Какие виды теплотехнических испытаний существуют и для чего они нужны

Цель и задачи теплотехнических испытаний по освидетельствованию кузовов специальных транспортных средств, предназначенных для перевозок скоропорта

Изотермические вагоны и контейнеры, предназначенные для перевозок скоропорта, (СТС) имеют ряд признаков, качественно отличающих их от остальных транспортных средств (предназначенных, соответственно, для перевозок других грузов). По сути, это всего два признака - термоизоляция (обязательно должна быть) и термическое оборудование (присутствует опционально).

Указанные признаки СТС требуют набора параметров, которые бы в достаточной степени описывали их в части обеспечения определенных требований (прежде всего, температурных условий) при перевозке скоропорта. Сразу оговорюсь, в данной статье не буду касаться вопросов, связанных с обеспечением влажности и регулированием газовой среды, как слишком специфических и доступных в настоящее время лишь на очень незначительной части транспортных средств.

Поскольку в данном канале рассматриваются вопросы технологии перевозок скоропорта, способы обеспечения его качества, логистика и прочие эксплуатационные задачи, говоря о параметрах СТС будем также иметь ввиду те из них, которые служат для возможности принятия грузоотправителем адекватного решения об использования того или иного СТС для перевозки конкретного вида скоропортящегося груза. В задачи грузоотправителя входит обеспечение качества перевозимого груза, и именно эту задачу ему и необходимо решить, используя известные параметры транспортных средств - теплотехнические параметры.

Что это за параметры?

Их фактически столько же, сколько мы выделили признаков СТС:

• общая теплопередача кузова (или общий коэффициент теплопередачи кузова, если отнести ее на единицу средней поверхности кузова), характеризующая величину теплообмена при разнице температур внутри и снаружи кузова в 1 градус Цельсия (при перепаде в 20 градусов Цельсия, к примеру, чтобы рассчитать общее количество тепла, пропускаемое кузовом, надо эту величину умножить на 20);
• класс транспортного средства, который характеризует эффективность работы термического оборудования по поддержанию заданной температуры воздуха внутри кузова при расчетных параметрах окружающей среды, влияющих на работу оборудования.

Второй параметр касается, разумеется, только транспортных средств, оборудованных холодильным оборудованием.

Существует ещё один параметр, не имеющий непосредственного отношения к решению эксплуатационных задач (как два указанных выше), однако непременно используемый при техническом описании нового (и не только) холодильного оборудования: холодопроизводительность. Этот параметр показывает количество тепловой энергии, вырабатываемой в единицу времени термическим оборудованием при заданных параметрах его работы.

Несложно догадаться, что для поддержания постоянной температуры воздуха внутри кузова производительность термического оборудования должна соответствовать теплопритоку. Эта нехитрая арифметика и правда используется, в частности, при подборе параметров термического оборудования для новых СТС. Однако в реальной эксплуатации этот параметр не даёт всех необходимых данных в части возможностей СТС по обеспечению заданной температуры в силу следующих основных причин:

• не позволяет оценить неравномерность температурного поля внутри кузова конкретного транспортного средства (иначе говоря, мы не знаем эффективности использования вырабатываемой тепловой энергии в конкретном кузове);
• в процессе эксплуатации производительность термического оборудования может меняться (при утечках или замене хладагента, изменении параметров работы отдельных элементов оборудования и т.п.), отдельное же ее измерение всякий раз как правило нецелесообразно (проще определить общую эффективность транспортного средства по поддержанию температуры).

Тем не менее ниже мы коснемся условий, когда знание актуального значения этого параметра может быть востребовано именно с точки зрения обеспечения качества перевозимого груза.

Итак, подытожим. Под теплотехническими параметрами кузова СТС мы понимаем совокупность его специфических характеристик, не зависящих от типа транспорта или вида шасси, достаточных для оценки возможностей конкретного СТС по обеспечению заданных температурных требований к перевозке скоропортящихся грузов.

Установление теплотехнических параметров производится по результатам теплотехнических испытаний, речь о которых и пойдет ниже. Таким образом, теплотехнические испытания - необходимый элемент освидетельствования транспортного средства в заявляемых характеристиках. Однако перед тем как перейти к собственно испытаниям, рассмотрим еще три часто возникающих аспекта, связанных с теплотехническими параметрами СТС.

Нужны ли отдельные испытания на воздухопотери и влагопроницаемость?

Смотря для чего планируется использовать эти данные. В том качестве как мы выше определили теплотехнические испытания, данные по воздухопотерям и влагопроницаемости не имеют самостоятельного значения. Первый параметр - конвективный обмен - уже включён в понятие общей теплопередачи (общая теплопередача и есть совокупность всех видов теплообмена - теплопроводности, излучения и конвекции).

Влагопроницаемость имеет практический смысл при эксплуатации транспортного средства в экстремально влажных условиях (например, на морских линиях, где эти испытания и имеют место) или же в случае подозрений, что кузов может иметь щели с возможностью проникновения влаги. Впрочем, такие транспортные средства однозначно не покажут высоких показателей и при определении общей теплопередачи.

PTI-тесты и испытания на эффективность работы термического оборудования - это одно и то же?

Многие наверняка слышали про так называемые PTI-тесты (pretrip inspection), осуществляемые с рефрижератором, и наверняка задаются сейчас вопросом, к чему относятся эти испытания и не то же ли это самое, что и испытания на эффективность термического оборудования?

PTI-тесты действительно широко используются в практике рефрижераторных перевозок. Ответственные компании проводят этот тест перед каждым груженым рейсом, несмотря на то, что в полной версии он занимает до 3 часов времени. Другие вынуждены его проводить по требованию страховщика или грузовладельца. Данный тест включает опробование всех узлов термического оборудования в нескольких режимах, в том числе охлаждения (перевозка заморозки) и отопления.

Однако PTI это именно тест оборудования, а не испытания. Данный тест не даёт необходимой количественной или качественной оценки параметров кузова транспортного средства, оснащенного термическим оборудованием, по обеспечению температурых и иных требований при перевозках скоропортящихся грузов. Он служит просто для цели проверки работоспособности оборудования. В частности, отсутствуют требования к определенным условиям проведения данного теста, он может проводиться, по сути, в любых условиях. Этот аспект, однако, не позволяет делать никаких иных выводов по результатам теста кроме общей работоспособности оборудования, исправности электрических соединений и контроллера.

Временной фактор

Важной особенностью СТС является нелинейность их характеристик во времени. Нелинейность обусловлена как старением изоляции кузова, так и изменениями в работе термического оборудования, связанными с возможными количественными и качественными изменениями хладагента, износом отдельных механических узлов оборудования и т.п.

Указанная нелинейность характеристик требует проведения повторных теплотехнических испытаний через определенные промежутки времени.

Основные виды и методы теплотехнических испытаний

Фактически, все известные виды теплотехнических испытаний с кузовом СТС и его термическим оборудованием приведены в СПС (добавление 2 к приложению 1). Это измерение общего коэффициента теплопередачи (коэффициента K), установление эффективности обеспечения требуемой температуры работой термического оборудования СТС в заданных условиях, а также испытания на холодопроизводительность.

Измерение коэффициента K

Коэффициент K это синтетический параметр, для измерения которого отсутствуют прямые методы и используются данные других измерений. Иначе говоря, нет такого прибора для непосредственного измерения общего коэффициента теплопередачи (как линейки для длины или гирей для веса).

Чтобы понять метод измерения коэффициента K достаточно понять его физический смысл, а проще всего это сделать, внимательно присмотревшись к размерности этого параметра - Вт/(кв.м.K). Что мы тут видим? Коэффициент K содержит определенное количество ватт (мощность), отнесенное к площади и некоей дискретной величине, называемой градусом. Разберём каждую величину по отдельности.

Ватт - это единица измерения мощности, в данном случае, тепловой (по определению). Мощность в широком понимании есть энергия, воздействующая в единицу времени. В нашем конкретном случае, это работа по нагреванию тел в единицу времени.

Под площадью понимается площадь средней поверхности кузова транспортного средства. Это среднегеометрическое наружной и внутренней поверхностей кузова без учёта гофр, то есть такая поверхность, через которую осуществляется теплообмен. При этом учитывается только теплоизолированный контур грузового помещения СТС. Если представить, к примеру, рефвагон, в торце которого установлено термическое оборудование, отделенное от грузового помещения термоизолированной перегородкой, кузов при вычислении средней поверхности будет приниматься именно в габаритах указанной перегородки, а не в общих габаритах кузова.

Ну и наконец градус. Речь идёт о перепаде средних температур воздуха внутри и снаружи кузова в 1 градус Цельсия или Кельвина (в относительных величинах, то есть когда речь идет о разнице температур, эти градусы численно равны). Воздух согласно СПС необходимо измерять не в одной точке, а во многих (в СПС установлено не менее 12 точек измерения температуры) на некотором расстоянии от поверхности кузова (в СПС - 10 см). Значения по всем точкам усредняются.

Соответственно, для измерения коэффициента K необходимо создать перепад средних температур внутри и снаружи кузова, измерить тепловую мощность, которая расходуется для обеспечения этого перепада в единицу времени, и отнести ее на единицу площади средней поверхности кузова. Таким образом необходимо измерить три независимых параметра - площадь, температуру и мощность - и зная их, вычислить коэффициент K.

Методика с достижением стационарного температурного режима (стандартная методика)

Любое воздействие, сколь большим бы оно ни было, не проводит к мгновенному изменению. Всякому воздействию противостоит инерция, существующая в любых формах взаимодействия. Таким образом, любое воздействие в физике может быть рассмотрено как процесс, растянутый во времени.

С другой стороны, в силу все той же инерции, объект, на который оказывалось воздействие, рано или поздно придет в состояние равновесия в рамках рассматриваемой системы. Это равновесное состояние будет отличаться как от начального состояния объекта, так и от состояния воздействующего объекта. Именно достижением нового равновесного состояния можно считать воздействие на объект завершенным.

Можно ли точно предсказать в какой-либо точке процесса момент его окончания и новые параметры равновесия? В физических системах, то есть системах, состоящих из объектов, не наделенных сознанием, мышлением и возможностью самостоятельного действия (то есть исключая личностные и общественные процессы), - да, можно. Но при двух условиях: точно известны физические законы протекания процесса и известны начальные параметры всех взаимодействующих объектов.

Такое долгое и, как кажется, отвлеченное вступление тем не менее необходимо, поскольку постоянно приходится сталкиваться с непониманием ряда аспектов, связанных с теплотехническими испытаниями. В частности, их продолжительностью. Давайте разберемся, что происходит, когда мы пытаемся создать перепад температур внутри и снаружи кузова транспортного средства. Пусть воздействие осуществляется электронагревателем, установленным внутри герметично закрытого кузова СТС.

В начальный момент времени электронагреватель будет осуществлять нагрев воздуха вблизи собственной нагретой поверхности. Далее, в силу конвекции (то есть движения воздушных масс) будет происходить перемешивание воздуха, имевшего непосредственный контакт с нагревателем (более легкий нагретый воздух) и не имевшим (более тяжелый холодный воздух). В ходе конвекции (для ее усиления может использоваться специальный вентилятор-циркулятор, устанавливаемый в грузовом помещении СТС) температура нагретого воздуха будет уменьшаться, а температура холодного - увеличиваться, причем не мгновенно, а пропорционально теплоемкости воздуха (параметр его тепловой инерции), зависящей, в свою очередь, также от ряда параметров (влажность, давление).

Средняя температура воздуха вместе с тем будет расти (при достаточной мощности нагревателя, разумеется). Однако будет ли этот рост равномерным? Разумеется, нет. По мере увеличения средней температуры внутри кузова и роста перепада температур между воздухом внутри кузова и наружным, количество тепла, проходящее через кузов, будет возрастать пропорционально росту этого перепада.

Значит ли вышесказанное, что рост температуры будет носить хотя бы предсказуемо замедленный характер? В теории да, но на практике и это не совсем так. И причиной этому является наличие значительного аккумулятора тепловой энергии в рассматриваемой системе - термоизолированного кузова СТС. По мере нагрева воздуха внутри кузова СТС, его тепловая энергия начнет передаваться более холодному кузову транспортного средства, который также начнет нагреваться. В силу значительной теплоемкости кузова (параметр его тепловой инерции) и большого запаса изначально аккумулированной тепловой энергии (определяется как теплоемкость, умноженная на массу кузова, которая значительна), этот нагрев будет иметь две условные стадии. На первой - нагрев кузова будет происходить непропорционально нагреву воздуха внутри кузова (нестационарный режим теплопередачи); на второй - любое изменение температуры воздуха внутри кузова будет приводить к пропорциональному изменению температуры кузова (стационарный режим теплопередачи).

Итого мы насчитали несколько различных составляющих инерции в рассматриваемой термодинамической системе. И для каждой из них надо знать начальные параметры, которые как правило, увы, неизвестны.

Из всего вышесказанного складывается очевидная картина испытаний по измерению коэффициента K - нагрев воздуха внутри герметично закрытого кузова стабильным по мощности источником тепловой энергии в условиях стабильной температуры воздуха снаружи кузова до тех пор пока рост средней температуры воздуха внутри кузова не прекратится (стационарный температурный режим). В условиях достигнутого равновесия необходимо произвести замеры мощности и температуры и зная среднюю площадь кузова рассчитать значение K.

Но для достижения перепада температур в 25 градусов (по СПС) требуется примерно 2-3 суток непрерывного нагрева. Чтобы убедиться в стабильности всех измеряемых параметров требуется ещё 12 часов непрерывных измерений. С учетом монтажа оборудования уже получается примерно 4 суток. Разумеется, стабильные характеристики измеряемых параметров в течение всей продолжительности испытаний (а неопределенность измерения K методом внутреннего нагрева нормируется не более 5 процентов) возможно получить только в специализированной климатической камере. А это удовольствие не из дешёвых, особенно если учесть необходимость размещения в такой камере целого железнодорожного вагона с вводом внутрь железнодорожного пути.

Ускоренные методы измерения коэффициента K

Теоретически, после достижения стационарного режима теплопередачи можно сразу прекращать испытания и по имеющимся данным за начало стационарного режима теплопередачи экстраполировать все недостающие значения температуры воздуха внутри кузова СТС исключительно математическими методами. Но, во-первых, границы указанных стадий (нестационарного и стационарного режимов теплопередачи) определить не так-то просто в ходе самих испытаний, во-вторых, влияние на процесс нагрева оказывают любые колебания мощности или температуры наружного воздуха (а значит, что-либо предсказать оказывается сложнее в силу того, что любая экстраполяция на основе искаженных данных приведет лишь к еще большим искажениям).

В этой связи есть интересные наработки АО "ВНИИЖТ" в области ускоренных теплотехнических испытаний транспортных средств на значение коэффициента K. Я не буду подробно останавливаться на их математической части, она подробно описана в соответствующих патентах и неоднократно публиковалась в научных статьях. Коснусь только сути этих ускоренных методов.

Основной задачей ускоренных методов является математическое исключение влияния кузова СТС в нестационарном режиме теплопередачи при неизвестных параметрах самого кузова. Достигнуть математического исключения какого-либо неизвестного параметра можно путем проведения одного и того же эксперимента в различных условиях. Получаемые избыточные данные будут, разумеется, различными, но вместе с тем они будут содержать в себе одну и ту же компоненту параметра, который появляется возможность исключить математическими методами.

Я бы позволил себе провести параллель со зрением. Если смотреть на мир одним глазом, невозможно определить расстояние до какого-либо наблюдаемого объекта. Однако если увеличить объем данных об одном и том же объекте (задействовать оба глаза), и объем данных при этом будет поступать под различным углом, мозг человека способен достроить картину мира относительно глубины наблюдаемого объекта косвенным (по сути, математическим) методом. Сравнение не на 100% точное, но подход, как мне кажется, передает.

...Таким образом, дальнейшее развитие ускоренных методов заключается в способе получения этих дополнительных (по сути, избыточных) данных о нестационарном режиме теплопередачи.

Было предложено два основных способа. Первый заключается в кратковременном (12 часов) нагреве с постоянной мощностью нагревателя и равным ему по продолжительности этапом охлаждения, достигаемым не полным отключением нагревателя, а соответствующим уменьшением его мощности. Другой способ позволяет исключить стадию охлаждения, а данные представить как два ряда значений, составленных из полной выборки измеренных показателей температуры и усеченной (смещенной) выборки.

То что данные методы являются работоспособными - не вызывает больших сомнений. Вопрос, однако, в возможности применения этих методов не в специализированной климатической камере, где строго соблюдаются все параметры, а в реальных условиях сегодняшнего дня, когда климатической камеры нет, а испытания как правило проводятся в обычном ангаре. Также мне неизвестны исследования относительно установления неопределенности измерения коэффициента K указанными ускоренными методами. Но, возможно, я просто не в курсе.

Мой личный опыт по апробации ускоренных методов не в специализированной климатической камере относится к апрелю 2016 года. Три независимых эксперимента были проведены мною на территории железнодорожного ангара ООО "ПК "Балтика" в г. Санкт-Петербург. Результаты значительно разошлись с измерением коэффициента K стандартной методикой. Я не занимался детальным поиском причин этого расхождения, но учитывая случайный характер расхождения (во всех трех случаях не прослеживалось никакой предсказуемой зависимости) полагаю, что основной причиной являются именно колебания температуры воздуха снаружи кузова, а также колебания мощности в заводской электросети. Даже незначительные искажения данных, очевидно, приведут к значительному искажению результата, получаемого методами, основанными на математических допущениях. Тем не менее, если специализированная климатическая камера будет построена, данные методы должны быть еще раз апробированы, и в случае приемлемого по точности результата необходимо перед ЕЭК ООН ставить вопрос о признании данных методов, которые экономически, безусловно, очень интересны.

А что тепловизор?

Если со стандартной методикой и ускоренными методами все более-менее понятно в научном плане, стоит появиться на горизонте его величеству ТЕПЛОВИЗОРУ как начинается невероятное буйство фантазии. Виной тому не сам тепловизор - прибор совершенно понятный с научной точки зрения и интересный в отдельных аспектах его применения - а сознание людей, привыкших наделять фантастическими качествами то, что им малопонятно. Особенно когда это сознание должным образом мотивировано.

Изначально я планировал написать отдельную статью об использовании тепловизоров для измерения коэффициента K, однако в процессе написания данного материала пришел к выводу, что значительная часть моей критики прекрасно ложится на ту научную базу относительно испытаний, которую я излагаю в данной статье. И отдельная статья, таким образом, не нужна.

Что же такое тепловизор? Это прибор, служащий для инфракрасной термографии – "науки использования электронно-оптических устройств для регистрации и измерения излучения и сопоставления его с температурой поверхностей" (взято отсюда). Тепловизор, продолжим цитировать, – "это прибор,  который  получает тепловое изображение в инфракрасной области спектра без непосредственного контакта с оборудованием. <...> Радиометрическое изображение – это тепловое изображение, содержащее рассчитанные значения температур для всех точек на изображении".

Итак, тепловизор, говоря простыми словами, это прибор для измерения потока излучения с поверхности. Измеренный поток излучения может быть преобразован в поле значений температур этой поверхности - в таком качестве этот прибор не отличается от обычного измерителя температуры, только действует бесконтактным способом.

Однако бесконтактный способ измерения температуры не отменяет стандартной методики измерения теплопередачи. Как и прежде, необходимо создать нормированный перепад температур, выйти на стационарный температурный режим, обеспечив жёсткие параметры температурного поля снаружи кузова, снять все те же данные. Никакой экономии времени и электроэнергии как при использовании ускоренных методов. Никакой возможности проведения испытаний без задействования специализированной климатической камеры как при использовании стандартной методики с учётом всех составляющих неопределенности измерений. По сути, всего лишь получаем измерение температуры дорогостоящим оборудованием вместо обычных дешёвых приборов (например, термометрами сопротивления).

Можно возразить, что использование тепловизора для измерения температуры может быть полезно в случае, если, к примеру, у кого-то просто завалялся промышленный тепловизор стоимостью пару сотен тысяч. А точнее таких "завалявшихся" приборов должно быть минимум 6 (по числу поверхностей кузова). А ещё ведь чем-то надо измерять температуру внутри кузова!

Ну все же допустим у нас есть 6 тепловизоров. Однако проблема в том, что мы должны измерять не температуру наружной поверхности стенки кузова, а температуру воздушных масс вблизи кузова (помните, те самые 10 см?). Мы же рассматриваем термодинамическую систему "воздух внутри - кузов - воздух снаружи", в рамках которой и осуществляется теплопередача. Однако "тепловизор регистрирует только поверхностное излучение оптически непрозрачных тел" (взято отсюда). Такой вот бемц!..

Но пойдем дальше. Предположим, проведя серию экспериментов и выведя некий сложный эмпирический закон, мы можем, зная температуру поверхности, рассчитать температуру воздуха в 10 см от нее (для неких заданных условий, разумеется). Однако проблема заключается в том, что для точного измерения температуры (а в случае требований к измерению коэффициента K это должно быть никак не хуже 0,5 градусов) мы должны знать с высокой точностью коэффициенты излучения с наружной поверхности кузова в инфракрасном диапазоне:

Большинство тел и поверхностей нас окружающих, имеют коэффициент излучения равный 0,95. Именно такие заводские настройки изначально выставляются на приборах. Причем на дешевых моделях, они жестко встроены в программную составляющую раз и навсегда, и изменить вы их не сможете. На более дорогих аппаратах, данный коэфф. можно регулировать вручную.

(взято отсюда)

И далее:

Замерить температуру материалов, которых нет в таблице, можно двумя способами. Использовать “мишень” с известным коэфф., накладывая ее на измеряемый объект. <...> Или сначала определить контактным термометром температуру поверхности, и затем меняя значения в приборе, добиться примерного совпадения.

Одним словом измерить температуру с высокой точностью можно, но сложно. Кстати, именно так, калибровкой тепловизора по обычным приборам, и предложили создатели "программно-аппаратного комплекса диагностики ограждающих конструкций изотермических вагонов "Тепло-М" (кстати, в названии нет ничего об измерении коэффициента K;-). Это примерно то же самое, что ехать по шоссе не в автомобиле, а в танке. При этом пустив впереди себя автомобиль. Только вот зачем?..

Одно из возражений сторонников использования тепловизоров для измерения коэффициента K, которое мне доводилось слышать, заключается в том, что тепловизор - настолько чудесный прибор, что позволяет измерить не только температуру, но и тепловой поток напрямую🤔. Тут уже логика доводов хотя бы становится понятной. Если мы можем напрямую измерить тепловой поток, то методологически задача измерения коэффициента K меняется. Однако фантазии в сторону и внимательно читаем выше - тепловизор измеряет лишь поток излучения с поверхности. А это не одно и то же, что полный тепловой поток в термодинамической системе (помните приставку "общий" перед коэффициент теплопередачи? так вот, общий, напомню, - это полный). Когда мы производим измерение коэффициента K по стандартной методике, учитывается и тепловой поток от теплопроводности, и конвекция, и излучение само собой. Однако ограничиться одним только излучением - неверно.

Ну и предпримем последний рывок. Даже если мы каким-то образом решили все вышеозначенные проблемы на пути использования тепловизора, каким-то сложным способом перешли от излучения с поверхности к полной теплопередаче в термодинамической системе и т.п., остаются нерешёнными две главные проблемы этих испытаний: обеспечение стабильности всех измеряемых параметров во времени и учёт влияния тепловых инерций в нашей рассматриваемой системе. А решая эти две задачи, мы снова откатываемся ко всей той проблематике, о которой говорилось выше при рассмотрении стандартного и ускоренных методов.

Итак, подытожим этот раздел о тепловизоре. Задачей технолога является установление рациональных границ использования той или иной технологии и выбор оптимальной технологии исходя из наличных условий. Именно этим и следовало бы заняться всем тем, кто пропагандирует использование тепловизоров для измерения коэффициента K. Занятие более чем странное... Вместе с тем тепловизоры прекрасно могут быть использованы в задаче установления дефектных зон кузова при производстве ремонтных работ (как, собственно, и заявлено в том же Тепло-М). И тут никаких замечаний с моей стороны нет и быть не может 👍

Средняя температура стенки кузова и скорость обдува воздушными массами

Еще несколько слов о необходимости климатической камеры для проведения теплотехнических испытаний. Помимо необходимости поддержания постоянной равномерной по объему температуры воздуха снаружи кузова и стабильной тепловой мощности нагревателя, важно учитывать еще два параметра, влияющих на измеренное значение коэффициента K - среднюю температуру стенок кузова и скорость обдува кузова воздушными массами.

И то, и другое влияние можно легко увидеть, анализируя известное уравнение теплопередачи:

Параметр альфа характеризует теплоотдачу с поверхности посредством излучения. Этот параметр зависит от множества факторов, одним из которых является скорость обдува поверхности воздушными массами. И зависимость эта степенная. Строго говоря, коэффициент K кузова вагона, движущегося со скоростью 100 км/час будет значительно отличаться от коэффициента K вагона в состоянии покоя. Для того, чтобы измерения коэффициента K, выполненные различными испытателями, были соизмеримы, в СПС нормируется скорость омывания кузова воздушными массами на уровне 1-2 м/с.

Средняя температура стенки кузова влияет на коэффициент теплопроводности (лямбда в указанной выше формуле). Соответственно, даже обеспечив один и тот же перепад средних температур воздуха внутри и снаружи кузова при одной и той же мощности нагревателя, но при различной температуре стенок получим два разных значения коэффициента K. Потому в СПС нормируется средняя температура стенок кузова, которая должна поддерживаться в процессе испытаний для возможности сравнительной оценки их результатов.

Очевидно, обеспечить все указанные требования вне климатической камеры очень сложно. Впрочем, остается возможность математического приведения значения коэффициента K к стандартным условиям, чем специалисты часто и пользуются в реальных условиях. Но это уже узко профессиональная тема, которая вряд ли кому-то здесь интересна.

Эффективность работы термического оборудования

В отличие от испытаний на измерение коэффициента K, проверка эффективности работы термического оборудования не содержит количественной оценки. По результатам испытания транспортному средству присваивается (или подтверждается, если в процессе эксплуатации) тот или иной класс - условное обозначение способности СТС поддерживать заданный температурный режим в грузовом помещении.

Метод испытаний в меру прост и очевиден. Транспортное средство помещают в климатическую камеру, в которой установливают расчетную температуру воздуха. Далее двери транспортного средства закрывают, включая штатное термическое оборудование, которое осуществляет понижение или повышение температуры воздуха внутри порожнего кузова до заданного значения температурного режима. Для обеспечения запаса проверяемых характеристик, внутри кузова дополнительно размещают источник тепловой энергии (например, внутри рефрижератора размещают нагреватель) суммарной мощностью 30 процентов от расчетного теплового потока через стенки кузова. Испытания считаются пройденным успешно, если в течение не менее 12 часов удается поддерживать среднюю температуру воздуха внутри кузова СТС на заданном уровне.

Как и в случае с измерением коэффициента K требуется обеспечить равномерное температурное поле снаружи кузова, стабильность энергетических характеристик, точность измерений. Однако чистая продолжительность испытаний лишь незначительно превышает 12 часов, а с учётом монтажа оборудования суммарная их продолжительность составляет около суток (именно этот срок озвучен на сайте ООО "Термогарант" и ошибочно некоторыми относится на измерение коэффициента K). Вместе с тем наличие специализированной климатической камеры также необходимо, причем она должна обеспечивать весь диапазон расчетных температур - от минус 40 до плюс 30 градусов Цельсия.

Холодопроизводительность термического оборудования

Метод испытаний

Испытание по установлению холодопроизводительности холодильной установки осуществляется в калориметрической камере. Поскольку холодопроизводительность парокомпрессионной машины зависит от совокупности условий работы ее составных частей (компрессора, конденсатора, испарителя и пр.), испытания осуществляются для различных расчетных условий. На выходе получается как правило нелинейная характеристика холодопроизводительности.

Нужны ли отдельные испытания на теплопроизводительность?

Отдельно стоит сказать об отопительном оборудовании транспортных средств. Если отопление грузового помещения СТС осуществляется электронагревателями (ТЭНами), тут все просто и понятно - производительность такого оборудования соответствует электрической мощности ТЭНов. Характеристика будет линейной и, более того, константой. Однако, если отопление грузового помещения СТС осуществляется от холодильной установки, работающей по принципу так называемого обратного теплового насоса (когда испаритель и конденсатор парокомпрессионной машины функционально меняются местами - как в бытовых кондиционерах инверторного типа), производительность отопления будет носить нелинейный характер. Однако всем этим тонкостям отопления в настоящее время уделяется недостаточно внимания (быть может, по причине малого числа СТС с инверторной холодильной машиной), и обязательно установление пока только холодопроизводительности.

Почему порожний кузов?

Отличный вопрос, если кто-то задался им. Ранее на этом канале мы неоднократно обсуждали работу термического оборудования СТС, которое, по меткому выражению моих коллег, обеспечивает условия "не больницы, а санатория". То есть термическое оборудование СТС призвано не охлаждать или нагревать груз, а охлаждать или отапливать воздух между грузом и стенками кузова, тем самым изолируя груз от внешнего теплового воздействия (таким образом груз получает возможность сохранять свою начальную температуру сколь угодно долго). Собственно, проверке и подлежит эта способность термического оборудования поддерживать начальную температуру груза, а сам груз является неактивным элементом и его включение в рассматриваемую термодинамическую систему не имеет смысла.

Зачем нужна отдельно холодопроизводительность?

Ранее мы договорились, что под теплотехническими параметрами СТС будем понимать такие характеристики транспортного средства, которые позволяют грузоотправителю принять адекватное решения о возможности использования того или иного СТС для перевозки конкретного вида скоропортящегося груза. И если с коэффициентом K, устанавливающим величину теплообмена, и классом транспортного средства, устанавливающим его способность поддерживать в заданных условиях установленные температурные режимы, все понятно, то зачем знать отдельно холодопроизводительность?

В последние годы достаточно бурно развивается тема съемного термического оборудования. Смысл в том, чтобы сделать транспортное средство с возможностью быстрой и оперативной замены холодильной установки. Например, если требуется перевезти заморозку в летний период года на южном направлении целесообразно поставить более мощное холодильное оборудование. И напротив, перевозка той же заморозки в зимний период года не требует столь мощной холодильной установки, потребляющей много топлива и дорогостоящей в эксплуатации и ремонте. Отсюда возникает потребность в СТС с возможностью быстрой замены термического оборудования.

Однако меняя термическое оборудование нам необходимо знать расчетную величину теплопритока в грузовое помещение СТС (коэффициент K) и производительность устанавливаемого в кузов термического оборудования, которое должно компенсировать известный теплоприток. Для этих целей и может понадобиться актуальная характеристика термического оборудования.