Исследование динамики тепловых полей, часть II

Экспериментальное исследование динамики тепловых полей систем кабельного отопления - результаты

Для избежания побочных эффектов, таких как сквозняки и т.д., стенд был помещен в замкнутый бокс объемом 40 м³,в котором до начала экспери-мента поддерживалась температура 21,5°С.

Экспериментальные исследования были разбиты на два этапа. Первый - исследование динамики нагрева и остывания пола на протяжении пяти циклов "Включение-выключение" терморегулятора. Второй - исследование предельных температур нагрева пола для разных удельных мощностей в режиме полного теплового равновесия.

На рис. 2 показаны временные зависимости температуры пола, снятые с датчиков

1, 5, 6, 8. Условия эксперимента были следующие: Мощность нагревательного кабеля - 18 Вт/м; шаг между витками - 7.5 см; удельная мощность 250 Вт/м²; положение тумблера регулятора devireg™ 520 - 6. Из рисунка видно, что после первого включения пол выходит на заданный термостатом режим за 75 мин., а затем работает в цикличном режиме, период которого составляет 50 мин. Из этих 50 мин. кабель находится во включенном состоянии 15 мин. т.е. энергозатраты на систему обогрева составляют в среднем 30% от пиковой мощности кабеля. Разность температур между моментами включения и выключения системы достигают 8-10°С на поверхности кабеля и 2°С на поверхности пола. Интересно отметить, что колебания температуры на оболочке кабеля и на поверхности пола находятся в противофазе, т.е. после выключения кабеля температура поверхности пола продолжает расти. Температура, которую контролирует стандартный датчик пола, практически совпадает с температурой бетона, однако ее зависимость от времени имеет сдвиг по фазе относительно температуры поверхности пола, что также видно из рисунка.

На рис. 3 изображен в динамике эффект тепловой "зебры";, т.е. разницы в температурах на поверхности пола на участках над витками и между витками кабеля. Видно, что эффект проявляется наиболее отчетливо (Т~2°С) при максимальной температуре пола. После выключения кабеля эффект исчезает (рис. 3).

На рис. 4 показаны временные зависимости температуры на поверхностях теплоизолятора. Видно, что, несмотря на цикличность рабочего режима кабеля, температура основания пола изменяется незначительно.

Исследование предельных температур пола в статическом режиме проводилось для различных удельных мощностей: 120; 150; 180; 250 Вт/м². Изменение удельной мощности осуществлялось с помощью регулировки мощности кабеля без изменения шага между витками. Эксперимент проводился следующим образом. Стенд выбранной удельной мощности включался, происходили все динамические процессы и через некоторое время устанавливался статический профиль температур, находящийся в равновесии с температурой помещения (бокса).

На рис. 5 показаны предельно достижимые равновесные температуры в структуре пола. Видны характерные стационарные градиенты температур внутри пола, а также хорошее соответствие температур бетонной стяжки и показаний стандартного датчика температуры пола. Следует однако учесть, что разница между управляющей термостатом devireg 520 температурой и реальной температурой поверхности пола может достигать величины 5-8°С в зависимости от глубины установки датчика.

На рис. 6 показана статическая тепловая "зебра". Видно, что эффект имеет место на удельных мощностях свыше 200 Вт/м².

Рис. 7. иллюстрирует эффективность теплоизоляции при различных удельных мощностях.

Все полученные экспериментальные результаты удовлетворительно описываются теоретическими моделями [1].