LIGRA – Výpočet tepelných režimů radiátorů

Pro výběr správného radiátoru je nutné určit faktory, které určují kvalitu jeho provozu. Následují některé fyzikální aspekty provozu radiátoru.

V termodynamice jsou přijímány následující charakteristiky, které určují fyzický obraz provozu systému zařízení chlazeného radiátorem:

Q — výkon rozptylu tepelné energie (W), představuje úroveň tepla rozptýleného elektronickými součástmi během provozu (např. procesor).
Tj — maximální teplota pn přechodu zařízení (°C). U typických mikroelektronických zařízení je tato teplota do 115 °C.
Tc — teplota pouzdra zařízení (°C). Protože Protože teplota na povrchu těla zařízení není stejná, pak se zpravidla za tuto hodnotu bere maximální teplota na těle chlazeného zařízení.
Ts — teplota vypouštění (°C). Představuje maximální teplotu základny radiátoru.
Ta — teplota okolního vzduchu (°C).

Pomocí teploty a výkonu rozptylu tepelné energie je možné získat numerický odhad účinnosti odvodu tepla ve formě tepelného odporu R, definovaný jako:

R=dT/QKde dT – teplotní rozdíl mezi dvěma prvky.

Jednotkou měření tepelného odporu je stupeň/watt (°C/W). Tepelný odpor ukazuje změnu teploty zařízení, když se na něm rozptýlí 1 W výkonu. Tepelný odpor je v podstatě podobný elektrickému odporu, určený Ohmovým zákonem.

Uvažujme případ, kdy je chladič umístěn na procesoru (viz obrázek):

Uvažujme o zjednodušeném systému odvodu tepla. V tomto schématu se tepelný tok z jádra procesoru přenáší do jeho těla, poté do základny radiátoru a nakonec se procházející radiátorem rozptýlí v prostředí.

Tepelný odpor mezi jádrem procesoru a jeho skříní lze tedy vypočítat takto:

Rjc = (Tj – Tc)/Q

Tento odpor je určen výrobcem procesoru a má obvykle konstantní hodnotu. Uživatel nemá možnost tento parametr ovlivnit.

Podobně můžeme získat hodnoty dalších dvou tepelných odporů:

Rcs = (Tc – Ts)/Q

Rsa = (Ts – Ta)/Q

Zároveň je třeba poznamenat, žeRcs je tepelný odpor mezi povrchem skříně procesoru a základnou chladiče a někdy se mu říká odpor přechodové vrstvy. Jeho hodnota je dána kvalitou zpracování povrchů sousedících vedle sebe a charakteristikou tzv. tepelného rozhraní (tepelná sloučenina, teplovodivé těsnění).

RSa— tepelný odpor radiátoru.

Celkový tepelný odpor uvažovaného systému jádro-prostředí procesoru lze tedy získat sečtením výše uvedených tepelných odporů:

Rja = Rjc + Rcs + Rsa = (Tj – Ta)/Q

Transformací tohoto výrazu můžete získat následující vztah pro tepelný odpor radiátoru:

Rsa = ((Tj – Ta)/Q) – Rjc – Rcs

V tomto výrazu Tj, Q и Rjc určeno specifikacemi výrobce procesoru a Ta и Rcs — měnitelné parametry.

Parametr Ta závisí do značné míry na teplotních podmínkách, ve kterých bude zařízení pracovat. Obvykle se hodnota tohoto parametru pohybuje v rozmezí od 35 do 45 °C a může dosáhnout 50-60 °C, pokud se zařízení používá v omezeném malém prostoru nebo pracuje v blízkosti zdrojů silného vývinu tepla. Pro lepší chlazení je proto vhodné:

· mít tělo zařízení s větším vnitřním objemem;

· kdykoli je to možné, zajistěte dobré větrání krytu;

· Zařízení umístěte mimo dosah topných zařízení a přímého slunečního záření.

Tepelná odolnost Rcs závisí na kvalitě zpracování a rovinnosti povrchů tělesa chladiče a procesoru, přítlaku těchto povrchů a ploše jejich styku, typu a tloušťce použitého teplovodivého těsnění. Povrch radiátoru není nikdy zcela hladký. Při každém kontaktu povrchu chladiče a procesoru zůstávají mikroskopické proužky naplněné vzduchem, což negativně ovlivňuje odvod tepla. Řešením tohoto problému je použití tepelně vodivého polštářku vyrobeného z materiálů s vysokou tepelnou vodivostí k vyplnění těchto dutin a zlepšení tepelné vodivosti.

Tepelná vodivost při kontaktu kov na kov je vždy vyšší než při kontaktu keramiky na kov. Pokud je tedy procesor v keramickém pouzdře (a ne s kovovou deskou), je nutné použít směs. Nejoblíbenější termosměs je KTP pasta. Snadno vyplní všechny dutiny mezi procesorem a radiátorem, snadno se nanáší a snadno odstraňuje. Někteří výrobci zařízení používají grafit jako tepelně vodivé těsnění. Grafitové distanční vložky (stříbrně šedý pásek) jsou levné, ale nezajišťují dostatečný odvod tepla. Ale grafitové těsnění je pořád lepší než nic.

Pokud již radiátor má tepelně vodivé těsnění z grafitu nebo elastomeru, ale chcete použít pastu, budete muset toto těsnění sloupnout nebo seškrábnout a na jeho místo nanést pastu. Nedoporučuje se používat obojí dohromady. Tepelně vodivá lepicí páska je velmi účinná pro zajištění malých chladičů (na grafických kartách), ale tepelný výkon je stále horší než tepelná pasta. Pokud se po použití pasty váš radiátor začne více zahřívat, znamená to lepší tepelnou vodivost.

Nyní se pokusíme určit faktory ovlivňující vlastnosti konkrétního radiátoru.

Množství tepelného toku procházejícího kterýmkoli fragmentem radiátoru lze odhadnout z Fourierova zákona:

Q – množství tepla za jednotku času, tzn. J/s (W) (tepelný tok povrchem Sumístěné kolmo k ose z),
k — součinitel tepelné vodivosti, W/m*K,
S – oblast fragmentu,
dT/dz — změna teploty v daném směru (například ve směru osy z)

Poměr má znaménko mínus, protože teplo „proudí“ ve směru klesající teploty.
Z tohoto zákona je zřejmé, že tepelný odpor radiátoru je nepřímo úměrný jeho součiniteli tepelné vodivosti a je tedy vlastností materiálu. Podstatou tepelného odporu je, že při jeho nižší hodnotě, tzn. při menší změně teploty je účinnost radiátoru vyšší. Moderní radiátory mají extrémně nízké hodnoty tepelného odporu (0,05 -0,1 °C/W).
Z Fourierova zákona je zřejmé, že s větším povrchem bude tepelný tok tímto povrchem větší a účinnost přenosu tepla bude vyšší. Maximální povrch můžete získat dvěma způsoby – buď zvětšením fyzických rozměrů samotného radiátoru, nebo použitím lamel optimálního tvaru. První metoda není vždy použitelná, protože Prostor uvnitř těla zařízení je samozřejmě omezen jeho fyzickými rozměry a přítomností velkého množství dalších nezbytných prvků. Velmi často umístění velkého chladiče ztěžuje samotná konstrukce plošného spoje, například kondenzátory umístěné v blízkosti slotu procesoru. Proto se druhý způsob často ukazuje jako mnohem efektivnější, přičemž zvláštní pozornost je věnována správnému profilování žeber chladiče a technologii jeho výroby.

Typy radiátorů. Materiál – číst.

Při navrhování topného systému pro soukromý dům nebo byt v novostavbě je nutné vědět, jak vypočítat výkon topných těles, aby bylo možné určit požadovaný počet sekcí pro každou místnost a technické místnosti. Článek nabízí několik jednoduchých možností výpočtu.

Vlastnosti výpočtů

Výpočet výkonu topného tělesa je spojen s řadou problémů. Faktem je, že během topné sezóny se venkovní teplota neustále mění, a proto se liší i tepelné ztráty. Takže při -30 stupni Celsia a silném severním větru budou mnohem větší než při -5 stupních Celsia, a to i za bezvětří.

Mnoho majitelů nemovitostí se obává, že nesprávně vypočítaný topný výkon radiátorů může vést k tomu, že v mrazivém počasí bude v domě zima, a v teplém počasí bude nutné mít okna celý den dokořán otevřená a tím vytápět ulici.

Existuje však pojem zvaný teplotní graf. Díky němu se teplota chladicí kapaliny v topném systému mění v závislosti na venkovním počasí. S rostoucí venkovní teplotou se zvyšuje tepelný výkon každé sekce baterie. A pokud ano, pak u jakéhokoli topného zařízení můžeme hovořit o průměrném tepelném výkonu.

Pokud jde o obyvatele soukromých domů, po instalaci moderní elektrické nebo plynové topné jednotky nebo vytápění pomocí tepelných čerpadel by se neměli obávat teploty chladicí kapaliny cirkulující v topném okruhu.

Topná zařízení vytvořená s využitím nejmodernějších technologií vám umožňují ovládat je pomocí termostatů a upravovat výkon baterií podle potřeby. Přítomnost moderního kotle nevyžaduje regulaci teploty chladicí kapaliny, ale pro instalaci topných těles bude stále nutný výpočet výkonu.

Postup pro výpočet výkonu topných těles

Všechny výpočty týkající se uspořádání topné konstrukce jsou neoddělitelně spjaty s takovým konceptem, jako je tepelný výkon. Existuje několik možností pro výpočet výkonu topného tělesa. Je třeba poznamenat, že u zařízení od známých a zavedených výrobců je tento parametr vždy uveden v dokumentech, které jsou k nim připojeny.

U jednotek, jako je elektrický konvektor, ventilátorový ohřívač, olejový radiátor nebo infračervený keramický panel, odpovídá tepelný výkon jejich elektrickému výkonu. Při vytváření topného systému, který používá kapalné chladivo, se bez baterií neobejdete.

U litinových, hliníkových nebo bimetalických topných zařízení je výkon jedné sekce topného tělesa od 140 do 220 wattů. Průměrná hodnota se považuje za 200 wattů, které baterie vydává, když je teplotní rozdíl mezi chladicí kapalinou a vzduchem v místnosti 70 stupňů.

Pro výpočet bimetalických topných radiátorů nebo litinových baterií na základě tepelného výkonu je nutné vydělit požadované množství tepla číslem 0,2 kW. Výsledkem bude počet sekcí, které je třeba zakoupit pro zajištění vytápění místnosti.

Pokud litinové radiátory (viz foto) nemají proplachovací kohoutky, odborníci doporučují počítat s 130-150 wattů na sekci. I když zpočátku vydávají více tepla, než je potřeba, nečistoty, které se v nich objevují, sníží tepelný výkon.

Jak ukázala praxe, je vhodné instalovat baterie s rezervou asi 20 %. Faktem je, že když nastane extrémní chladné počasí, v domě nebude nadměrné teplo. Škrticí ventil na přívodním potrubí také pomůže v boji proti zvýšenému přenosu tepla. Nákup několika dalších sekcí a regulátoru nebude mít velký dopad na rodinný rozpočet a dům bude během mrazů teplý.

Požadovaná hodnota tepelného výkonu radiátoru

1. Metoda podle SNiP předpokládá, že na metr čtvereční plochy je potřeba 100 wattů. Ale v tomto případě je třeba vzít v úvahu řadu nuancí: — tepelné ztráty závisí na kvalitě tepelné izolace. Například pro vytápění energeticky úsporného domu vybaveného systémem rekuperace tepla se stěnami z SIP panelů je potřebný topný výkon menší než 2krát; — tvůrci hygienických norem a předpisů se při jejich vývoji řídili standardní výškou stropu 2,5–2,7 metru, ale tento parametr se může rovnat 3 nebo 3,5 metru; — tato možnost, která umožňuje vypočítat výkon topného tělesa a tepelný výkon, je správná pouze za podmínky přibližné teploty v bytě 20 °C a venku -20 °C. Podobný obrázek je typický pro sídla nacházející se v evropské části Ruska. Pokud se dům nachází v Jakutsku, bude potřeba mnohem více tepla.
2. Metoda výpočtu založená na objemu se nepovažuje za složitou. Na každý krychlový metr místnosti je potřeba 40 wattů topného výkonu. Pokud jsou rozměry místnosti 3×5 metrů a výška stropu 3 metry, pak bude potřeba 3x5x3x40 = 1800 wattů tepla. A i když jsou chyby spojené s výškou místností v této možnosti výpočtu eliminovány, stále není přesný.
3. Přesnější metoda výpočtu založená na objemu, zohledňující větší počet proměnných, dává realističtější výsledek. Základní hodnota zůstává stejná 40 wattů na metr krychlový objemu. Při přesnějším výpočtu tepelného výkonu radiátoru a požadovaného tepelného výkonu je třeba vzít v úvahu, že: — jedny dveře ven spotřebují 200 wattů a každé okno 100 wattů; — pokud se byt nachází na rohu nebo na konci, použije se korekční faktor 1,1–1,3 v závislosti na typu materiálu stěn a jejich tloušťce; — pro soukromé domy je to faktor 1,5; — pro jižní oblasti se použije faktor 0,7–0,9 a pro Jakutsko a Čukotku se použije korekce 1,5 až 2.

Jako příklad pro výpočet je uveden rohový pokoj s jedním oknem a dveřmi v soukromém cihlovém domě o rozměrech 3×5 metrů s třímetrovým stropem na severu Ruska. Průměrná teplota za oknem v zimě v lednu je -30,4 °C.

• určete objem místnosti a požadovaný výkon – 3x5x3x40 = 1800 wattů;
• okno a dveře zvyšují výsledek o 300 wattů, celkem tedy 2100 wattů;
• s ohledem na rohovou polohu a skutečnost, že dům je soukromý, bude to 2100×1,3×1,5 = 4095 wattů;
• Předchozí výsledek vynásobíme regionálním koeficientem 4095×1,7 a dostaneme 6962 wattů.

© 2015-2025, společnost ThermoCentre	Moskva, Ochakovskoe sh., 36, kancelář. 13	Jednotný Help Desk
+7 (499) 506-89-40