаний радиаторов Prado в испытательной лаборатория IGTE при Штутгартском университете (Pfaffenwaldring 35/6А, 70569 Stuttgart, Germany) в 2013 году. Испытания включали в себя определение номинального теплового потока по EN 442–2 для радиаторов 10, 11, 30, 21, 22 и 33 типов, в высоте 300 и 500 мм. Для построения зависимости теплового потока от длины количество испытаний было недостаточно, однако были построены графики зависимости теплового потока радиатора от его высоты. Пример такого графика из протокола приведён на рис. 6.


Рис. 6. Зависимость теплового потока от высоты из протокола Штутгартской лаборатории

Согласно EN 442–2, п. 5.5.1.2, зависимость теплового потока от высоты определяется формулой вида:

FL = KTHb∆T,

причём для приборов с развитыми конвекционными поверхностями данная зависимость имеет вид:

FL = KTHb∆T(c0 + c1H).

Однако, как видно из графика, зависимость скорее линейная — вида FL = AH + B, где А и B — эмпирические коэффициенты. При этом В является аналогом теплоотдачи «нулевого радиатора» из гипотезы, указанной выше.

Анализ всех протоколов лаборатории позволил вывести зависимость параметра В от типа прибора, которая представлена в табл. 1.

Заключение

Подводя итог, можно сделать следующие выводы:

1. Методика пересчёта каталожных испытаний на весь модельный ряд, заложенная в ГОСТ Р 53583 и EN 442–2, преследует минимизацию количества испытаний, что, однако, ведёт к утрате точности (по крайне мере для стальных панельных радиаторов). Накопление ошибки особенно заметно на коротких (менее 0,6 м) и длинных (свыше 1,5 м) радиаторах, что создаёт проблемы при сертификационных испытаниях и проверке продукции конкурентами.

2. Для корректности испытаний стальных панельных радиаторов следует испытывать не менее двух отопительных приборов из модельного ряда (минимальной и максимальной мощности), который способен испытать стенд. При этом зависимость теплового потока от длины должна иметь вид Q = k1L + Qнр, где Q — номинальный тепловой поток; L — длина отопительного прибора; K1 и Qнр — эмпирические коэффициенты.

3. Аналогичная картина, вероятно, наблюдается и по другим отопительным приборам, имеющим конструктивные элементы, не изменяющие свою площадь пропорционально длине.