Способ измерения сопротивления теплоотдачи отопительного прибора



 


Владельцы патента RU 2566640:

Пуговкин Алексей Викторович (RU)
Купреков Степан Владимирович (RU)
Муслимова Надежда Игоревна (RU)

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения тепловых характеристик отопительных приборов. Согласно заявленному способу тепловой режим помещения, в котором находится отопительный прибор, приводится в нестационарное во времени состояние, измеряется поведение во времени средней температуры отопительного прибора, средней температуры воздуха в помещении, средней температуры внутренних ограждений и температуры внешней среды. Нестационарное состояние обеспечивается выключением отопительного прибора. Используется нестационарное уравнение теплового баланса для самого отопительного прибора. Технический результат - повышение точности измерений.

 

Название изобретения

Способ измерения сопротивления теплоотдачи отопительного прибора.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области теплофизических измерений, в частности для определения тепловых характеристик отопительных приборов.

Уровень техники

Описание изобретения

Сопротивление теплоотдачи является одной из важных характеристик отопительных приборов. Оно позволяет:

- оценить эффективность процесса теплоотдачи;

- вычислить тепловую мощность, отдаваемую отопительным прибором.

Сопротивление теплоотдачи можно определить из закона Ньютона-Рихмана, согласно которому тепловая мощность Pтепл., отдаваемая отопительным прибором, пропорциональна разности между средней температурой отопительного прибора Тист и средней температурой воздуха помещения Тв:

P т е п л = G и с т ( T и с т T в ) , ( 1 )

где Gист - коэффициент теплоотдачи отопительного прибора [Вт/°С].

Величина, обратная коэффициенту теплоотдачи, называется сопротивлением теплоотдачи (тепловое сопротивление) Rист:

R и с т = 1 G и с т . ( 2 )

В стационарном режиме при выполнении теплового баланса Pтепл=Pвх, где Рвх - тепловая мощность, поступающая в отопительный прибор:

P т е п л . = P в х . = G и с т ( T и с т T в ) . ( 3 )

Известен способ определения значений радиаторных коэффициентов для чугунных радиаторов экспериментально из стендовых испытаний путем измерений температур воды на входе и выходе из радиатора, расхода воды, времени и количества тепла, которое отдает теплоноситель в отопительном приборе с помощью теплосчетчика, установленного на трубопроводе теплоносителя, измерений температуры поверхности радиатора и температуры воздуха около радиатора с помощью регистратора расхода тепла и нахождения средней температуры поверхности радиатора с помощью медь-константановой термопары, при этом используется балансовое уравнение: Q/S=K·∑, где Q - количество тепла, отданное радиатором; S - площадь поверхности радиатора;

∑ - показания регистратора; К - коэффициент, который определялся из эксперимента, его удобно представить в виде K=k·kH, где k - радиаторный коэффициент, а kн - номинальный условный коэффициент теплопередачи отопительного прибора (Низовцев М.И., Терехов В.И., Чепурная З.П. Влияние физических параметров на радиаторные коэффициенты регистраторов расхода тепла отопительных приборов // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. - 2005. - №5. - С.36-40).

Этот способ базируется на экспериментальных исследованиях в лабораторных условиях, не учитывает индивидуальных особенностей каждого отопительного прибора и изменение его характеристик в процессе эксплуатации. Применение в измерениях теплосчетчика требует врезки в трубопровод и вносит значительные погрешности.

Известно устройство учета расхода тепловой энергии отопительного прибора, содержащее блок вычисления коэффициента теплоотдачи, вычисляемого по прямолинейной зависимости от разности температур согласно формуле (1) (RU №2095769, МПК G01К 17/20, 10.11.1997).

Однако все попытки приводили к усложнению определения коэффициента теплоотдачи или понижению точности его определения.

Известно устройство для определения коэффициента теплоотдачи при неустановившемся процессе, содержащее чувствительные датчики температуры поверхности и электронную схему измерения коэффициента, согласно следующей зависимости: α=N/FΔt; где Q=N=αF(tp-tv)=αFΔt; α - коэффициент теплоотдачи; N - тепловая энергия; F - площадь поверхности; (tp-tv) - разность температурных поверхностей (CS №217269, МПК G01N 25/20, 26.03.1982).

Недостатком данного технического решения является необходимость измерения тепловой энергии, что усложняет измерительную систему (требует применения расходомера и двух термодатчиков, требует врезки в трубопроводы), что в свою очередь не позволяет получить достаточную точность измерений.

Известно также устройство для измерения теплового сопротивления, содержащее источник тепловой энергии, измеритель температуры, электронный блок обработки, при этом выход измерителя температуры соединен с входом электронного блока обработки, причем дополнительно содержит наружный теплообменник, внутренний теплообменник, входной трубопровод, первый соединительный трубопровод, второй соединительный трубопровод, третий соединительный трубопровод, выходной трубопровод, устройство для прокачивания теплоносителя, второй, третий, четвертый, пятый и шестой измерители температуры, при этом выход входного трубопровода соединен с входом наружного теплообменника, выход наружного теплообменника соединен с входом первого соединительного трубопровода, выход первого соединительного трубопровода соединен с входом устройства для прокачивания теплоносителя, выход устройства для прокачивания теплоносителя соединен с входом второго соединительного трубопровода, выход второго соединительного трубопровода соединен с входом источника тепловой энергии, выход источника тепловой энергии соединен с входом третьего соединительного трубопровода, выход третьего соединительного трубопровода соединен с входом внутреннего теплообменника, выход внутреннего теплообменника соединен с входом выходного трубопровода, наружная поверхность наружного теплообменника снабжена тепловой изоляцией, кроме примыкающей к наружной поверхности исследуемого объекта наружной поверхности наружного теплообменника, наружная поверхность внутреннего теплообменника снабжена тепловой изоляцией, кроме примыкающей к внутренней поверхности исследуемого объекта наружной поверхности внутреннего теплообменника, измеритель температуры размещен внутри входного трубопровода, второй измеритель температуры размещен на не снабженной тепловой изоляцией наружной поверхности наружного теплообменника, третий измеритель температуры размещен внутри первого соединительного трубопровода, четвертый измеритель температуры размещен внутри третьего соединительного трубопровода, пятый измеритель температуры размещен на не снабженной тепловой изоляцией наружной поверхности внутреннего теплообменника, шестой измеритель температуры размещен внутри выходного трубопровода, выход второго измерителя температуры соединен с вторым входом электронного блока обработки, выход третьего измерителя температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки, выход четвертого измерителя температуры соединен с четвертым входом электронного блока обработки, выход пятого измерителя температуры соединен с пятым входом электронного блока обработки, а выход шестого измерителя температуры соединен с шестым входом электронного блока обработки, кроме того, внутренний теплообменник содержит соединенные змеевик и пластину, либо внутренний теплообменник содержит N параллельно соединенных теплообменников, где N - натуральное число, причем 0<N<∞, либо что наружный теплообменник содержит соединенные змеевик и пластину, либо наружный теплообменник содержит N параллельно соединенных теплообменников, где N - натуральное число, причем 0<N<∞ (RU №52186, МПК G01N 25/18, 10.03.2006).

Недостатком данного решения является его сложность, невозможность использования в условиях эксплуатации зданий и сооружений. Это устройство не может учитывать индивидуальные особенности каждого теплового прибора и изменение его характеристик в процессе эксплуатации. В связи с этим значение теплового сопротивления для каждого отдельного прибора будет иметь большой разброс по отношению к измерениям, выполненным в лабораторных условиях для эталонного образца. Из практики эксплуатации тепловых приборов известно, что этот разброс достаточно высок.

Известно устройство для измерения теплового сопротивления отопительной системы отдельного помещения, содержащее m датчиков для измерения средней температуры воздуха помещения и n датчиков для измерения средней температуры внутреннего ограждения помещения, а также датчик температуры внешней среды и датчик температуры теплового источника, выходы которых связаны с входами микропроцессорного контроллера для сбора и передачи информации, шина связи которого подключена к входной шине устройства обработки данных (RU №115472, МПК G01K 17/00, 04.05.2011) (прототип). Всего в данном устройстве измеряются значения четырех температур.

В основе этого изобретения лежит способ динамического изменения теплового режима помещения во времени, когда температуры воздуха и внутренних ограждений помещения принудительно меняются во времени, например, путем охлаждения помещения. В данном способе измерения теплового сопротивления учитываются индивидуальные особенности отопительного прибора, но возникают недостатки: наличие избыточных измерений температур (четыре измерения вместо двух), что понижает точность вычисления теплового сопротивления; возникновение погрешности из-за низкого перепада величин температур воздуха и внутренних ограждений помещения; для измерения теплового сопротивления необходимо проводить сложный эксперимент, связанный с охлаждением помещения.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является измерение сопротивления теплоотдачи отопительного прибора с учетом индивидуальных особенностей отопительной системы отдельного помещения при повышении точности измерения.

Это достигается тем, что в отличие от известных технических решений, которые используют стационарный тепловой режим (3), тепловой режим помещения, в котором находится отопительный прибор, приводится в нестационарное во времени состояние путем включения или выключения отопительного прибора. При этом вместо стационарного уравнения (3) используется следующее уравнение:

C и с т d T и с т d t = P в х . G и с т ( T и с т T в ) , ( 4 )

где Сист - теплоемкость отопительного прибора [Дж/°С];

t - текущее время [сек].

В отличие от прототипа вместо четырех измерений температур измеряются поведения во времени средней температуры отопительного прибора и средней температуры воздуха в помещении, при этом нестационарное состояние обеспечивается прекращением процесса нагревания отопительного прибора (Рвх=0). Измеренные значения температур Тист, Тв и скорости изменения (градиента) температуры источника dT/dt подставляются в уравнение (4), из которого находится сопротивление теплоотдачи:

R и с т = 1 G и с т = T и с т . T в C и с т d T и с т d t ( 5 )

Сравнение предлагаемого изобретения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает совокупностью новых существенных признаков (учет индивидуальных особенностей отопительного прибора в условиях эксплуатации, простая процедура измерений, повышение точности измерений), которые совместно с известными признаками позволяют успешно достигнуть поставленной цели.

Осуществление изобретения

Описание процедуры измерений в процессе эксплуатации на объекте

В помещении на отопительные приборы устанавливаются цифровые датчики для измерения температур воздуха и отопительной системы. Показания приборов автоматически передаются в центр обработки с последующим статистическим усреднением и вычислением сопротивления теплоотдачи по формуле (5).

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в системах мониторинга, контроля, учета и управления теплопотреблением как отдельного помещения, так и здания в целом.

Способ измерения сопротивления теплоотдачи отопительного прибора, заключающийся в том, что тепловой режим помещения, в котором находится отопительный прибор, приводится в нестационарное во времени состояние, измеряется поведение во времени средней температуры отопительного прибора, средней температуры воздуха в помещении, средней температуры внутренних ограждений и температуры внешней среды, при этом измеренные значения температур подставляются в нестационарное уравнение теплового баланса помещения для воздуха помещения и внутренних ограждений, из которых находится это сопротивление теплоотдачи, отличающийся тем, что с целью упрощения процедуры измерений и вычислений и повышения точности измерений нестационарное состояние обеспечивается включением или выключением отопительного прибора и используется нестационарное уравнение теплового баланса для самого отопительного прибора, при этом сопротивление теплоотдачи в случае выключения отопительного прибора находится следующим образом:
R и с т = T и с т . T в C и с т . d T и с т d t ,
где Rист - сопротивление теплоотдачи отопительного прибора [°С/Вт];
T и с т = T в х + T в ы х 2 - средняя температура поверхности отопительного прибора [°С];
Тв - средняя температура воздуха в помещении [°С];
Сист - теплоемкость отопительного прибора [Дж/°С];
t - текущее время [сек].



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах отопления и кондиционирования. Устройство (1) для измерения тепловой энергии, излучаемой радиаторами, конвекторами или подобными устройствами, в частности для пропорционального распределения стоимости отопления и/или кондиционирования, содержащее радиатор (2), соединенный, через подающий патрубок (3) и возвратный патрубок (4), соответственно с трубой (5) для подачи горячей воды, подаваемой котлом (7) к радиатору (2), и с трубой (6) для возврата воды на выходе из радиатора (2) к указанному бойлеру (7).

Изобретение относится к измерительной теплофизике и может быть использовано для изучения теплофизических свойств материалов. Цифровой датчик теплового потока состоит из двух параллельных термобатарей.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для определения фактической величины тепловых потерь в водяных и паровых тепловых сетях системы теплоснабжения подземной прокладки в режиме эксплуатации.

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в калориметрах переменной температуры.

Изобретение относится к области исследования свойств взаимодействия поверхности с флюидами и может быть использовано для определения теплоты адсорбции и смачивания поверхности.

Изобретение относится к приборам и методам исследования теплофизических свойств веществ с применением дифференциального калориметра и может найти применение при исследовании веществ и смесей веществ естественного происхождения, применяемых в пищевой и фармацевтической отраслях промышленности.

Изобретение относится к области энергетической фотометрии и касается фотоприемного устройства для измерения энергетических параметров вакуумного ультрафиолетового излучения.

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована при решении задач энергетического аудита. Заявлен способ и устройство интеллектуального энергосбережения, согласно которым измеряют температуру теплоносителя на входе и выходе энергопотребляющего объекта, измеряют массу теплоносителя за определенный промежуток времени, определяют количество энергии, потребляемой объектом.

Изобретение относится к области калориметрии и может быть использовано для измерения импульсных тепловыделений. Заявлен способ измерения импульса тепла, включающий размещение в калориметрической ячейке реакционного сосуда с веществом, инициирование исследуемого теплового процесса после установления в калориметре регулярного теплового режима, измерение одновременно с инициированием количества теплоты Q, выделяемой в ячейке.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения тепловой энергии, подаваемой жидким теплоносителем от котлоагрегатов к отопительным системам и системам горячего водоснабжения зданий коммунального назначения, жилого фонда, школ, детских садов и иных сооружений промышленности.

Изобретение относится к области измерений термомагнитных свойств материалов и может найти применение при разработке технологии магнитного охлаждения и/или нагрева вблизи комнатной температуры, для применений в промышленности и в быту. Согласно заявленному способу образец и блок приводят предварительно в максимально возможный тепловой контакт. Измерение изменения температуры производят на теплоизолированном в вакууме немагнитном теплопроводящем блоке. Затем по данным измерения изменения температуры теплоизолированного в вакууме немагнитного блока, обусловленного изменением магнитного поля, производят расчет удельного на единицу массы магнетокалорического эффекта образца материала в квазиизотермическом режиме. Заявленный способ реализуется посредством устройства, включающего источник магнитного поля, в котором расположена вакуумная камера, в которой размещена измерительная вставка, содержащая теплоизолированные блок немагнитного теплопроводящего материала и исследуемый образец, а также датчик температуры. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области теплометрии и может быть использовано при калибровке датчиков теплового потока. Способ калибровки термоэлектрического датчика теплового потока заключается в том, что собственное электрическое сопротивление датчика теплового потока измеряют при пропускании переменного тока величины от 1 до 20 мА, а термоэлектрическую добротность измеряют при пропускании постоянного тока величины от 1 до 20 мА, после чего определяют чувствительность термоэлектрического датчика из следующего выражения: где Se - чувствительность термоэлектрического датчика; ACR - собственное сопротивление термоэлектрического датчика; Z - термоэлектрическая добротность датчика; s - площадь чувствительной поверхности термоэлектрического датчика; α - коэффициент Зеебека (термоЭДС) термоэлемента; 2N - количество термоэлементов или спаев в термоэлектрическом датчике. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для выявления несанкционированных утечек тепловой энергии. Предложен способ калибровки и поверки измерительной системы узла учета тепловой энергии и теплоносителя с возмущениями, основанный на переключении потока теплоносителя с подающего трубопровода через образцовый узел калибровки на возвратный трубопровод и отключении измерительной системы от объекта потребления. В поток теплоносителя вводят дополнительный образцовый узел калибровки, контролируют неоднородность температурного поля системы отопления внутри объекта и примыкающих объектов без приборов учета. При этом сличают показания образцовых узлов калибровки между собой и характер неоднородности изменения температурных полей. По результатам сличения и неоднородности полей судят о произведенном воздействии возмущений и отключения объекта от теплосетей на погрешности и достоверность измерения учета тепловой энергии и теплоносителя. Технический результат - повышение достоверности результатов. 24 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для теплофизических исследований теплозащитных покрытий на днище поршня и наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня по скорости повышения температуры его внутренней поверхности при нагреве с внешней стороны, и может быть использовано для исследования эффективности влияния теплозащитного покрытия на температуру поршня. Устройство наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня для оценки эффективности теплозащитных покрытий на нем включает баллон сжиженного газа с насадкой, соединенный через регулировочный кран с ротаметром, соединенным шлангом с горелкой Бунзена, которая установлена под испытуемым поршнем, помещенным в цилиндре, имеющем отверстие в нижней части и закрепленном на штативе, на котором также закреплен тепловизор, расположенный над поршнем с его внутренней стороны, причем в нижней части цилиндра установлен защитный экран, а также подвижная заслонка с возможностью перекрытия отверстия в цилиндре. Применение заявляемого устройства позволяет повысить точность определения температуры внутренней поверхности днища поршня во всех ее точках и, соответственно, повысить эффективность оценки теплозащитных покрытий на днище поршня. 1 ил.

Группа изобретений относится к устройствам для измерения тепловых потоков, а также к способам установки устройств для измерения теплового потока в стенке камеры сгорания, и может быть использована для измерения тепловых потоков в камерах сгорания двигателей при высоких давлениях и температурах. Устройство для измерения теплового потока в камере сгорания содержит калориметрическое тело с заделанным в него спаем проводов термопары и теплоизолирующее кольцо. Причем калориметрическое тело выполнено в виде цилиндра с торцевым буртиком со стороны, противоположной тепловоспринимающей поверхности цилиндра. При этом провода термопары расположены в керамической трубке, на которую последовательно установлены теплоизолирующее кольцо и металлическая кольцевая заглушка с резьбой на внешней поверхности для поджима теплоизолирующего кольца к торцевому буртику цилиндра. Причем на цилиндр калориметрического тела под торцевым буртиком установлена теплоизолирующая шайба. Предложен также способ установки предлагаемого устройства для измерения теплового потока в стенке камеры сгорания. Технический результат - повышение точности измерения теплового потока от высокотемпературной среды к стенке камеры сгорания при высоких давлениях в камере сгорания. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх