Диаметр труб отопления: Какой диаметр труб из полипропилена для отопления

какой выбрать, последствия заужения к квартире, подбор по таблице

Отопление дома или квартиры — не такая простая инженерная система, как может показаться на первый взгляд. При составлении проекта требуется провести много расчётов, в частности, нужного диаметра трубопровода.

Правильно подобрать диаметр — это залог надёжной, комфортной и эффективной системы обогрева помещений.

К примеру, отопление без насоса, где теплоноситель циркулирует самотёком, вообще может не заработать при слишком узких трубах, а схема с принудительной циркуляцией при занижении диаметра будет шуметь или не прогревать помещения до нужной температуры. Поэтому следует воспользоваться правилами расчёта, которые позволят привести теплопотери к минимуму.

Влияние диаметра труб на КПД для системы отопления в частном доме

Ошибочно полагаться на принцип «больше — лучше» при выборе сечения трубопровода. Слишком большое сечение трубы ведёт к снижению давления в ней, а значит и скорости теплоносителя и теплового потока.

Более того, если диаметр слишком велик, у насоса попросту может не хватить производительности для перемещения такого большого объёма теплоносителя.

Важно! Больший объём теплоносителя в системе подразумевает высокую суммарную теплоёмкость, а значит времени и энергии на его подогрев будет затрачиваться больше, что также влияет на КПД не в лучшую сторону.

Подбор сечения трубы: таблица

Оптимальное сечение трубы должно быть минимально возможным для данной конфигурации (см. таблицу) по следующим причинам:

• маленький объём теплоносителя быстрее нагревается;
• меньший просвет создаёт большее сопротивление движению теплоносителя, оно замедляется, что приводит к уменьшению шума;
• трубопровод небольшого диаметра лучше впишется в интерьер и вызовет меньше трудностей при монтаже;
• от размера трубы зависит её стоимость, поэтому тонкие трубы более выгодны по цене.

Однако, не стоит переусердствовать: помимо того, что маленький диаметр создаёт повышенную нагрузку на соединительную и запорную арматуру, он также не в состоянии перенести достаточно тепловой энергии.

Чтобы определить оптимальное сечение трубы, используется следующая таблица.

Фото 1. Таблица, в которой значения приведены для стандартной двухтрубной схемы системы отопления.

Какие нужны параметры

В описании характеристик на конкретную трубу могут встретиться следующие параметры:

• Внутренний диаметр — основной фактор, влияющий на производительность системы и учитывающийся в расчёте.
• Внешний — измеряется по внешней окружности трубопровода, влияет на то, какие отверстия потребуется сверлить в стенах и перекрытиях.
• Номинальный, или условный — приблизительно совпадает с внутренним сечением трубы, выбирается из фиксированного ряда чисел по ГОСТу, обозначается как DN 100. Для распространённых значений иногда так же обозначается как диаметр резьбы в дюймах, например: 1/2″, 3/4″.

Процедура расчёта, чтобы подобрать размер

Рассмотрим пример типового расчёта сечения трубопровода для обогрева комнаты 40 м².

• Вычислим оптимальное количество энергии для прогрева помещения. Для средней полосы, утеплённого дома и потолков не выше 3 метров, на 10 м² площади требуется 1 кВт тепла. Или для 40 м² — 4 кВт.
• Берём 20% запас (на случай непредвиденных теплопотерь в виде открытых окон и других факторов): 4*1,2 = 4,8 кВт, или 4800 Вт. Под каждым окном в помещении должен стоять радиатор отопления. Допустим, в нашей комнате 3 окна, тогда это 3 радиатора, каждый по ~1,6 кВт.

Внимание! Тепловая мощность указывается в техпаспорте на батарею отопления. Можно использовать более мощный радиатор, но не наоборот, иначе помещение не будет прогреваться достаточно эффективно.

• Теперь обращаемся к таблице и находим в ячейках самое близкое значение мощности к расчётному, округляя в большую сторону.

Согласно таблице, это 5518 Вт и нужно использовать трубопровод с сечением равным 12 мм, а скорость движения теплоносителя составит 0,6 м/с.

Несмотря на присутствие в ячейках других близких значений, используют значения из ограниченной синим цветом зоны, которая заключает в себе приемлемые значения скорости жидкости в трубопроводе.

Подходящая скорость протока теплоносителя по трубам — от 0,3 до 0,7 м/с. Меньшая — приведёт к медленному обогреву помещения и неравномерному прогреву радиаторов, а при большей жидкость просто не будет успевать прогреваться до установленной температуры в теплообменнике котла и создавать ощутимый шум.

Вам также будет интересно:

Особенности выбора в частном доме

В случае наличия центральной отопительной магистрали, подбор диаметра проводится аналогично квартирным отопительным системам. Однако если вы проектируете автономное отопление в частном доме, то необходимо принять в расчёт тип циркуляции теплоносителя: естественный или принудительный.

Принудительная циркуляция жидкости не так привередлива к выбору сечения трубопровода, а вот работа самотёчной системы с естественной циркуляцией очень сильно зависит от диаметра труб на различных участках.

Здесь больший размер трубы означает меньшее сопротивление и лучшую производительность системы, а некоторые участки контура должны обладать меньшим диаметром. Например, при установке байпаса (замыкающего участка) его диаметр рекомендуется на один условный размер меньше, чем основного трубопровода.

Фото 2. Применение байпаса в отопительной системе, в этом случае диаметр труб должен быть меньше, чем у трубопровода.

Последствия заужения стояка в многоквартирном доме

Весь контур системы отопления в идеале должен быть выполнен трубами одного размера. Отдельные узкие участки приводят к локальным повышениям давления и снижению расхода жидкости, что может пагубно отразиться на эффективности отопления.

При переделке системы отопления в квартире и замене стальных труб на пластиковые, можно по невнимательности сделать заужение диаметра на данном участке. Происходит это потому, что толщина стенок трубопровода из полиэтилена гораздо больше толщины у стального. Так при одинаковом внешнем сечении, пластиковая труба будет обладать меньшим внутренним просветом.

Зачастую такое делается только ради экономии времени и усилий, ведь старые отверстия в стенах под стальные трубы придётся расширять, причём немало: с 25 до 32 мм. Гораздо проще сэкономить и поставить трубу с меньшим внутренним сечением.

Однако делать такое категорически нельзя из-за серьезных последствий: в многоквартирном доме у соседей по стояку вы таким образом украдёте 40% тепла и воды, проходящей по трубам.

Как выбрать диаметр подачи и обратки в квартире

В двухтрубной схеме отопления может использоваться различное расположение труб подачи (с горячим теплоносителем) и обратки (с остывшим после передачи части энергии помещению). Если подача и обратка проходят рядом параллельно и каждый радиатор имеет индивидуальное подключение, то их диаметр можно выбрать одинаковым.

Справка! Однако если трубы разнесены, и подача заведена на чердак дома, откуда уже идут ответвления на комнаты, диаметр подающего трубопровода нужен больше обратного, для обеспечения достаточной производительности системы.

Трубопровод как ключ к эффективной работе

Сечение труб, из которых монтируется система отопления, имеет большое значение в эффективности её работы.

Неправильно произведённый расчёт диаметров может не проявить себя до поры до времени.

Например, пока вы не измените температуру теплоносителя или не попытаетесь запустить систему в холодном доме.

Если отопление и так работало «на грани», то изменение температурного режима может понизить давление до таких уровней, что система просто не будет работать.

Полезное видео

Из видео можно узнать некоторые советы специалиста по выбору диаметра труб отопительной системы.

Заключение

Помимо традиционного отопления на базе котла, сегодня набирает популярность геотермальное отопление, использующее тепловую энергию, запасённую в грунте от солнца. Специальное оборудование (тепловой насос) преобразует

небольшую температуру +5–8 °C на глубине земли в тепло для обогрева помещений.

К преимуществам данного способа отопления является повсеместная доступность, возобновляемость энергии, экологичность и низкие расходы на эксплуатацию. Но пока такие установки слишком дороги и окупаются через 5–8 лет. К тому же, для питания насоса требуется электричество, что делает такое отопление полностью энергозависимым.

Как правильно выбрать диаметр трубы для отопления дома

Просмотров 1.3k. Обновлено 08.04.2021

Вычислить оптимальное сечение трубопровода профессионалу несложно. Практический опыт + специальные таблицы – всего этого достаточно, чтобы принять верное решение. А вот как быть рядовому собственнику жилища? Ведь многие предпочитают монтировать отопительный контур своими силами, но при этом не имеют профильного инженерного образования. Данная статья станет хорошей подсказкой для тех, кому нужно определиться с диаметром трубы для отопления частного дома.

Есть несколько нюансов, на которые нужно обратить внимание:

• Во-первых, все данные, полученные на основании вычислений по формулам – приблизительные. Различные округления величин, усредненные коэффициенты – все это вносит ряд поправок в конечный результат.
• Во-вторых, специфика эксплуатации любого контура отопления имеет свои особенности, поэтому любые расчеты дают лишь ориентировочные данные, «на все случаи».
• В-третьих, трубная продукция выпускается в определенном ассортименте. Это же касается и диаметров. Соответствующие величины располагаются в определенном ряду, с градацией по значениям. Поэтому придется подбирать номинал, наиболее близкий к расчетному.

Исходя из вышесказанного, целесообразно воспользоваться практическими рекомендациями профессионалов.

Все Ду – в «мм». В скобках – для систем с естественной циркуляцией теплоносителя.

Но это общие параметры контура, не учитывающие его специфику. Более точные значения отражены в таблице.

Что учитывается при выборе диаметра труб

Мощность теплогенератора. Она берется за основу и определяется индивидуально для каждого строения. На что ориентируется собственник, приобретая котел? На совокупную площадь всех отапливаемых помещений. Именно это обязательно уточнит менеджер в точке продаж, если у покупателя возникнут вопросы по данному пункту.

На заметку! Принято считать, что для обеспечения качественного обогрева дома необходимо придерживаться следующего соотношения – 1 м2/0,1 кВт. Но если учитывать особенности климата, щадящий режим работы агрегата (чтобы не «гонять» его на пределе), то следует добавить порядка 30%. Получается – 1/1,3.

Скорость теплоносителя. Если она менее 0,25 м/сек, то есть риск завоздушнивания системы, образования пробок на трассе. Превышение значения 1,5 чревато «шумами» в магистрали. Это особенно ощутимо, когда трубы металлические, да еще и проложены открытым способом. Но в любом случае перемещение теплоносителя по трассе будет хорошо прослушиваться.

Практикой доказано, что для частного строения (с автономным отопительным контуром) следует ориентироваться на показатель в пределах от 0,3 до 0,7. Это оптимальное значение для любой системы.

Конфигурация контура. В частных домах при его монтаже, как правило (независимо от схемы), все «нитки» заводятся на коллектор. Каждая из них «нагружена» на определенное количество радиаторов. Нет смысла приобретать трубы одного и того же диаметра для всех линий, если учесть, что чем больше сечение заготовки, тем выше цена 1 п. м.

Диаметр трубы. Наружный особой роли не играет, так как у изделий из различных материалов есть отличия в толщине стенки. Данный параметр свидетельствует лишь об удобстве крепления изделия. Внутренний диаметр – о пропускной способности трассы. Именно он и является определяющим.

На заметку! Принято оперировать усредненным значением величины сечения (диаметром условного прохода). Именно данный параметр и применяется в расчетах.

Диаметры труб принято обозначать в дюймах. Для нас это непривычная (не метрическая) система, поэтому следует знать правила перевода величин. Соотношение дюйма к сантиметру – ½,54 (или 25,4 мм). Материал трубы – металлопластик, сталь, ПП, ПЭ.

Специфика строения. В первую очередь это относится к эффективности его теплоизоляции – из каких материалов она смонтирована, по какой методике и так далее.

Практические рекомендации

• Неправильный выбор диаметров изделий чреват многими неприятностями: протечками (из-за гидродинамических ударов или превышения давления в магистрали), повышенным расходом эл/энергии (топлива) по причине низкой эффективности системы и рядом других. Поэтому монтировать ее по принципу «как у соседа (кума, свояка)» не следует.
• Если контур состоит из разнородных труб, то придется делать специальные расчеты для каждого участка (линии) трассы. Отдельно – для пластика, металла (сталь, медь), применять различные коэффициенты и так далее. Решить такую задачу может лишь специалист. В подобных ситуациях самостоятельно заниматься расчетами не стоит, так как ошибка может быть весьма значительной. Услуги профессионала обойдутся гораздо дешевле, чем последующая переделка коммуникаций, да еще и в отопительный сезон.
• Подключение всех приборов (расширительный бак, чугунные батареи https://teplovik.net/catalog/229/chugunnye-radiatory и других) контура осуществляется трубами одного сечения.

Для исключения образования воздушных пробок (в случае некоторых ошибок в расчетах) на каждой линии следует установить так называемые воздухоотводчики.

Диаметр труб для отопления. Какой и как выбрать по таблицам

Как правильно подобрать трубы для отопления? Этот вопрос волнует каждого застройщика, поскольку ошибка может нарушить работу всей системы, сделать ее неэффективной и некомфортной.

При заниженном диаметре:

• Трубы испытывают повышенные нагрузки и сокращается срок их службы. О 50-и годах, как заявляют производители, речь даже не идет.

• В пиковые периоды при заниженном диаметре трубы может быть не обеспечена подача тепла в нужном количестве и в помещении будет некомфортная температура.

Но и ставить трубы на отопление с большим запасом тоже смысла нет:

• Это ненужный перерасход денежных средств, снижается инвестиционная эффективность замены труб и оборудования системы отопления.

• Из-за маленькой скорости потока теплоносителя в трубах могут образовываться отложения, что ведет к уменьшению их пропускной способности.

• Снижается эффективность из-за большего объема системы отопления. Она приобретает повышенную инерционность.

• Возможно постоянное завоздушивание, что ведет в повышенному износу радиаторов отопления, теплообменника котла и других компонентов

По сути, при правильно выбранном диаметре труб отопления теплоноситель перемещается по трубопроводам в нужном количестве и определенном диапазоне скоростей. Таким образом при выборе диаметра труб для системы радиаторного отопления с принудительной циркуляцией необходимо отталкиваться от двух значений:

• тепловая мощность отопительного контура

• скорость потока теплоносителя в трубопроводе

Усредненно показатель тепловой мощности часто принимают 100 Вт/м. кв., хотя правильнее заказать профессиональный расчет. Теплопотери, которые напрямую определяют тепловую мощность, зависят от многих факторов: утепление дома, тип окон и дверей с ручками http://www.mirar-group.ru, климата в регионе и других. Скорость потока зависит от расхода теплоносителя и указывается производителями труб в специальных таблицах.

Расчет диаметра труб отопления по таблице

Дабы упростить «жизнь» начинающим застройщикам, специалистами уже составлены специальные таблицы по которым можно подобрать нужный диаметр при ΔТ=20 град.С (разница температур между подачей и обраткой).
Ниже таблица подбора диаметра трубы для отопления при ΔТ=20 град. С:

Алгоритм подбора следующий:

• Перемещаясь по столбцам с показателем скорости потока жидкости 0,4-0,6 находим нужный показатель теплового потока.

• По крайнему левому столбцу определяем требуемый внутренний диаметр трубопровода.

• По таблицам производителя, в зависимости от внутреннего диаметра, находим нужный наружный диаметр.

Пример расчета

Например, есть дом 60 кв. метров.
По среднему показателю теплопотерь 100 Вт/м.кв., требуемый тепловой поток 6000 Вт. Применяем коэффициент запаса 1,2 — 6000*1,2=7200 Вт
В таблице максимально приближенным будет значение 7185 Вт при скорости потока 0,5 м/с.
По крайнему левому столбцу внутренний диаметр трубы будет равным 15 мм.
По таблице производителя находим требуемый наружный диаметр трубы. Например, для универсальной металлопластиковой трубы TECEFlex (стр. 11) ближайшее значение в сторону увеличения — 18 мм. Это труба универсальная многослойная (PE-Xc\Al\PE) 25 мм. Аналогично смотрим ассортимент Экопластик стр. 7. Нам подойдет полипропиленовая труба Stabi 25 мм.

Соответствие тепловой мощности и диаметра

Проектировщиками и монтажниками уже подобраны оптимальные соотношения тепловой мощности и наружного диаметра отопительной пластиковой трубы (как в каталоге производителей).

• Для 3000-5000 Вт — подойдет труба 20 мм

• 6000-9000 Вт — 25 мм

• 10000-15000 Вт — 32 мм

• 16000-21000 Вт — 40 мм

• 22000-32000 Вт — 50 мм

Данные показатели являются усредненными и, особенно если тепловая мощность находится вблизи пограничного значения, лучше обратиться к специалистам. Но с большой долей вероятности можно утверждать, что если требуемая тепловая мощность контура, например, 12 кВт (площадь около 120 м. кв.), то разводку системы отопления с принудительной циркуляцией нужно проводить пластиковыми трубами диаметром 32 мм.

Следует учесть, что все вышенаписанное относится только к выбору диаметра. Кроме этого, при проектировании системы отопления дома нужно выбрать трубы с учетом эксплуатационных параметров (температуры и давления), особенностей монтажа (замоноличенные, под гипсокартоном или плинтусом, открытые или другое), по типу соединения (сварка, запрессовка, обжим, пресс-соединения).

Расчёт диаметра труб для отопления

Трубы являются одними из самых распространённых, разнообразных и необходимых изделий. Их назначения и сферы использования так многочисленны, что и перечислить сложно. Трубопроводы для выполнения самых разных задач изготавливают из металла, стекла, пластика, керамики. Размеры варьируются, могут быть от миллиметра и до огромных труб для транспортировки нефти и газа.

В данной статье разберём, как рассчитать диаметр труб для отопления. Не стоит недооценивать важность расчёта, потому что неточности в выборе трубного диаметра могут существенно ухудшить гидродинамику отопительного контура, снизить коэффициент полезного действия и стать причиной слишком высоких затрат на приобретение труб забольшого диаметра.

Ключевые параметры труб:

• усреднённый диаметр;
• внешний диаметр трубы;
• внутренний трубный диаметр;
• материал трубопровода.

Советы перед расчётом и установкой системы

Узнать необходимый диаметр трубопровода под отопление очень важно, так как именно от этого параметра зависит гидродинамическое сопротивление и пропускная способность контура. Ещё перед расчётом требуется чётко определиться с типом труб и их материалом.

Нанесённая маркировка для изделий различается. Трубы из пластика маркируют с указанием наружного диаметра, а из чугуна и стали – по внутреннему диаметру. Взять на заметку этот факт придётся, если установка трубопровода будет осуществляться комбинированным способом.

Перед самой работой также необходимо составить схему планируемой системы отопления, выбрать диаметр труб для отопления в частном доме и купить все материалы. К тому же найти комплектующие, в том числе тройники, клапаны, переходники и воздушные клапаны.

Подробнее о переходниках и фитингах можно прочитать в этой статье

Расчёт диаметра трубы для отопления должен производиться аккуратно и внимательно, в какой последовательности всё рассчитывать рассмотрим ниже.

Что нужно для расчёта

Как правило, вычисления начинают с определения тепловой мощности – Q. Необходимое количество тепла узнают произведением объёма помещения V в м³ на норму, которая равна 40 Вт/м³.

Q = V х 40 Вт/м³

Затем устанавливают тип системы отопления: одно- или двухтрубная. Для загородных домов лучше подойдёт 2-трубная, однако для будущего расчёта выбор типа системы – не самое важное.

Лучше направить своё внимание на выбор метода движения теплового носителя:

• будет ли он конвекционным либо естественным;
• либо же принудительным, с использованием насоса циркуляции.

Главное отличие этих методов в том, что при организации системы выбирается уклон отопительных труб при естественной циркуляции, где жидкость движется самотёком, а второй вариант подразумевает движение с помощью насоса, что делает скорость обмена тепла намного выше.

Скорость движения теплового носителя – очень важный показатель.

В зависимости от него, в том числе, выбирают диаметр труб для обогрева. Расчётные единицы для естественной циркуляции – от 0,3 м/с. Скорость движения теплоносителя зависит от напора, поэтому при выборе варианта с естественной циркуляцией он определяется высотой подъёма расширительного бачка открытого типа. Каждый метр подъёма добавляет величину давления в 0,1 атм.

Рассчитать объем расширительного бака можно тут

В случае с циркуляцией при помощи насоса выбирают величину скорости – 0,7 м/с. Высчитывая скорость необходимо идти на определённые уступки, ведь при высокой скорости появляется шум в системе и существенно повышается гидравлическое сопротивление, а при очень низкой — забольшие размеры отопительных изделий приведут к увеличению финансовых затрат. Потому зачастую выбирают меньший диаметр в связи с:

• облегчённым монтажом;
• относительно низкой стоимостью труб диаметра поменьше;
• увеличением динамичности системы при меньшем количестве жидкости.

Расчёт по этапам

Вы определили исходные данные: нарисовали схему отопительной системы, решили с типом, вовремя рассчитали величину тепловой мощности для всех помещений? Тогда действуйте дальше. Обычно расчёт начинают с наиболее удалённого помещения.

Объёмный расход жидкости вычисляют по формуле:

G = 0.86*Q / 20

где:
G – объёмный расход теплоносителя, кг/ч;
Q – расчётное количество тепла, Вт;
20 – температурная разница в подаче и «обратке». Для расчётов равна 20 °C.

По приведённой формуле определяют массу жидкости, однако горячая вода характеризуется при 80 °C плотностью р = 971.6 кг/м³. Потому объёмный расход Vo вычисляют формуле:

Vo = G / р

При знании объёма и скорости движения нетрудно вычислить площадь поперечного сечения:

S = Vo / (3600 х Vт)

где:
S – площадь поперечного сечения;
Vo – расход (объёмный) теплового носителя;
Vт – выбранная скорость потока жидкости.

И в конце производят расчёт диаметра:

D = корень квадратный из выражения 4S /3,14.

После того, как вы вычислили диаметр для дальней комнаты, рассчитать размер трубопровода для следующего помещения не составит труда. Однако стоит помнить, что через это помещение необходимо пропустить суммарное количество тепла для двух комнат и т.п. Расчёт в целом не трудный, но для тех, кто не занимался ранее подобными вычислениями, достаточно громоздок.

Потому для того, чтобы облегчить сам процесс, существуют таблицы, дающие ответ и решающие задачу – как определить диаметр трубы для отопления. Из таблиц чётко ясно: диаметр отопительных труб с естественной циркуляцией нужен большой, так как скорость движения потока 0,3 м/с. Выбирать трубы стоит по ближайшему большему диаметру, взяв на заметку несовпадение логики маркировки труб из разных материалов:

1. Водогазопроводные трубы из стали – прописан внутренний диаметр.
2. Электросварные изделия из стали – наружный диаметр.
3. Полиэтиленовые, металлопластиковые, из полиэтилена низкого давления, полипропиленовые трубы для отопления – диаметр наружный.

Диаметры медных и стальных труб для отопления:

Таблица диаметров труб

Каким диаметром должны быть трубы отопления полипропилен

Вы решили использовать изделия из полипропилена и не знаете, как подобрать диаметр в связи с вышеприведёнными формулами? Аналогично. Однако у труб из полипропилена большой срок службы, около века, потому система отопления, которая правильно рассчитана и качественно установлена, будет служить довольно долго. Загляните в таблицу диаметров труб для отопления.

Наружный диаметр, мм	PN10		PN20		PN30
	Внутренний диаметр	Толщина стенки	Внутренний диаметр	Толщина стенки	Внутренний диаметр	Толщина стенки
16			10. 6	2.7
20	16.2	1.9	13.2	3.4	13.2	3.4
25	20.4	2.3	16.6	4.2	16.6	4.2
32	26.0	3.0	21.2	5.4	21.2	3.0
40	32.6	3.7	26.6	6.7	26.6	3.7
50	40.8	4.6	33.2	8.4	33.2	4.6
63	51.4	5.8	42	10.5	42	5.8
75	61.2	6.9	50	12.5	50	6.9
90	73.6	8.2	6	15
110	90	10	73.2	18.4

Полипропиленовые трубопроводы пользуются популярностью, так как они стоят не так дорого, как металлические, экологичны и внешне привлекательны. К тому же и установка контуров систем при применении подобных изделий становится существенно проще. Существуют специальные аппараты для сварки труб, разные переходники, фитинги, краны и иные нужные комплектующие. Процесс установки чем-то напоминает сборку системы из конструктора.

Подробнее о разновидностях и способах монтажа полипропиленовых труб для отопления читайте в этой статье

Оребрённые трубы

Такие изделия изготавливаются методом поперечно-винтовой прокатки. На них наносятся рёбра, увеличивающие площадь поверхности, которая отдаёт тепло. Применение таких труб даёт возможность сократить вес тепловых обменников, потому что тепло будет отдавать и оребрённая труба, по которой циркулирует жидкость.

Оребренная труба

Такая труба, если сравнивать её с обычной гладкой, имеет площадь теплового обмена в 2-3 раза больше. Популярности оребрённых труб мешает их высокая стоимость. Изделия выполняются из алюминия, латуни и меди. Организация системы отопления с использованием такого типа трубопроводов требует существенных денежных затрат, потому их расчёт в этой статье не будем рассматривать.

При не очень разветвлённой и сложной системе трубный диаметр можно рассчитать самостоятельно. Для этого необходимо иметь данные о тепловых потерях помещения и мощность каждого радиатора. Потом, заглянув в таблицу, можно определить сечение трубы, соответствующей подаче нужного количества тепла. Расчёт трудных многоэлементных схем лучше оставить для профессионалов. В крайнем случае, рассчитайте сами, но постарайтесь хотя бы получить консультацию.

видео-инструкция как рассчитать своими руками, особенности трубопроводов, цена, фото

Как выполняется расчет диаметров трубопроводов отопления при известной мощности котла? Как подсчитать минимальный диаметр для отдельного участка контура? В этой статье нам предстоит познакомиться с формулами, используемыми при вычислениях, и сопроводить знакомство примерами расчетов.

Мы научимся вычислять внутренний диаметр трубы. Стоит помнить, что обычно они маркируются внешним.

Зачем это нужно

А в самом деле – для чего необходим расчет диаметров труб отопления? Почему просто-напросто не взять трубы заведомо избыточного размера? Ведь тем самым мы обезопасим себя от чрезмерно медленной циркуляции в контуре.

Увы, у такого подхода есть несколько серьезных недостатков.

• Материалоемкость и, соответственно, цена погонного метра растет пропорционально квадрату диаметра. Расходы будут далеко не копеечными.

Заметьте: для сохранения того же рабочего давления при увеличении диаметра трубы приходится увеличивать толщину стенок, что дополнительно увеличивает материалоемкость.

• Что не менее важно, увеличившийся диаметр трубопровода означает увеличение объем теплоносителя и, соответственно, выросшую тепловую инерционность системы. Она будет дольше прогреваться и дольше остывать, что не всегда желательно.
• Наконец, при открытой прокладке толстых труб отопления они не очень-то украсят помещение, а при скрытой – увеличат глубину штроб в стенах или толщину стяжки на полу.

Спрятать в штробы толстые трубы заметно сложнее.

Формулы

Поскольку мы с вами, уважаемый читатель, не посягаем на получение диплома инженера-теплотехника, не станем лезть в дебри.

Упрощенный расчет диаметра трубопровода отопления выполняется по формуле D=354*(0,86*Q/Dt)/v, в которой:

• D – искомое значение диаметра в сантиметрах.
• Q – тепловая нагрузка на соответствующий участок контура.
• Dt – дельта температур между подающим и обратным трубопроводами. В типичной автономной системе она равна примерно 20 градусам.
• v – скорость потока теплоносителя в трубах.

Похоже, для продолжения нам не хватает кое-каких данных.

Чтобы выполнить расчет диаметра труб для отопления, нам нужно:

1. Выяснить, с какой максимальной скоростью может двигаться теплоноситель.
2. Научиться рассчитывать тепловую мощность всей системы и ее отдельных участков.

Скорость теплоносителя

Она должна соответствовать паре граничных условий.

С одной стороны, теплоноситель должен оборачиваться в контуре примерно три раза за час. В противном случае заветная дельта температур заметно увеличится, сделав нагрев радиаторов неравномерным. Кроме того, в сильные холода мы получим вполне реальную возможность разморозки наиболее холодных участков контура.

Медленная циркуляция привела к разморозке радиатора.

С другой стороны, избыточно большая скорость породит гидравлические шумы. Засыпать под гул воды в трубах – удовольствие, скажем так, на любителя.

Допустимым считается диапазон скоростей потока от 0,6 до 1,5 метров в секунду; при этом в расчетах обычно используется максимально допустимое значение – 1,5 м/с.

Тепловая мощность

Вот схема ее расчета для нормированного теплового сопротивления стен (для центра страны – 3,2 м2*С/Вт).

• Для частного дома за базовую мощность берутся 60 ватт на кубометр помещения.
• К ним добавляется 100 ватт на каждое окно и 200 – на каждую дверь.
• Результат умножается на региональный коэффициент, зависящий от климатической зоны:

Средняя температура января	Коэффициент
-40	2,0
-25	1,6
-15	1,4
-5	1
0	0,8

Средняя температура января на карте страны.

Так, помещение объемом 300 м2 с тремя окнами и дверью в Краснодаре (средняя температура января – +0,6С) потребует (300*60+(3*100+200))*0,8=14800 ватт тепла.

Для зданий, тепловое сопротивление стен которых значительно отличается от нормированного, используется еще одна упрощенная схема: Q=V*Dt*K/860, где:

• Q – потребность в тепловой мощности в киловаттах.
• V – объем отапливаемого помещения в кубометрах.
• Dt – разница температур между помещением и улицей в пик холодов.

Полезно: температуру в помещении лучше брать соответствующей санитарным нормам, уличную – среднему минимуму за последние несколько лет.

• К – коэффициент утепления здания. Откуда брать его значения? Инструкция отыщется в очередной таблице.

Коэффициент утепления	Описание ограждающих конструкций
0,6 – 0,9	Пенопластовая или минераловатная шуба, утепленная кровля, энергосберегающие тройные стеклопакеты
1,-1,9	Кладка в полтора кирпича, однокамерные стеклопакеты
2 – 2,9	Кладка в кирпич, окна в деревянных рамах без утепления
3-4	Кладка в полкирпича, остекление в одну нитку

Откуда брать нагрузку для отдельного участка контура? Она рассчитывается по объему помещения, которое отапливается этим участком, одним из приведенных выше способов.

Пример расчета

Итак, в теории мы знаем, как рассчитать диаметр трубы отопления.

Давайте подтвердим теоретические знания практикой и своими руками выполним расчет для следующих условий:

• Нам необходимо вычислить диаметр розлива в частном доме площадью 100 квадратных метров.
• Высота потолка в доме – 2,8 метра.
• Стены представляют собой кадку газобетонными блоками марки D600 толщиной 40 см с наружной пенопластовой шубой толщиной 150 мм.

Пенопластовая шуба сведет потери тепла к минимуму.

• Дом расположен в Комсомольске-на-Амуре Хабаровского края (средний минимум температуры января – -30,8 С). Внутреннюю температуру примем равной +20 С.

Вначале вычислим потребность в тепловой мощности.

Утепление явно обеспечит тепловое сопротивление лучше нормированного, что заставит нас обратиться к второй из приведенных схем расчета.

1. Внутренний объем дома равен 100*2,8=280 м3.
2. Дельта температур между улицей и домом в худшем для нас случае будет равна 50 градусам.
3. Коэффициент утепления примем равным 0,7.
4. Расчетная мощность бытового отопительного котла должна быть не менее 280*50*0,7/860=11,4 КВт.

Осталось выполнить собственно расчет диаметра трубы для отопления. Он будет равным 354*(0.86*11,4/50)/1,5=2,4 см, что соответствует стальной ВГП трубе ДУ 25 или полипропиленовой трубе с внешним диаметром 32 мм.

На фото – полипропиленовый отопительный розлив.

Заключение

Позволим себе напомнить, что нами приведены предельно упрощенные схемы расчетов. Как всегда, дополнительную тематическую информацию читатель сможет обнаружить в прикрепленном к статье видео. Успехов!

Диаметр труб для однотрубной системы отопления

Скажите, пожалуйста, у меня однотрубная система 32труба полипропилен, а выход на батареи 20. Как будет правильно сделать: пустить по всей системе 32 диаметр и выход на батареи такой же? Или что вы мне посоветуете.

К сожалению, приведенных данных недостаточно, чтобы дать конкретный ответ. Не зная типа и параметров системы отопления, не видя схемы, невозможно оценить правильность подбора диаметров трубопроводов. Поэтому наш ответ будет грешить множеством общих мест.

1. В отличие от стальных труб, в маркировке полимерных изделий указывается не внутренний, а наружный диаметр. Полипропиленовая труба Ø32 мм и с толщиной стенок 3,5 мм будет иметь внутренний диаметр всего лишь 25 мм.
   • Для системы с естественной циркуляцией, особенно с нижней разводкой, дюймового сечения может оказаться недостаточно для обеспечения нормальной работы. Наиболее часто применяемые диаметры (внутренние) труб для разводки магистралей отопления в гравитационных системах — 40, 50, 63 мм. Отопительные котлы, рассчитанные на функционирование в подобных системах, имеют схожие выходные патрубки.

     Не факт, что магистральные трубы в гравитационной системе вообще должны иметь одинаковое сечение на всём протяжении. В показанном примере при наличии нескольких веток основная разводка выполняется трубами диаметром 40 и 32 мм, подключение радиаторов — от 40 до 25 мм в зависимости от схемы подключения

   • Можно врезать на обратную трубу насос соответствующей мощности, и он «продавит» теплоноситель. Но тогда вы получаете систему с принудительной циркуляцией и для небольшого одноэтажного дома внутреннее сечение полипропиленовой трубы 32 мм, возможно, излишне для поэтажной разводки, оно чаще применяется для стояков. Впрочем, много — не мало, система благодаря насосу работать будет. Правда, не факт, что экономично, да и лишних расходов можно было бы избежать.

     Системы отопления с принудительным движением теплоносителя собираются из труб малого диаметра — 16, 20 мм в уровнях этажа

2. За исключением проточных схем подключения, сечение труб, подводящих теплоноситель к отопительным приборам, должно быть меньше, чем в магистрали. В противном случае скорость протекания через радиатор может быть настолько мала, что он останется холодным. Соотношение между магистральной трубой и отводом к радиатору 32/20 мм по наружному диаметру или 25/16 по внутреннему, на первый, взгляд, приемлемое. Хотя для гравитационных систем, как правило, оно выше. Но опять возникает вопрос о соответствии сечения труб определённому типу отопления.
   • Для гравитационных однотрубных систем отопления чаще используют подключение к радиатору трубами с внутренним диаметром 20 и 25 мм, это соответствует наружным размерам в полипропилене 25 и 32 мм. Соответственно, и диаметр магистрали должен быть больше. Оговоримся, что справедливость этого утверждения зависит от схемы подключения батареи.

     Сечение труб, подводящих теплоноситель к отопительным приборам, определяется, помимо прочего, схемой подключения, особенно в гравитационных системах. Так, в проточном варианте сечение подводящих и магистральных трубопроводов должно быть одинаковым, при наличии байпаса — разным. Но если байпас регулируется, можно использовать одинаковые трубы

   • Для циркуляционной системы, если она правильно рассчитана, нет необходимости в трубах большого сечения для подключения радиатора. Достаточно использовать пластик с минимальным наружным диаметром 16 мм, внутреннего отверстия вполне хватит для протекания теплоносителя с нужной скоростью.

     В однотрубной циркуляционной системе с горизонтальной поэтажной разводкой уменьшение сечения магистрали в зоне между входом и выходом подключения к радиатору повысит скорость протекания теплоносителя через отопительный прибор

Ещё раз подчеркнём, что ответ наш дан «на глазок», носит общий характер и может не учитывать присущих вашей системе отопления особенностей, нам неизвестных. Точные параметры системы, в том числе диаметр трубопроводов, определяют по результатам теплотехнического и гидродинамического расчётов, это работа для специалиста. Оптимально спроектированная система отопления будет обладать максимальной эффективностью и экономичностью, а затраты на оборудование будут сведены к минимуму.

Какой диаметр трубы выбрать для отопления

Система отопления — важная составляющая комфортного проживания в доме или квартире. Естественно, если эта система грамотно спроектирована и правильно установлена. На стадии проектирования нужно уточнить такие вопросы, как: какой мощности должен быть котёл, какой диаметр трубы выбрать для отопления, из какого материала должны быть трубы, какая их протяжённость, сколько необходимо радиаторов отопления, как это всё должно быть соединено? Эти и многие другие детали играют важную роль при монтаже в последующей эксплуатации системы.

Диаметр труб для отопления, как и материал, из которого они изготовлены, влияет на общие расчёты: мощности котла, количества и размеров радиаторов отопления. Зная диаметр труб, а также их характеристики, можно учитывать общую теплоёмкость системы, количество жидкости, которая будет в ней циркулировать, скорость её обмена, потери тепла. От диаметра труб косвенно зависит протяжённость трубопровода и тип его прокладки.

Чтобы ответить на вопрос, какой диаметр трубы выбрать для отопления, необходимо учитывать: где будут проложены трубы и в каких условиях, их предназначение (для радиаторов, для тёплого пола), тип отопления (центральное, индивидуальное). Неправильный выбор диаметра труб может привести к снижению общего КПД системы отопления. Если выбирать трубы «наугад», по принципу «чем больше — тем лучше», можно добиться снижения эффективности системы и перерасхода ресурсов. Ведь главная задача хорошей системы отопления — высокий коэффициент полезного действия при низких расходах.

Какой диаметр трубы выбрать для отопления?

Чтобы правильно подобрать диаметр труб, нужно понимать, что обычно труба служит только для доставки теплоносителя к радиаторам отопления, которые и отдают основную часть тепла в комнаты. И только в системах тёплого пола трубы служат нагревательным элементом, производящим обогрев. Чем больший диаметр трубы, тем меньше давление в контуре отопления. Если цифры диаметра слишком большие, эффективность теплоотдачи будет падать.

Среди монтажников отопления существует мнение, что диаметр труб для отопления должен быть как можно меньше. Ведь в таком случае: стоимость материалов будет меньшей, монтировать такие трубы проще, нагрев теплоносителя осуществляется быстрее. Это справедливо, если при этом получаются цифры не ниже расчётных, для каждой конкретной системы. В противном случае увеличивается нагрузка на котёл отопления, возможна вероятность возникновения струйных шумов в трубах и снижения её эффективности.

Чтобы выбрать нужный диаметр труб для отопления, также нужно учитывать помещение, в котором они будут смонтированы. Для частного дома или квартиры в многоэтажном доме с индивидуальным отоплением диаметр трубы может быть одним, для квартиры с централизованным обогревом — другим. Поэтому лучше всего для расчёта воспользоваться специальными таблицами, учитывающими разные параметры. Хорошим инструментом для правильного расчёта являются специализированные калькуляторы на профильных сайтах.

На сегодняшний день для отопления используют металлические (медные, нержавеющие и стальные), полимерные и металлопластиковые трубы. Причём изделия из металлопластика и разных типов полимеров практически вытеснили трубы из металла. Часто даже для замены участков металлических отопительных трубопроводов применяют трубы из полимеров.

Полипропиленовые трубы для отопления относят к категории малых, то есть — до 110 мм в диаметре. Обычно же в системах отопления большинства квартир или домов используют трубы таких диаметров: 20, 25, 32, 40 мм. Реже — больших.

Также необходимо учитывать, что для полимерных труб указывается внешний диаметр. При расчёте нужного диаметра трубы нужно ориентироваться на внутренний, напрямую связанный с пропускной способностью. Для того, чтобы узнать внутренний диаметр, если он не указан, надо от внешнего диаметра отнять удвоенное значение толщины стенки.

Расчет диаметра труб для отопления

Чтобы узнать, какой диаметр трубы выбрать для отопления, необходимо знать:

• примерную скорость потока теплоносителя в системе (например, 0,4; 0,5 метров в секунду),
• расход воды, измеряемый в кг/час,
• мощность теплового потока.

Начинать расчёт стоит с определения тепловой мощности для нагрева определённого помещения. Например, известно, что для отопления 1 м² нужно 100 Вт тепловой энергии (при условии, что высота потолков не больше 3 м). Значит для комнаты в 30 м² нужно 3 кВт тепловой мощности.

Если добавить к этому значению 10 % запаса, получится, что для того, чтобы создать комфортные условия в комнате площадью 30 м², потребуется 3,3 кВт. Такой мощности будут примерно соответствовать трубы диаметров 20 мм.

Естественно, эту цифру нужно проверить, учитывая мощность котла, скорость потока теплоносителя, количество радиаторов. Обычно онлайновые калькуляторы позволяют учитывать эти данные при расчёте диаметра трубы для отопления.

Просмотры: 531

стандартных тепловых трубок | MyHeatSinks

Тепловая трубка — чрезвычайно эффективный проводник тепла. Он может передавать большое количество тепла на большие расстояния, по существу, при постоянной температуре. Обычно это герметичная медная или алюминиевая трубка, содержащая фитиль на своей внутренней поверхности и небольшое количество рабочей жидкости в состоянии насыщения. Жидкость поглощает тепло и испаряется в горячих точках и конденсируется и выделяет тепло в прохладных местах. По мере того, как процесс продолжается, тепло передается от горячих точек к прохладным.

Поскольку тепловая трубка не имеет движущихся частей, это высоконадежное устройство с продемонстрированным сроком службы более 20 лет. Надежность зависит от производственного процесса и чистоты материалов. В MyHeatSinks все тепловые трубки проходят 100% индивидуальное тестирование для обеспечения функциональности и надежности.

Фитиль и рабочая жидкость

Характеристики тепловой трубы в основном определяются ее фитильной структурой, которая выполняет 3 основные функции: во-первых, обеспечение обратного потока жидкости из секции конденсатора в секцию испарителя; Во-вторых, чтобы обеспечить теплопередачу между внутренней стенкой и жидкостью; В-третьих, чтобы жидкость сменила фазу.В настоящее время мы поставляем тепловые трубки с 3-мя различными типами фитилей: спеченный фитиль, фитиль с микропазами и составной фитиль. Спеченный фитиль обеспечивает высокий тепловой поток и широкий рабочий угол и рекомендуется для большинства электронных приложений. Фитиль с микроканавками отличается легким весом и низкой стоимостью, но его рабочий угол ограничен и часто зависит от силы тяжести. Составной фитиль сочетает в себе свойства как спеченных фитилей, так и фитилей с микроканавками и предпочтителен в некоторых областях применения.

Наиболее распространенные рабочие жидкости, используемые в тепловых трубках, включают воду, аммиак, ацетон и метанол.В умеренном диапазоне температур вода является идеальной рабочей жидкостью из-за ее высокой скрытой теплоты и надлежащей точки кипения. Для низкотемпературных применений можно использовать аммиак, ацетон и метанол.

Стандартные размеры

Диаметр ØD	4 мм	5 мм	6 мм	8 мм	10 мм
Длина L	60-600 мм	60-600 мм	60-600 мм	60-600 мм	60-600 мм
Длина L1	1-3 мм	2-4 мм	3-5 мм	4-7 мм	5-8 мм
Длина L2	7-9 мм	8-10 мм	9-11 мм	11-13 мм	13-15 мм

Тепловые трубки большого диаметра

Наибольший диаметр, который мы производим в настоящее время, равен 12.7 мм (0,5 дюйма). Тепловые трубки имеют фитиль с микропазами и предназначены для использования с мощными светодиодами и солнечными системами.

Тест надежности

№	Элемент испытания	Условия испытания	Коэффициент выборки	Цель
1	High Temp. Тест на старение	Температура окружающей среды. 210 C в течение 12 часов	100%	Проверка на герметичность и старение
2	Испытание на термический отклик	Вставьте 1/3 — ½ длины трубы в воду с температурой 50 ° C.Температура другого конца должна подняться до стандартного значения за 25 секунд.	100%	Проверка вакуума и герметичности
3	Qmax Test	Длина нагрева = 25-35 мм, температура испытания = 60 ° C	100%	Для измерения макс. коэффициент теплопередачи
4	Rth Тест теплового сопротивления	Зафиксируйте скорость теплопередачи и измерьте темп. разница тепловых трубок	> 1шт / 2ч	Для обеспечения теплового сопротивления каждой трубы ниже, чем указано в спецификации
5	Ускоренный ресурсный тест	140 C в течение 1000 часов.Снижение производительности менее чем на 7%	По корпусу	Для прогнозирования срока службы тепловой трубы при определенной рабочей температуре.
6	Непрерывное испытание на ресурс	Непрерывное испытание при нормальных условиях эксплуатации	По делу	Для измерения фактического срока службы тепловой трубы до момента отказа
7	Испытание на термоциклирование	Темп. изменяется от -30 C до 120 C за 10 часов, 600 циклов	В футляре	Для измерения изменения производительности после термоциклирования

Соответствие RoHS

Наши тепловые трубки соответствуют Директиве Европейского Союза 2002/95 / EC об ограничении использования определенных опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании (Директива RoHS).

Запрещенные вещества	Символ	Предел	Метод испытаний
Свинец	Pb		EPA 3050B
Меркурий	Hg		EPA 3052
Кадмий	Cd		EN 1122
Шестивалентный хром	Cr 6+		EPA 3060A
Полибромированные дифенилы	PBB		EPA 3540C
Полибромированные дифениловые эфиры	PBDE		EPA 3540C

Характеристики и особенности

Высокая теплопроводность — Тепловая трубка имеет гораздо более низкое тепловое сопротивление и гораздо более высокую теплопроводность, чем любые твердые проводники, такие как серебро, медь и алюминий, что позволяет ей передавать тепло более эффективно и равномерно на несколько порядков.Например, тепловая трубка диаметром 6 мм со спеченным фитилем может передавать до 120 Вт тепла.

Превосходные изотермические характеристики — Благодаря небольшому перепаду давления насыщенного пара от секции испарителя к секции конденсатора тепловая труба может поддерживать почти постоянную температуру по всей своей длине.

Взаимность направления теплового потока — Циркуляция внутри спеченной тепловой трубы осуществляется за счет капиллярной силы, а не силы тяжести. Таким образом, любой конец может быть секцией испарителя или секцией конденсатора.

Приспособляемость к окружающей среде — Благодаря различным конструкциям фитилей мы можем поставить тепловые трубы, которые подходят и надежны для решения любых экологических проблем.

Обработка поверхности — Наши тепловые трубы проходят антиоксидантную обработку. Они также могут быть никелированы или анодированы для повышения их свариваемости или способности к тепловому излучению.

Запросить информацию или предложение на тепловую трубку по индивидуальному заказу

Особенности конструкции

при использовании тепловых трубок

Джордж Мейер, Celsia Inc.

Введение

Эта статья предназначена для предоставления рекомендаций по проектированию при использовании тепловых трубок для наиболее распространенных типов электронных приложений: от мобильных до встроенных вычислений и приложений серверного типа с рассеиваемой мощностью от 15 до 150 Вт при размерах кристаллов процессора от 10 до 30 мм. квадратный. Обсуждение ограничено этими условиями, поскольку приведенные рекомендации не обязательно применимы к приложениям силовой электроники. Кроме того, обсуждение сосредоточено на наиболее распространенном типе тепловых трубок — i.е. медная трубка со спеченным медным фитилем, использующая воду в качестве рабочего тела. Статья также не предназначена для предоставления подробного анализа правильной конструкции тепловых трубок и радиаторов, а скорее для предоставления рекомендаций по количеству и размеру используемых тепловых трубок, а также для предоставления рекомендаций по оценке размера радиатора и определения методов крепления. радиатора к печатной плате. Поскольку в этой статье не рассматриваются основы работы с тепловыми трубками, для тех читателей, которые не знакомы с этой технологией, хорошие обзоры можно найти в [1-4].

В качестве помощи, Рисунок 1 служит для обзора конструкции тепловой трубы и принципа ее работы. На внутренние стенки трубы наносится фитильная структура (спеченный порошок). Жидкость (обычно вода) добавляется в устройство и закрывается под вакуумом, после чего фитиль распределяет жидкость по всему устройству. Когда к зоне испарителя подводится тепло, жидкость превращается в пар и перемещается в зону с более низким давлением, где она охлаждается и возвращается в жидкую форму.Затем капиллярное действие перераспределяет его обратно в секцию испарителя.

Рисунок 1. Конструкция тепловой трубы и принцип работы.

Применение тепловых труб следует рассматривать, когда тепловая конструкция ограничена теплопроводностью или когда нетепловые цели, такие как вес, не могут быть достигнуты с помощью других материалов, таких как твердый алюминий и / или медь. При проектировании тепловых трубок для теплового решения необходимо учитывать следующие факторы:

• Эффективная теплопроводность
• Внутренняя структура
• Физические характеристики
• Радиатор

и обсуждаются в следующих разделах.

1,0 Эффективная теплопроводность

Регулярно публикуемые данные по теплопроводности тепловых труб обычно составляют от 10 000 до 100 000 Вт / м · К [4]. Это в 250-500 раз больше теплопроводности твердых меди и алюминия соответственно. Однако не стоит полагаться на эти цифры для типичных электронных приложений. В отличие от твердого металла, эффективная теплопроводность медных тепловых трубок сильно зависит от длины тепловой трубки и, в меньшей степени, от других факторов, таких как размер испарителя и конденсатора, а также количество передаваемой энергии.

На рисунке 2 показано влияние длины на эффективную теплопроводность тепловой трубы. В этом примере три тепловые трубки используются для передачи тепла от источника питания мощностью 75 Вт. В то время как теплопроводность 10000 Вт / мК достигается при длине тепловых трубок чуть менее 100 мм, длина 200 мм составляет менее одной трети обычно публикуемой максимальной теплопроводности, составляющей 100000 Вт / мК. Как видно из расчета эффективной теплопроводности в уравнении (1) , эффективная длина тепловой трубы является функцией адиабатической длины, длины испарителя и конденсатора:

K _eff = Q L _eff / (A ΔT) (1)

где:

K _eff = Эффективная теплопроводность [Вт / м.K]

Q = передаваемая мощность [Вт]

L _eff = Эффективная длина = (L _{испаритель} + L _{конденсатор} ) / 2 + L _{адиабатический} [м]

A = Площадь поперечного сечения [м ² ]

ΔT = разница температур между секциями испарителя и конденсатора [° C]

Рис. 2. Измеренная эффективная теплопроводность тепловой трубы в зависимости от длины.

2,0 Внутренняя структура

Данные о производительности тепловых трубок, указанные поставщиком, обычно подходят для стандартных приложений, но могут быть ограничены для специального использования.Даже если ограничить текущее обсуждение версиями из меди / воды / спеченного фитиля, настройка тепловых трубок может заметно повлиять на эксплуатационные и рабочие характеристики.

Изменения внутренней структуры тепловой трубки, в первую очередь пористости и толщины фитиля, позволяют настраивать тепловые трубки в соответствии с конкретными рабочими параметрами и рабочими характеристиками. Например, когда тепловая труба заданного диаметра требуется для работы при более высоких нагрузках или против силы тяжести, капиллярное давление в фитиле должно увеличиваться.Для более высокой пропускной способности (Q _max ) это означает больший радиус пор. Для эффективной работы против силы тяжести (конденсатор ниже испарителя) это означает меньший радиус пор и / или увеличенную толщину фитиля. Кроме того, можно изменять как толщину фитиля, так и пористость по длине одной трубки. Поставщики, специализирующиеся на изготовлении тепловых трубок, будут регулярно использовать медные порошки и / или уникальные оправки, изготовленные по индивидуальному заказу, чтобы конечный продукт отвечал требованиям приложений.

3.0 Физические характеристики

В случае тепловых трубок размер имеет наибольшее значение. Однако изменение внешнего вида приведет к ухудшению характеристик любой данной тепловой трубы, то есть к сплющиванию и изгибу, в дополнение к влиянию силы тяжести.

3.1 Сплющивание

Таблица 1 показывает Q _max для наиболее распространенных размеров тепловых труб в зависимости от диаметра. Как отмечалось ранее, Q _max может отличаться от производителя стандартных тепловых трубок.Таким образом, для обеспечения сопоставления данных, представленных в таблице 1 , ​​ взят из проекта, в котором принимал участие автор.

Примечание. * Горизонтальная работа. ** Используется более толстый фитиль по сравнению с тепловыми трубками от 3 до 6 мм.

Обычно сплющенные медные тепловые трубки можно сплющить максимум до 30–60% от их первоначального диаметра. Некоторые могут возразить, что более реалистична нижняя фигура, прежде чем осевая линия начнет сжиматься, но на самом деле это зависит от техники.Например, цельные паровые камеры, которые начинают свою жизнь как очень большая тепловая труба, можно сузить до 90%. В связи с этим автор хотел бы предоставить эмпирическое правило того, насколько производительность будет ухудшаться при уменьшении толщины на каждые 10%, но это было бы безответственно. Почему? Ответ сводится к тому, сколько избыточного парового пространства доступно до того, как тепловая трубка будет сплющена.

Проще говоря, для наземных тепловых трубок важны два предела производительности: предел фитиля и предел пара.Предел фитиля — это способность фитиля транспортировать воду из конденсатора обратно в испаритель. Как уже упоминалось, пористость и толщина фитиля могут быть настроены для конкретных применений, что позволяет изменять Q _max и / или способность работать против силы тяжести. Предел пара для конкретного применения зависит от того, сколько места доступно для движения пара от испарителя к конденсатору.

Фитиль (красный) и пар (синий) линии на рис. 3 обозначают соответствующие ограничения для различных размеров тепловых труб, показанных в , ​​таблица 1, .Q _max определяется меньшим из этих двух пределов, и, как показано, предел парообразования превышает предел фитиля, хотя и незначительно для 3-миллиметровой тепловой трубки. По мере того, как тепловые трубы сплющиваются, площадь поперечного сечения, доступная для движения пара, постепенно уменьшается, эффективно смещая ограничение пара. Пока предел пара превышает предел фитиля, Q _max остается неизменным. В этом примере мы решили сплющить тепловые трубки в соответствии со спецификациями Таблица 1 .Как видно из предела паров плоской трубы (зеленая пунктирная линия) на , ​​рис. 3 , предельное значение паров ниже предела фитиля, уменьшая Q _max . Сглаживание 3 мм только на 33% приводит к тому, что предел парообразования становится определяющим фактором, тогда как 8-миллиметровая труба должна быть сглажена более чем на 60%, чтобы это произошло.

Примечание. Если не указано иное, диаметр тепловой трубы является круглым. Рис. 3. Измеренные пределы рабочих характеристик тепловой трубы в зависимости от геометрии, фитиля и пределов пара.

3,2 Гибка

Изгиб тепловой трубки также повлияет на максимальную допустимую мощность, для чего следует иметь в виду следующие практические правила. Во-первых, минимальный радиус изгиба в три раза больше диаметра тепловой трубы. Во-вторых, каждые 45 градусов изгиба уменьшают Q _max примерно на 2,5%. Из Таблица 1 , 8-миллиметровая тепловая трубка, сплющенная до 2,5 мм, имеет Q _max 52 Вт. Изгиб на 90 градусов приведет к дальнейшему уменьшению на 5%.Новый Q _max будет 52 — 2,55 = 49,45 Вт. Дополнительная информация о влиянии изгиба на характеристики тепловой трубы приведена в [5].

3.3 Работа против силы тяжести

На рисунке 4 показано, как относительное положение испарителя и конденсатора может повлиять как на Q _max , так и на выбор тепловой трубы. В каждом случае Q _max уменьшается примерно на 95% от одного крайнего положения к другому. В ситуациях, когда конденсатор должен располагаться ниже испарителя, используется спеченный материал для уменьшения радиуса пор и / или увеличения толщины фитиля.Например, если 8-миллиметровая тепловая трубка оптимизирована для использования против силы тяжести (-90 ^° ), ее Q _max можно увеличить с 6 Вт до 25 Вт.

Примечание: Испаритель над конденсатором = -90 ° Рис. 4. Измеренное влияние производительности круглой тепловой трубы в зависимости от ориентации и диаметра.

4.0 Выбор тепловых трубок

Следующий пример, кратко изложенный в , ​​Таблица 2 , представлен, чтобы проиллюстрировать, как тепловые трубы могут быть использованы для решения тепловой проблемы для источника тепла мощностью 70 Вт с размерами 20 мм x 20 мм и одного изгиба тепловой трубы на 90 градусов, необходимого для передачи тепла. от испарителя к конденсатору.Кроме того, тепловые трубки будут работать в горизонтальном положении.

Для максимальной эффективности тепловые трубки должны полностью закрывать источник тепла, ширина которого в данном случае составляет 20 мм. Из таблицы 1 следует, что есть два варианта: три круглые трубы диаметром 6 мм или две плоские трубы диаметром 8 мм. Помните, что три конфигурации размером 6 мм будут размещены в монтажном блоке с промежутком 1-2 мм между тепловыми трубками.

Тепловые трубки могут использоваться вместе для распределения тепловой нагрузки. Конфигурация 6 мм имеет Q _max 114 Вт (3 x 38 Вт), а конфигурация с плоским 8 мм имеет Q _max 104 Вт (2 x 52 Вт).

Это просто хорошая практика проектирования — предусмотреть запас прочности, и обычно рекомендуется использовать 75% номинального Q _max . Поэтому выберите 85,5 Вт для 6 мм (75% x 104 Вт) и 78 Вт для 8 мм (75% x 104 Вт)

.

Наконец, необходимо учесть влияние изгиба. Изгиб на 90 градусов уменьшит Q _max каждой конфигурации еще на 5%. Таким образом, результирующее значение Q _max для конфигурации 6 мм составляет чуть более 81 Вт, а для конфигурации 8 мм — 74 Вт, что в обоих случаях выше, чем у источника тепла мощностью 70 Вт, который должен быть охлажден.

Как видно из этого анализа, обе конфигурации тепловых трубок подходят для передачи тепла от испарителя к конденсатору. Так зачем выбирать одно вместо другого? С механической точки зрения это может просто сводиться к высоте батареи радиатора на испарителе, то есть конфигурация 8 мм имеет более низкий профиль, чем конфигурация 6 мм. И наоборот, эффективность конденсатора может быть улучшена за счет ввода тепла в трех местах по сравнению с двумя, что требует использования конфигурации 6 мм.

5.0 Радиаторы

Существует множество вариантов: от ребер пакетов на молнии до экструдированных стопок ребер, каждый со своей стоимостью и характеристиками. Хотя выбор радиатора может заметно повлиять на эффективность рассеивания тепла, наибольший прирост производительности для любого типа теплообменника дает принудительная конвекция. В таблице 3 сравниваются преимущества и недостатки для ряда радиаторов, некоторые из которых показаны на рис. 5 .

Рисунок 5. Конструкции радиаторов, характеристики которых приведены в таблице 3.

В качестве отправной точки для определения выбора радиатора, Уравнение (2) может использоваться для оценки требуемого объема радиатора для данного приложения:

V = Q R _v / ΔT (2)

где: V = объем радиатора [см ³ ], Q = рассеиваемое тепло [Вт], R _v = объемное тепловое сопротивление [см ³ — ° C / Вт], ΔT = максимально допустимая температура разница [° C].

Таблица 4 содержит рекомендации по диапазону объемного теплового сопротивления радиатора в зависимости от условий воздушного потока.

Независимо от того, используется ли теплообменник, расположенный локально или удаленно от источника тепла, варианты сопряжения с ними тепловых труб идентичны и включают в себя основание с пазами, монтажный блок с пазами и методы прямого контакта, как показано на рис. 6 .

Рисунок 6. Сопряжение конденсатора с тепловой трубкой.

Само собой разумеется, что просто припаять круглую трубу к плоской поверхности далеко не оптимально.Круглые или полукруглые канавки следует выдавить или обработать механической обработкой в ​​радиаторе. Желательно, чтобы размер канавок был примерно на 0,1 мм больше диаметра тепловой трубки, чтобы оставалось достаточно места для припоя.

Радиатор, показанный на рис. 6 (а) , ​​использует как локальный, так и удаленный радиатор. Экструдированный теплообменник предназначен для размещения слегка сплющенных тепловых трубок, помогая максимизировать контакт между медной монтажной пластиной и источником тепла. Блок ребер с удаленной штамповкой используется для дальнейшего повышения тепловых характеристик.Эти типы теплообменников особенно полезны, потому что трубы могут проходить прямо через центр пакета, уменьшая потери проводимости по длине ребер. Поскольку для этого типа ребер не требуется опорная плита, можно уменьшить вес и стоимость. Опять же, отверстия, через которые монтируются тепловые трубки, должны быть на 0,1 мм больше диаметра трубы. Если бы труба была полностью круглой у источника тепла, потребовалась бы более толстая монтажная пластина с канавками, как показано на рис. 6 (b)

Если потери теплопроводности из-за опорной плиты и дополнительного слоя TIM по-прежнему недопустимы, дальнейшая шлифовка и механическая обработка тепловых трубок допускают прямой контакт с источником тепла, как показано на рис. 6 (c) .Повышение производительности за счет этой конфигурации обычно приводит к снижению повышения температуры на 2–8 ° C. В случаях, когда требуется прямой контакт источника тепла с тепловыми трубами, следует рассмотреть возможность установки паровой камеры, которая также может быть установлена ​​напрямую из-за ее улучшенной способности рассеивать тепло.

Основная причина выбора решения с тепловыми трубками — это улучшенная производительность. Таким образом, использование термоленты или эпоксидной смолы в качестве основного средства крепления радиатора к матрице не подходит.Вместо этого с тепловыми трубками часто используются три типа механических приспособлений; все они соответствуют требованиям стандартов MIL-810 и NEBS Level 3 к ударам и вибрации.

Рис. 7. Способы крепления тепловых трубок для небольших (маломощных) радиаторов.

Наконец, типичные способы крепления тепловых трубок для небольших (маломощных) радиаторов показаны на Рис. 7 . На рис. 7 (a) показана штампованная монтажная пластина. Хотя для этого требуется два отверстия в печатной плате, этот метод обеспечивает лучшую защиту от ударов и вибрации по сравнению с термолентой или эпоксидной смолой, а также с некоторым сжатием TIM — с требуемым сжатием до 35 Па. Рисунок 7 (b) показывает подпружиненные пластиковые или стальные нажимные штифты, которые дополнительно увеличивают сжатие TIM примерно до 70 Па. Установка выполняется быстро и просто, но для удаления требуется доступ к задней части печатной платы. Нажимные штифты не должны рассматриваться ни для чего, кроме требований к легким ударам и вибрации. Подпружиненные металлические винты, , ​​рис. 7 (c) , обеспечивают высочайшую степень защиты от ударов и вибрации, поскольку они являются наиболее надежным методом крепления радиатора к кристаллу и печатной плате.Они предлагают самую высокую предварительную нагрузку TIM примерно (520 Па).

Сводка

Было предоставлено руководство по проектированию использования медных трубок с тепловыми трубками со спеченным медным фитилем с использованием воды в качестве рабочего тела. Как указано выше, при выборе тепловой трубы необходимо учитывать ряд факторов, включая эффективную теплопроводность, внутреннюю структуру и физические характеристики, а также характеристики теплоотвода.

Список литературы

[1] Гарнер, С.D., «Тепловые трубки для систем охлаждения электроники», ElectronicsCooling , сентябрь 1996 г., https://electronics-cooling.com/1996/09/heat-pipes-for-electronics-cooling-applications/, по состоянию на 15 августа, 2016.

[2] Graebner, J.E., «Heat Pipe Fundamentals», ElectronicsCooling , , июнь 1999 г., https://electronics-cooling.com/1999/05/heat-pipe-fundamentals/, по состоянию на 15 августа 2016 г.

[3] Загдуди, М.К., «Использование систем охлаждения с тепловыми трубками в электронной промышленности», ElectronicsCooling , декабрь 2004 г., https: // electronics-Cooling.com / 2004/11 / use-of-heat-pipe-Cooling-systems-in-the-electronics-industry /, по состоянию на 15 августа 2016 г.

[4] Петерсон, Г.П., Введение в тепловые трубы: моделирование, тестирование и приложения, John Wiley & Sons, Нью-Йорк, США, (1994).

[5] Мейер, Г., «Как изгиб влияет на работу тепловых труб и паровой камеры?» Ноябрь 2015 г., http://celsiainc.com/blog-how-does-bending-affect-heat-pipe-vapor-chamber-performance/, по состоянию на 15 августа 2016 г.

[6] Мейер, Г., «Конструктивные соображения при использовании тепловых трубок (часть 2)», август 2016 г., http://celsiainc.com/design-considerations-when-using-heat-pipes-pt-2/, по состоянию на 15 августа 2016 г.

Джордж Мейер

— ветеран тепловой промышленности с более чем тридцатилетним опытом работы в области управления температурным режимом электроники. В настоящее время он является генеральным директором Celsia Inc., компании по проектированию и производству, специализирующейся на изготовлении нестандартных радиаторов с использованием тепловых трубок и паровых камер.Ранее г-н Мейер проработал в Thermacore двадцать восемь лет на различных руководящих должностях, включая председателя подразделения компании на Тайване. Он имеет более 70 патентов на технологии теплоотвода и тепловых труб и является председателем тепловых конференций Semi-Therm и IMAPS в районе Сан-Франциско.

Контактная информация:

Джордж Мейер
Генеральный директор
Celsia Inc
3287 Kifer Road, Santa Clara CA, 95051
Эл. Почта : gmeyer @ celsiainc.com

Руководство по проектированию тепловых труб

| Celsia

Основное внимание в этом руководстве по проектированию тепловых труб уделяется тепловым трубкам из спеченной меди (с водой) для систем охлаждения электроники. Обычно это означает рассеиваемое тепло от 20 до 200 Вт (меньше, если плотность мощности высокая) и удельная мощность примерно до 25 Вт / см ² . Если вам нужна более подробная информация о тепловых трубках, посетите эти две страницы: Тепловые трубки 101 и Обзор технологии тепловых труб

В этом руководстве по проектированию тепловых труб будут рассмотрены следующие темы:

1. Типичное использование тепловых трубок
2. Технические характеристики тепловых труб и Допуски
3. Характеристики тепловых труб: фитиль из спеченной меди и пропускная способность тепловых труб
4. Вторичные операции, выполняемые на конструкциях тепловых труб
5. Пример выбора тепловых труб
6. Рекомендации по проектированию тепловых труб для интеграции радиаторов
7. Советы по моделированию тепловых труб

Типичное использование тепловых трубок

При правильном использовании и в правильных условиях тепловые трубки значительно улучшают характеристики теплоотвода.Такая конструктивная реальность обусловлена ​​очень высокой теплопроводностью тепловых трубок; обычно в 10-100 раз больше, чем у сплошной меди. В отличие от цельного металла, теплопроводность тепловых трубок изменяется в зависимости от нескольких переменных, наиболее заметной из которых является длина. Следовательно, очень короткие тепловые трубки (50 мм или меньше) обладают тепловыми свойствами, которые можно улучшить, если использовать сплошную медь или алюминий. Вот наиболее распространенные конфигурации использования тепловых трубок как части радиатора в сборе:

Перемещение тепла к удаленному радиатору

Тепловые трубки используются для отвода тепла в любом направлении или ориентации от источника тепла ( испаритель) к радиатору (конденсатору).На фото ниже — пара примеров.

Тепловые трубки, используемые для отвода тепла к удаленному радиатору

Распространение тепла на локальный радиатор

Когда двухфазное устройство необходимо, но стоимость является движущим фактором, можно использовать тепловые трубы для передачи тепла к местному радиатору. Паровая камера в любом из этих двух приложений снизит общую дельта-T радиатора на 4-9 ^o ° C. Улучшение связано с более низким тепловым сопротивлением паровой камеры, а также тем, как она взаимодействует с источником тепла (прямой контакт).Обратите внимание, что в обоих этих примерах используется сплошной медный распределитель, который прикрепляется к источнику тепла, а затем тепло перемещается к тепловым трубкам (непрямой контакт).

Плоские тепловые трубки, используемые для отвода тепла к локальному радиатору

Технические характеристики и допуски тепловых труб

Теоретические пределы рабочих температур водяных тепловых труб из спеченной меди составляют 0-250 ^o C, хотя на практике тепловые трубы действительно не начинают работать до 20 90 249 o 90 250 C.При температуре ниже 0 90 249 o 90 250 C вода замерзает внутри структуры из спеченного фитиля, но не вызывает повреждений из-за расширения, поскольку количество жидкости очень мало. Например, обычная тепловая трубка диаметром 6 мм и длиной 150 мм содержит около 1 куб. См воды.

Краткое замечание о надежности тепловых трубок. Тепловые трубы проходят всесторонние испытания на протяжении десятилетий. Их типичный срок службы составляет не менее 20 лет, и они могут пройти тысячи циклов замораживания-оттаивания без повреждений. Скорее всего, отказ тепловых трубок произойдет A) из-за некачественных производственных процессов и B) в результате воздействия незапланированных условий: наиболее распространены коррозионные вещества и непреднамеренное физическое повреждение.Celsia устраняет первую причину отказа, проверяя гелием каждую тепловую трубку на герметичность и производительность Qmax. Вторую причину поломки можно устранить путем никелирования тепловой трубки.

Тестирование тепловых труб и радиаторов Celsia

В приведенной ниже таблице представлены характеристики и допуски тепловых труб. Пожалуйста, свяжитесь с нами с любыми дополнительными вопросами.

Технические характеристики и допуски тепловых труб

Характеристики тепловых труб

Пропускная способность тепловой трубки (Qmax) — это количество тепла в ваттах, которое может переносить устройство.Он определяется, главным образом, пределом капиллярности материала спеченного фитиля, характеристики которого могут быть изменены путем изменения толщины и / или пористости / проницаемости фитиля. Однако не существует единой идеальной конструкции фитиля. Он меняется в зависимости от требований приложения.

Онлайн-калькулятор тепловых трубок Celsia предоставляет информацию о производительности на основе двух конструкций фитилей: стандартной и производительности. Тем не менее, мы регулярно проектируем индивидуальные конструкции фитилей, чтобы они точно соответствовали требованиям клиентов.К ним относится возможность изменять структуру фитиля от одной части тепловой трубы к другой. Пожалуйста, свяжитесь с нами, если вам нужны данные о производительности, не представленные здесь.

На диаграммах ниже показаны выходные данные вычислителя тепловой трубы с использованием следующих параметров, выбранных пользователем:

• Длина тепловой трубы: 200 мм
• Длина испарителя: 25 мм
• Длина конденсатора: 75 мм
• Тип фитиля: Стандартный
• Рабочая температура : 60 ^o C

Первая диаграмма показывает несущую способность тепловой трубы (Qmax) в зависимости от угла срабатывания.При +90 градусах испаритель находится прямо под конденсатором, при –90 — наоборот.

Используйте калькулятор тепловых трубок

Пропускная способность тепловых трубок уменьшается, когда требуется работать против силы тяжести

В то время как эта диаграмма показывает падение Qmax почти на 90% с +90 до -90 (стандартное фитиль), в прилагаемой таблице (не показана) указано точное значение Qmax по углу. Например, если приложение требует, чтобы тепловая трубка работала не менее чем в горизонтальном положении (0 градусов), тепловая трубка диаметром 8 мм будет передавать 62 Вт мощности от источника тепла с учетом входных параметров, показанных ранее.

Следующая диаграмма (не показана) и связанная с ней таблица (показана) в калькуляторе имеют отношение к изменению температуры (дельта-T) от одного конца тепловой трубки к другому. Это измерение представляет собой не фактическую длину, а эффективную длину, которая представляет собой расстояние тепловой трубы от средней точки испарителя до средней точки конденсатора.

Диаграмма, используемая для расчета теплового сопротивления тепловой трубы

Для расчета теплового сопротивления тепловой трубы разделите ее дельта-T на потребляемую мощность.При выборе 8-миллиметровой тепловой трубки с входной мощностью 40 ^o C тепловое сопротивление составляет 4,3 / 40 = 0,11 ^o C / Вт. Кроме того, калькулятор тепловых трубок обеспечивает теплопроводность для использования в качестве необходимого ввода для программ CFD, таких как FloTherm. Посетите эту ссылку для получения дополнительной информации о том, как использовать калькулятор тепловых трубок.

Вторичные операции в конструкции тепловых труб

Перед тем, как тепловые трубки будут интегрированы в радиатор, у инженеров есть несколько дополнительных операций на выбор.

Сплющивание тепловой трубки

Как правило, сплющенные медные тепловые трубы можно сплющить максимум до 30–65% от их первоначального диаметра. Однако пропускная способность тепловых трубок часто ухудшается. В таблице ниже показан Q _max для наиболее распространенных размеров тепловых трубок: круглые или плоские. Например, 3-миллиметровая тепловая труба, увеличенная до 2-х миллиметров, будет иметь теплопроводность на 30% меньше, даже если труба сплющена только на 33%.Сравните это с 6-миллиметровой тепловой трубкой, сплющенной до 2 мм. Его Q _max уменьшился на 13%, хотя он стал на 66% более плоским.

Пропускная способность плоской тепловой трубы

* Горизонтальная ориентация

** Более толстая стенка и структура фитиля

Почему сплющивание тепловых трубок меньшего размера оказывает большее негативное влияние на Q _max ? Проще говоря, есть два предела производительности тепловых трубок, важных для наземных применений: предел фитиля и предел пара.Предел фитиля — это способность фитиля транспортировать воду из конденсатора обратно в испаритель. Как уже упоминалось, пористость и толщина фитиля могут быть настроены для конкретных применений, что позволяет изменять Q _max и / или способность работать против силы тяжести. Предел пара для конкретного применения зависит от того, сколько места доступно для движения пара от испарителя к конденсатору. Это нижний из этих двух пределов для тепловых труб, которые были разработаны с учетом требований приложения, что определяет Q _max .

Тепловая трубка QMax — наименьший из пределов фитиля и пара

Приведенная выше диаграмма иллюстрирует эту динамику. Круглая 3-миллиметровая тепловая трубка (синяя и оранжевая линии) имеет практически одинаковые пределы испарения и фитиля. Сглаживание до 2 мм приводит к тому, что предел парообразования ниже предела фитиля. Для 6-миллиметровой круглой тепловой трубки существует много избыточного предела пара, поэтому Q _max не уменьшится, пока труба не будет значительно уменьшена.

Изгиб тепловых трубок

Изгиб тепловой трубки также повлияет на максимальную пропускную способность, для чего следует учитывать следующие практические правила.

• Во-первых, минимальный радиус изгиба в три раза больше диаметра тепловой трубы.
• Во-вторых, каждые 45 градусов изгиба уменьшают Q _max примерно на 2,5%. Из Таблицы 1 видно, что 8-миллиметровая тепловая трубка, сплющенная до 2,5 мм, имеет Q _max 52 Вт. Изгиб на 90 градусов приведет к дальнейшему уменьшению на 5%. Новый Q _max будет 52-2,55 = 49,45 Вт. подвергается воздействию окружающей среды.Также это можно сделать чисто из эстетических соображений.

  Пример выбора тепловой трубы

  Предположим, что источник тепла размером 20 x 20 мм рассеивает 70 Вт мощности при одном изгибе на 90 градусов — каковы подходящие варианты тепловых трубок?

  Пример: выбор тепловых трубок правильного размера

  1. Чтобы каждая тепловая труба получала одинаковое количество тепла, поместите их непосредственно над источником тепла или почти так же. Это можно сделать с помощью трех круглых тепловых трубок диаметром 6 мм или двух плоских тепловых трубок диаметром 8 мм (сплющенных до 2.5 мм).
  2. Убедитесь, что каждая труба выдерживает тепловую нагрузку 70 Вт. Три 6-миллиметровые тепловые трубки могут выдерживать 38 Вт каждая = 114 Вт, а две плоские 8-миллиметровые трубки могут выдерживать в общей сложности 104 Вт.
  3. Уменьшите пропускную способность тепловой трубы на 25% (надлежащая практика проектирования). Вариант с пониженным номиналом 6 мм может выдерживать 85,5 Вт, а вариант с 8 мм — 78 Вт.
  4. Учет изгиба путем снижения номинальных характеристик на 2,5% при изгибе под углом 45 градусов. Здесь у нас изгиб на 90 градусов, поэтому оба варианта могут нести 81 Вт и 74 Вт соответственно.

  Как видно из этого анализа, обе конфигурации тепловых трубок подходят для передачи тепла от испарителя к конденсатору. Так зачем выбирать одно вместо другого? С механической точки зрения это может просто сводиться к высоте батареи радиатора на испарителе, то есть конфигурация 8 мм имеет более низкий профиль, чем конфигурация 6 мм. И наоборот, эффективность конденсатора может быть улучшена за счет ввода тепла в трех местах по сравнению с двумя, что требует использования конфигурации 6 мм.

  Руководство по проектированию тепловых трубок для интеграции радиатора

  После того, как правильная тепловая труба (и) определена, следующим шагом является интеграция в радиатор. Когда тепловые трубки используются для отвода тепла (по сравнению с распределением тепла), это двухэтапный процесс: интеграция радиатора в испарителе и интеграция радиатора в конденсаторе.

  Интерфейс между тепловой трубкой и источником тепла (испаритель)

  Существует два часто используемых метода соединения тепловых трубок с испарителем: косвенный и прямой.

  Интерфейс процессора с тепловой трубкой | Непрямое против прямого

  Более экономичный метод соединения тепловых трубок с источником тепла обычно заключается в использовании опорной плиты. Это можно сделать с помощью алюминиевой или медной пластины (показано слева). В дополнение к экономическим преимуществам этот метод также позволяет более равномерно распределять тепло по каждой тепловой трубе в ситуациях, когда источник тепла намного меньше площади контакта с тепловой трубкой.

  Прямой интерфейс от испарителя к тепловым трубкам обычно резервируется для ситуаций, когда необходимо удалить опорную пластину и связанный с ней дополнительный слой TIM по соображениям производительности, как показано на изображении слева.Это связано с финансовыми затратами, так как поверхность тепловых трубок необходимо обработать, чтобы обеспечить необходимое тепловое соединение с источником тепла.

  Интерфейс между тепловой трубкой и стеком ребер (конденсатор)

  Последним шагом является правильная интеграция тепловых трубок в конденсаторную часть радиатора. В ситуации, когда тепловые трубки используются для передачи тепла к локальному радиатору (изображение внизу слева), плоские тепловые трубки припаяны к основанию радиатора

  Тепловая трубка припаяна к основанию радиатора | Прикреплено через FIns

  При подаче тепла к удаленному конденсатору существует две распространенных конфигурации монтажа тепловых трубок.Первый идентичен описанному выше методу. А именно, плоские тепловые трубки припаяны к плоскому основанию, а круглые тепловые трубки припаяны к желобчатому основанию. Если стек ребер большой, тепло необходимо будет распределять более равномерно, пропустив тепловые трубки через центр пакета ребер, как показано на правом верхнем изображении.

  Советы по моделированию тепловых труб

  При работе в программе CFD, такой как FloTherm, или разработке модели Excel, наступает момент, когда вам необходимо ввести эффективную теплопроводность тепловой трубы.Вот как найти эти цифры с помощью нашего калькулятора тепловых трубок. После ввода необходимых данных в первой таблице калькулятора были представлены значения эффективной теплопроводности тепловых труб.

  На ранних этапах цикла моделирования есть неплохой способ обмануть, если у вас нет доступа к этому калькулятору. Просто умножьте мощность, потребляемую каждой тепловой трубкой, на оценку ее теплового сопротивления — это даст вам расчетную дельта-T тепловой трубы. Для тепловых трубок от 3 до 8 мм используйте 0.1 ^o C / W или 0,075 ^o C / W для более крупных. Затем введите показатель теплопроводности (начните с 4000 Вт / м-К и увеличивайте) до тех пор, пока смоделированная дельта-Т не станет равной примерно рассчитанной детла-Т.

  Свяжитесь с нами, чтобы задать вопросы или получить ценовое предложение

  Индивидуальные конструкции тепловых трубок | ACT — Передовые технологии охлаждения

  Тепловые трубы медь / вода имеют медную оболочку, используют воду в качестве рабочего тела и обычно работают в диапазоне температур от 20 до 150 ° C.Тепловые трубы — чрезвычайно эффективный метод снижения температуры горячих точек и увеличения допустимой мощности в системе за счет отвода тепла к внешнему поглотителю или распространения тепла по поверхности. ACT производит тепловые трубы медь / вода из труб следующих стандартных размеров (наружных диаметров), которые легко доступны:

  • 3, 4, 5, 6 и 8 мм
  • 1/8, 1/4, 3/8 и 1/2 дюйма

  ACT также может создавать индивидуальные тепловые трубки за пределами этих диаметров.ACT может сгибаться и сплющиваться в соответствии со следующими характеристиками. Обратите внимание, что эти значения являются ориентировочными, а не ограничениями. Компания ACT разработала тепловые трубки ниже этих значений.

  • Радиус изгиба> 3 x OD тепловой трубки
  • Выровнять тепловую трубу на ~ 2/3 x OD

  Рис. 1. Типичный радиус изгиба более чем в 3 раза превышает внешний диаметр тепловой трубы.

  ACT очень редко предоставляет потребителям автономные тепловые трубки. В связи с возросшими требованиями к системным решениям, ACT производит специальные сборки, разработанные специально для требований каждого заказчика.Тепловые трубки легко интегрируются в конструкцию систем благодаря их способности принимать сложные геометрические формы; см. рис. 2. Тепловые трубки не являются конструктивными элементами, но могут быть встроены в узлы, чтобы сформировать пластину с высокой проводимостью или пластину HiK ™.

  Рис. 2. (a) Тепловые трубки могут использоваться в сборке для охлаждения дискретных компонентов путем отвода тепла от микросхемы к удаленному радиатору. (b) Тепловые трубки также могут использоваться в конфигурациях «блок-труба-блок», когда испаритель и конденсатор тепловой трубки встроены в блоки, прикрепленные к электронике и радиатору.(c) Другой пример изгиба тепловой трубы.

  Инженеры

  ACT будут работать с клиентами над правильной интеграцией тепловых трубок в систему, чтобы минимизировать тепловое сопротивление и поддерживать целостность системы. Компания ACT имеет опыт пайки тепловых трубок, а также использования термоэпоксидных смол в качестве техники крепления. Инженеры ACT могут посоветовать, какое решение лучше всего подходит для вашего приложения.

  В ACT мы гарантируем качество и надежность наших тепловых трубок благодаря нашим сертифицированным производственным процедурам.Все наши тепловые трубы перед отправкой заказчику проходят термические испытания. ACT также имеет возможность проверить рабочие характеристики наших тепловых трубок в следующих условиях:

  Для получения дополнительной информации см. «Руководство по надежности продукции с тепловыми трубками» и «Параметры и ограничения водяных тепловых труб».

  Руководство по надежности тепловых трубок Параметры и ограничения водяных тепловых труб.

  Общая тепловая нагрузка, которую может выдержать тепловая труба, является функцией общей длины, длины испарителя и конденсатора, диаметра и ориентации относительно силы тяжести.Есть несколько ограничений, которые определяют теорию тепловых трубок, однако в наземных приложениях предел капиллярности является наиболее ограничивающим фактором. Это происходит, когда способность капиллярной откачки неэффективна для подачи в испаритель достаточного количества жидкости из конденсатора. Это приведет к высыханию испарителя. Осушение предотвращает продолжение термодинамического цикла, и тепловая трубка больше не функционирует должным образом. Тепловые трубы наиболее эффективны, когда испаритель находится ниже конденсатора, создавая обратный путь жидкости, которому способствует сила тяжести, и максимальная мощность уменьшается по мере увеличения неблагоприятного возвышения испарителя; см. рисунок 3.Максимальное неблагоприятное возвышение для водяной тепловой трубы составляет примерно 25 см (10 дюймов). ACT будет использовать наихудшую ориентацию в конструкции тепловых трубок, чтобы гарантировать работоспособность конструкции.

  Рис. 3. Поднятие испарителя над конденсатором снижает максимальную мощность, которую может нести тепловая трубка. Это не влияет на сопротивление тепловой трубки.

  Хотя общая мощность зависит от ориентации, характеристики тепловых трубок — нет. Например, эффективная проводимость и тепловое сопротивление тепловой трубы просто зависят от диаметра и общей длины.Пока тепловая трубка может работать при заданной температуре и мощности, она должна иметь эффективную проводимость около 50 000–200 000 Вт / мК. Этот диапазон является функцией общей длины с более длинными тепловыми трубками, имеющими более высокую эффективную проводимость. Тепловые трубы являются конвекционными устройствами, однако ACT доказала эту эффективную проводимость путем моделирования и испытаний.

  Чтобы узнать, сколько мощности может выдержать тепловая трубка, см. Наш Калькулятор тепловых трубок.

  ПЕРЕЙДИТЕ К КАЛЬКУЛЯТОРУ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ

  ACT имеет проверенный опыт проектирования и производства тепловых труб для любого подходящего применения.Чтобы получить дополнительную помощь в проектировании тепловых трубок, напишите одному из наших квалифицированных инженеров по адресу [email protected] или позвоните нам по телефону (717) -295-6061.

  Размер трубы — подводный камень при модернизации вашей системы отопления

  Опубликовано: , 27 октября 2019, , автор: Shaun

  Многие свойства можно значительно улучшить с помощью модернизации системы отопления. Отключение радиаторов может улучшить стиль, функциональность и удобство и действительно обновить внешний вид комнаты.Установка набора новых радиаторов может быть достаточно дорогостоящей, но не многие люди понимают, что это также может привести к разочарованию и неприятностям.

  Я пишу этот пост, потому что слишком часто сталкиваюсь с этими проблемами, и мне бы хотелось, чтобы больше клиентов их избегало.

  Размер трубы важен при рассмотрении модернизации радиатора

  В каждой котельной и отопительной системе для выполнения своих функций используется большое количество труб, но не все трубы одинаковы. Имеет смысл, что маленькие трубы могут служить только маленьким радиаторам и так далее, но на практике это легко упустить из виду.

  Трубы диаметром 8–10 мм не справляются со всем

  Обычно, если трубы 8 мм или 10 мм , это может быть проблемой.

  Это связано с тем, что трубы небольшого объема в конечном итоге переносят на меньше воды вокруг вашей системы, но при более высоком давлении .

  Многие дома построены с использованием труб малого диаметра. Возможно, они были достаточно хороши с первоначальной системой отопления. Со временем радиаторы могут быть заменены без должного учета калибра трубы.Это может вызвать повышенную нагрузку на котел и вызвать ряд проблем.

  Иногда домовладелец или домовладелец хотел бы обновить радиаторы, но может вообще не знать об этой проблеме. Обычно газовые сантехники приходят посмотреть на работу, чтобы указать на проблему с общим размером трубы. Хороший сантехник сможет правильно оценить требования к давлению в вашей системе и реалистично оценить, что потребуется для модернизации системы отопления, даже если для этого потребуется больше работы, чем вы думали.Иногда это означает, что нужно больше тратить на работу в целом.

  Добавление новых радиаторов, слишком больших для труб малого диаметра, может вызвать серьезные проблемы с системой отопления.

  • Ваш котел может отключиться из-за слишком высокой внутренней температуры (недостаточный поток)
  • Ваши радиаторы могут плохо обогреваться на крайних участках вашей собственности
  • Радиаторные клапаны наверху могут находиться под слишком большим давлением и излишне износиться
  • Ваш котел может подвергнуться повышенному износу и появлению неисправностей

  Суть в том, что если вам нужна современная высокопроизводительная система отопления в доме нормального или большего размера, то вряд ли она будет реализована на трубах диаметром 8 или 10 мм.

  Что я могу посоветовать, если у вас есть трубы диаметром 8 или 10 мм, но вы хотите их обновить?

  Если вы столкнулись с этой проблемой, мой совет — взглянуть на амбиции вашей системы отопления в более долгосрочной перспективе. Найдите сантехника, которому вы можете доверять, и он поможет вам получить хорошее представление о системе отопления, которую вы хотите в обозримом будущем для вашей собственности. Независимо от того, можете ли вы финансировать обновление за один раз или должны делать это поэтапно, это означает, что вы обновляете все в правильном порядке и всегда для повышения работоспособности и производительности системы.Иногда это означает переоборудование труб на всей территории дома.

  Я рекомендую калибр не менее 15 мм для большинства работ и гарантирую, что новые установки я всегда использую там, где это необходимо. Я не против поделиться тем, что практикую то, что проповедую. В моем собственном доме в системе отопления, которая шла вместе с моим домом, использовалась труба небольшого диаметра. Мне очень приятно сказать, что я все это вырвал и установил гораздо более эффективную систему труб диаметром 22 и 15 мм и идеальный котел. Сейчас, когда я модернизирую свои радиаторы (я собираюсь установить вертикальные), у системы более чем достаточно мощности, чтобы успешно справляться с новыми требованиями.

  Если вы уже перешли на радиаторы увеличенного размера и у вас возникли проблемы, но вы не хотите прямо сейчас переходить на более крупные трубы, часто лучше всего заменить радиаторы большего размера (особенно на первом этаже) на радиаторы меньшего размера. Это может облегчить проблему и вернуть систему в рабочее состояние, но может исключить нужные радиаторы из меню до тех пор, пока не будет решена фундаментальная проблема с размером трубы.

  Если вы, как клиент, слишком внимательно относитесь к цене, у вас может быть тенденция поощрять сантехников попытаться обойти проблему и дать вам только те радиаторы, которые вы хотите, игнорируя риски для здоровья системы.Иногда сантехник, который говорит вам то, что вы не хотите слышать, оказывается самым честным.

  Чего я хочу избежать, так это полумер, которые вызывают проблемы, повреждают котлы и, в конечном итоге, люди недовольны модернизацией своей системы отопления. Я видел все виды ненадлежащей работы, выполняемой по самым разным причинам, и всегда огорчаюсь, когда заказчик неправильно тратит деньги на модернизацию системы отопления.

  Надеюсь, это было полезно. Если вы хотите получить более конкретный совет, не стесняйтесь обращаться ко мне.

  Опубликовано в:

  Советы по сантехнике

  Как быстро должны нагреваться радиаторы?

  тепловых трубок | Advanced Thermal Solutions

  
  ATS расширила свою линейку высокопроизводительных стандартных плоских и круглых тепловых трубок, чтобы обеспечить самый широкий выбор готовых тепловых трубок на рынке. Высокопроизводительные медные тепловые трубки ATS с рифлеными или спеченными фитилями из медного порошка являются идеальным решением для охлаждения различных приложений в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, медицинскую, бытовую электронику, телекоммуникации, HVAC и т. Д.

  ATS расширяет ассортимент плоских и круглых тепловых труб с 33 до более чем 350. Круглые тепловые трубки будут доступны длиной 70-600 мм и диаметром 4-10 мм, а плоские тепловые трубки — длиной 70 мм. -500 мм, шириной 4,83-11,41 мм и высотой 2-6,5 мм.

  Благодаря современному процессу тестирования на месте в своей новой лаборатории тепловых труб, ATS гарантирует надежность и ожидаемые тепловые характеристики всех предлагаемых тепловых трубок.

  Прежде чем рассматривать дорогостоящие нестандартные размеры тепловых труб, которые могут добавить время, а также деньги для проекта, инженерам следует изучить обширный набор готовых вариантов, которые ATS предлагает в своей расширенной линейке, чтобы найти то, что подходит их потребностям. конкретные тепловые характеристики и требования к пространству.Тепловые трубки ATS — идеальный вариант для добавления в систему охлаждения.

  Тепловые трубки используются для передачи тепла с минимальной разницей температур от источника тепла (испарителя) к радиатору (конденсатору), а также для распределения тепла по поверхности. При выборе тепловой трубы для конкретного применения необходимо учитывать множество факторов. Эффективная длина (Leff) — полезный индикатор длины тепловой трубы, используемой в конкретном приложении (с учетом длины испарения и конденсации).

  Тепловые трубки бывают круглой или плоской формы. Плоские тепловые трубки легче прикрепить к компонентам, рассеивающим тепло, в то время как круглые тепловые трубки имеют преимущества для определенных конфигураций ребер на конце конденсатора.

  Проверка размеров труб центрального отопления

  После определения расположения радиаторов и участков труб следует рассчитать размер труб. За это, трубопроводы должны быть разбиты на отдельные участки между радиаторами и т. д., начиная с самого дальнего от котла и заканчивая обратным ходом. к ней.

  Начиная с зала, пробег между его радиатором и следующим по очереди (залом) должен выдерживать 4697 БТЕ. От предельного факторов, по оценкам, медная труба диаметром 15 мм может выдерживать 13 620 БТЕ; так что 15мм легко справится. Затем глядя на трубопровод для радиаторов холла и гостиной, он должен переносить тепло для обоих радиаторов (2751 + 4687 = 7 438 БТЕ), поэтому снова 15-миллиметровая труба справится. Если вернуться к кухне, то радиатор дает в общей сложности 9 791 BTU, так что опять же 15-миллиметровая труба может справиться.Это конец этого конкретный участок трубы, так как радиатор для столовой находится на отдельном участке. Требование для столовой — 6 437 БТЕ, поэтому один раз опять подойдет медная труба 15мм.

  Беглый взгляд на потребность в тепле для первого этажа показывает общую потребность в 8588 БТЕ (1858 + 3321 + 2266 + 1143), это вмещает 15 мм медную трубу.

  Последний проход — от котла к ответвлениям к передней петле внизу, в холле и к контуру наверху, это пробег. справляется с полной энергетической нагрузкой дома, а именно 24 816 БТЕ (9791 + 6437 + 8588), что намного превышает возможности 15 мм, но в пределах емкость 22мм.

  Забор горячей воды рассчитан на ввод 13000 БТЕ (для 2-часового повторного нагрева), это очень близко к верхнему пределу. для медной трубы 15 мм (13 620 БТЕ), поэтому лучше использовать медную трубу диаметром 22 мм.

  Таким образом, длина трубопровода между котлом и ответвлениями и бойлером и баком для горячей воды должна быть 22 мм, все остальные трубопроводы может быть 15мм. Конечно, можно использовать трубопроводы большего размера, чем требуется, без вреда для установки, хотя это будет дороже, скорость потока воды и эффект противодавления будут уменьшены, что может только улучшить работа системы.

  .

  No related posts.