Выбор диаметра трубы для отопления: Подбор диаметра труб для отопления по мощности контура

В. Окончательный гидравлической расчет и выбор диаметра труб системы отопления.

  1. После выбора предварительного диаметра труб (графа -7) на участках главного циркуляционного кольца приступают к уточнению диаметра труб на основе проверки гидравлической увязки располагаемого циркуляционного давления Pp, с потерям давления в расчетном кольце (графа — 13)

  1. Для этого осуществляют первую гидравлическую увязку. В данном случай должно выполнятся условие, чтобы потери давления в главном циркуляционном кольце (графа -13) не должны превышать располагаемого перепада давления Pр, Па и при этом должен оставаться запас давления А,% не менее 10%, т.е.,

(13.4)

  1. Величина запаса давления А,% рассчитывается по формуле,

(13.5)

  1. В результате расчета величины А,% может встретится два варианта.

    Величина А<10% — в этом случай диаметры труб занижены, необходимо их увеличить начиная там, где они наибольшего размера т.е. на первом и последующих симметричных участках подающей и обратной магистрали.

Величина А>>10% в этом случай диаметры труб завышены, необходимо их уменьшить там, где они наименьшего размера, т.е. на последних участках начиная со стояка и далее по подающей и обратной магистрали на симметричных участках.

Изменение диаметра труб на стояке может быть по всей высоте (длине) один раз, желательно, чтобы диаметр стояка был одного размера и состоит из стандартных узлов.

  1. Изменения диаметров труб по ходу движения теплоносителя должны быть плавными, а не скачкообразными, чтобы не увеличить гидравлическое сопротивление движению теплоносителя.

  1. Трубы диаметром меньше 15мм (10мм) в системах отепления желательно не применять, хотя это не всегда выдерживается в малоэтажном строительстве.

  1. При гидравлической увязке циркуляционных колец необходимо добиваться, чтобы в однотрубных системах отопления потери давления на стояках составляет 70% для обеспечения гидравлической и тепловой устойчивости.

После выполнения условий первой гидравлической увязке переходят ко второй гидравлической увязке в следующей последовательности:

  1. В этом случай увязываются гидравлические давления в промежуточных (второстепенных) кольцах через стояки внутри главного циркуляционного кольца;

  2. Для этого рассчитывается располагаемый перепад давления Pp.к, Па в каждом кольце через стояки внутри главного циркуляционного кольца по формуле;

(13.6)

где – потери давления на общих участках циркуляционных колец, которые при гидравлической увязке не учитываются, Па;

  1. Затем определяют средние потери давления на трение Rср. к на 1 п. м. в рассчитываемом кольце по формуле:

(13.7)

где — сумма длин участков увязываемого циркуляционного кольца без общих участков, м.

  1. Далее по величине Rср.к Па, нормативной, скорости воды в трубах VH м/с ; и расходу воды на участки Gуч., кг/ч, по специальной таблице в «Справочнике проектировшика»находят фактические значения: dв,уч мм; Vуч. м/с; уч.; Zуч. и т.д., которые заносятся в таблицу 13.1.

  1. Определяют разницу давления АК % в увязываемых кольцах через стояки главного циркуляционного кольца, по формуле 13.8 которая не должна превышать 15 % в тупиковых системах отопления и 5% в системах отопления с попутным движением теплоносителем.

(13. 8)

где – потери давления в увязываемом кольце без общих участков, Па;

  1. Могут встретиться варианты , когда величина Ак, % больше или меньше 15% или 5% в зависимости от системы отопления. В этом случае необходимо увеличить или уменьшить диаметр труб в стояке увязываемого циркуляционного кольца. Диаметр труб в главном циркуляционном кольце изменять не допускается т.к. при этом нарушится

    первая гидравлическая увязка.

После выполнения условия второй гидравлической увязке приступают к третьей гидравлической увязке.

  1. Третья гидравлическая увязка сводится к расчету давления поэтажных колец на каждом стояке системы отопления с верхней разводкой с нижней разводкой такая увязка не требуется.

Обычно принимают унифицированные узлы отопительных приборов и регулировку давлении осуществляет с помощью запорно-регулирующей арматуры.

    1. По мере выполнения гидравлических увязок 1, 2, 3 приступают к выполнению четвертой гидравлической увязки отдельных частей системы отопления с применением методики, изложенной выше. При этом значение увязок А и Ак, % должно отвечать указанным выше требованиям.

    1. Таким образом установлено, что величина давлений Pp, Па и Pp.к, Па расходуется на преодоление гидравлических сопротивлении в кольцах системы отопления.

    1. Если не удается осуществить гидравлическую увязку давления в циркуляционных кольцах с помощью диаметров труб, то устанавливают диафрагмы, т.е. местное сопротивлении на стояке в месте присоединения к обратной магистрали.

    1. Диаметр отверстия в диафрагме определяют по формуле

(13.

9)

где Pд – требуемое давление, которое необходимо погасить, Па,

Gст – расход воды на стояке, кг/ч.

    1. В современных условиях применяют для гидравлической увязки специальные балансировочные клапаны, которые устанавливают на стояках. Клапаны автоматически обеспечивают необходимое давление и расход воды в стояке, а следовательно и в циркуляционном кольце.

Руководство по проектированию тепловых трубок

| Celsia

 

Основное внимание в этом руководстве по проектированию тепловых трубок уделяется тепловым трубам из спеченной меди (с водой) для охлаждения электронных устройств. Обычно это означает рассеянное тепло в пределах 20-200 Вт (меньше, если удельная мощность высока) и удельную мощность примерно до 25 Вт/см 2 . Если вам нужна дополнительная базовая информация о тепловых трубках, посетите эти две страницы: Тепловые трубки 101 и Обзор технологии тепловых трубок

В этом руководстве по проектированию тепловых трубок рассматриваются следующие темы:

  1. Типичные области применения тепловых трубок
  2. Технические характеристики и допуски тепловых трубок
  3. Характеристики тепловых трубок: фитиль из спеченной меди и несущая способность тепловых трубок
  4. Дополнительные операции, выполняемые на конструкциях тепловых трубок
  5. Пример выбора конструкции тепловых трубок
  6. Руководство по тепловой трубке для интеграции радиатора
  7. Советы по моделированию тепловых трубок

 

Типичные области применения тепловых трубок

При правильном использовании и в соответствующих условиях тепловые трубки значительно улучшают характеристики радиатора. Такая конструктивная реальность обусловлена ​​очень высокой теплопроводностью тепловых трубок; обычно в 10-100 раз больше, чем у твердой меди. В отличие от твердого металла, теплопроводность тепловой трубы зависит от нескольких переменных, наиболее заметной из которых является длина. Следовательно, очень короткие тепловые трубки длиной 50 мм или менее обладают тепловыми свойствами, которые можно было бы улучшить, используя твердую медь или алюминий. Вот наиболее распространенные конфигурации использования тепловых трубок в составе узла радиатора:

Перемещение тепла к удаленному радиатору

Тепловые трубы используются для перемещения тепла в любом направлении или ориентации от источника тепла (испарителя) к радиатору (конденсатору). На фото ниже пара примеров.

 

Тепловые трубки, используемые для передачи тепла к удаленному радиатору

Отвод тепла к локальному радиатору

Когда необходимо двухфазное устройство, но стоимость является определяющим фактором, можно использовать тепловые трубы для отвода тепла к локальному радиатору. Испарительная камера в любом из этих двух применений уменьшит общее дельта-T теплоотвода на 4-9 или С . Улучшение связано с более низким термическим сопротивлением паровой камеры, а также способом ее сопряжения с источником тепла (прямой контакт). Обратите внимание, что в обоих этих примерах используется сплошной медный рассеиватель, который присоединяется к источнику тепла, а затем тепло перемещается к тепловым трубкам (непрямой контакт).

 

Плоские тепловые трубки, используемые для отвода тепла к локальному радиатору

 

Технические характеристики тепловых труб и допуски

Теоретические пределы рабочей температуры водяных тепловых труб из спеченной меди составляют 0–250 o C, хотя на практике тепловые трубы не начинают работать примерно до 20 o C. Ниже 0 o C вода замерзает внутри спеченной структуры фитиля, но не вызывает повреждений из-за расширения, поскольку количество жидкости так мало. Например, типичная тепловая трубка диаметром 6 мм и длиной 150 мм содержит около 1 см3 воды.

Краткая заметка о надежности тепловых трубок. Тепловые трубы прошли всесторонние испытания на протяжении десятилетий. Их типичный срок службы составляет не менее 20 лет, и они могут выдерживать тысячи циклов замораживания-оттаивания без повреждений. Выход из строя тепловой трубы, скорее всего, произойдет а) из-за некачественного производства и б) в результате воздействия незапланированных условий: наиболее распространены коррозионные вещества и непреднамеренные физические повреждения. Celsia устраняет первую причину отказа, проверяя гелием каждую тепловую трубку на утечку и производительность Qmax. Вторая причина поломки может быть устранена путем никелирования тепловой трубки.

 

Celsia Тестирование тепловых трубок и радиаторов

 

В таблице ниже приведены технические характеристики тепловых трубок и допуски. Пожалуйста, свяжитесь с нами по любым дополнительным вопросам.

 

Технические характеристики и допуски тепловых трубок

 

Характеристики тепловых трубок

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

Онлайн-калькулятор тепловых труб Celsia предоставляет информацию о производительности на основе двух конструкций фитиля: стандартной и производительной. Тем не менее, мы регулярно разрабатываем индивидуальные конструкции фитилей, чтобы точно соответствовать 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 приведенных ниже диаграммах показаны выходные данные калькулятора тепловых труб 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 перенос тепловой трубы (QMAX)) против угла операции. При +90 градусах испаритель находится прямо под конденсатором, при -90 наоборот.

 

Используйте калькулятор тепловых труб

 

Несущая способность тепловой трубы уменьшается, когда требуется работать против силы тяжести

 

В то время как эта диаграмма показывает падение Qmax почти на 90% от +90 до -90 (стандартный фитиль), в сопроводительной таблице (не показана) указано точное значение Qmax в зависимости от угла. Например, если приложение требует, чтобы тепловая трубка работала не менее чем горизонтально (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 соответствующая таблица (показана) в калькуляторе относятся к изменению температуры (дельта-Т) от одного конца тепловой трубы 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.

Таблица, используемая при расчете теплового сопротивления тепловой трубы

 

Чтобы рассчитать тепловое сопротивление тепловой трубы, разделите его дельта-Т на потребляемую мощность. При выборе тепловой трубки диаметром 8 мм с входной мощностью 40 o Кл тепловое сопротивление составляет 4,3/40 = 0,11 o Кл/Вт. Кроме того, калькулятор тепловых труб обеспечивает теплопроводность для использования в качестве необходимых входных данных для программ CFD, таких как FloTherm. Посетите эту ссылку для получения дополнительной информации о том, как использовать калькулятор тепловых труб.

 

Второстепенные операции при проектировании тепловых трубок

Прежде чем интегрировать тепловые трубки в радиатор, инженеры могут выбрать несколько второстепенных операций.

Сплющивание тепловой трубы

Как правило, тепловые трубы из спеченной меди можно сплющить максимум на 30–65 % от их первоначального диаметра. Однако на пропускную способность тепловых трубок часто оказывается негативное влияние. В таблице ниже показаны Q max для наиболее распространенных размеров тепловых трубок: круглые и плоские. Например, 3-мм тепловая трубка, утолщенная до 2 мм, будет иметь теплоемкость на 30% меньше, даже если труба сплющена только на 33%. Сравните это с 6-мм тепловой трубкой, сплющенной до 2 мм. Его Q max уменьшен на 13%, хотя он на 66% более плоский.

 

Плоская тепловая трубка Допустимая мощность

* Горизонтальная ориентация

** Более толстая стенка и структура фитиля

Почему сплющивание меньших тепловых трубок оказывает более негативное влияние на Q max ? Проще говоря, есть два предела производительности тепловых труб, важных для наземных применений: предел фитиля и предел испарения. Предел фитиля — это способность фитиля переносить 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 определяется тем, сколько места доступно для пара, чтобы двигаться от испарителя к конденсатору. Нижний из этих двух пределов для тепловых трубок, разработанных с учетом требований применения, определяет Q max .

 

QMax тепловой трубы является меньшим из пределов фитиля и испарения

 

Приведенная выше диаграмма иллюстрирует эту динамику. Круглая 3-миллиметровая тепловая трубка (синяя и оранжевая линии) имеет почти одинаковые ограничения пара и фитиля. Сглаживание его до 2 мм приводит к тому, что предел пара ниже предела фитиля. Для круглой тепловой трубки диаметром 6 мм предел избыточного пара достаточно велик, поэтому Q max не уменьшится, пока труба не будет значительно уменьшена.

Изгиб тепловых трубок

Изгиб тепловых трубок также повлияет на максимальную допустимую мощность, для чего следует учитывать следующие практические правила.

  • Во-первых, минимальный радиус изгиба в три раза больше диаметра тепловой трубы.
  • Во-вторых, каждый изгиб на 45 градусов будет уменьшать Q max примерно на 2,5%. Из таблицы 1 видно, что 8-мм тепловая трубка, сплющенная до 2,5 мм, имеет Q max мощностью 52 Вт. Изгиб на 90 градусов приведет к дополнительному снижению мощности на 5 %. Новый Q max будет иметь мощность 52 – 2,55 = 49,45 Вт. подвергается воздействию окружающей среды. Это также может быть сделано чисто из эстетических соображений.

    Пример выбора тепловой трубки

    Предположим, что источник тепла размером 20 x 20 мм рассеивает мощность 70 Вт с одним 9Изгиб 0 градусов — какие варианты тепловых трубок подходят?

     

    Пример: выбор правильного размера тепловых трубок

     

    1. Чтобы каждая тепловая трубка получала одинаковое количество тепла, располагайте их непосредственно над источником тепла или почти над ним. Это можно сделать с помощью трех круглых 6-мм тепловых трубок или двух сплющенных 8-мм тепловых трубок (сплющенных до 2,5 мм).
    2. Убедитесь, что каждая труба выдерживает тепловую нагрузку 70 Вт. Три 6-миллиметровые тепловые трубки могут нести по 38 Вт каждая = 114 Вт, а две 8-миллиметровые плоские трубки могут нести в общей сложности 104 Вт.
    3. Уменьшение несущей способности тепловых труб на 25 % (рекомендуемая практика проектирования). 6-миллиметровый вариант с пониженными характеристиками может нести общую мощность 85,5 Вт, тогда как 8-миллиметровый вариант может нести 78 Вт.
    4. Учет изгиба путем снижения номинальных характеристик на 2,5% для изгиба под углом 45 градусов. Здесь у нас есть изгиб на 90 градусов, поэтому два 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 над другим? С механической точки зрения это может просто сводиться к высоте блока радиатора на испарителе, то есть конфигурация 8 мм имеет более низкий профиль, чем конфигурация 6 мм. И наоборот, эффективность конденсатора может быть повышена за счет подвода тепла в трех местах вместо двух, что требует использования конфигурации 6 мм.

     

    Рекомендации по проектированию тепловых трубок для интеграции радиатора

    После определения правильной тепловой трубы следующим шагом будет интеграция в радиатор. Когда тепловые трубы используются для перемещения тепла (в отличие от распределения тепла), это двухэтапный процесс: интеграция теплоотвода в испарителе и интеграция теплоотвода в конденсаторе.

    Интерфейс между тепловой трубой и источником тепла (испарителем)

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

     

    Интерфейс ЦП с тепловой трубой | Косвенный и прямой

     

    Более экономичный метод соединения тепловых трубок с источником тепла обычно осуществляется через опорную плиту. Это можно сделать с помощью алюминиевой или медной пластины (показана 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, чем площадь контакта с тепловой трубой.

    Прямой интерфейс от испарителя к тепловым трубкам обычно предназначен для ситуаций, когда базовая пластина и связанный с ней дополнительный слой TIM должны быть удалены по соображениям производительности, как показано на рисунке слева. Это сопряжено с затратами, поскольку поверхность тепловых труб должна быть обработана, чтобы обеспечить необходимое тепловое соединение с источником тепла.

     

    Интерфейс между тепловой трубой и блоком ребер (конденсатор)

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

     

    Тепловая трубка припаяна к основанию радиатора | Крепление через плавники

     

     

    При перемещении тепла к выносному конденсатору существует две распространенные конфигурации монтажа тепловых трубок. Первый идентичен способу выше. А именно, плоские тепловые трубки припаиваются к плоскому основанию или круглые тепловые трубки припаиваются к рифленому основанию. Если набор 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 при разработке модели в формате Excel наступает момент, когда необходимо ввести эффективную теплопроводность тепловой трубы. Вот как найти эти цифры с помощью нашего Калькулятора тепловых труб. После ввода необходимых данных в первой таблице Калькулятора были представлены значения эффективной теплопроводности тепловых труб.

    В начале цикла моделирования есть неплохой способ обмануть, если у вас нет доступа к этому калькулятору. Просто умножьте мощность, подводимую к каждой тепловой трубке, на оценку ее теплового сопротивления — это даст вам расчетное значение дельта-Т тепловой трубки. 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), пока смоделированная дельта-Т не сравняется с примерно рассчитанной дельта-Т.

     

    Свяжитесь с нами, чтобы задать вопросы или получить ценовое предложение

    Влияние выбора диаметра трубы на эксплуатационные расходы отопительной установки в условиях ожидаемого повышения цен на электроэнергию

    Открытый доступ

    Проблема

    Веб-конференция E3S.

    Том 100, 2019

    11 Конференция по междисциплинарным проблемам охраны окружающей среды и инженерии ЭКО-ДОК 2019
    Номер статьи 00034
    Количество страниц) 9
    DOI https://doi. org/10.1051/e3sconf/201910000034
    Опубликовано онлайн 10 июня 2019 г.

    E3S Web of Conferences 100 , 00034 (2019)

    Влияние выбора диаметра трубы на эксплуатационные расходы отопительной установки в условиях ожидаемого роста цен на электроэнергию

    Maciej Knapik *

    Институт теплотехники и охраны воздуха, Факультет инженерной защиты окружающей среды Краковского технического университета

    * Автор, ответственный за переписку: [email protected]

    Аннотация

    влияние выбора диаметра трубы на эксплуатационные расходы отопительной установки в связи с ожидаемым увеличением расходов на электроэнергию, необходимых для приведения в действие главного циркуляционного насоса установки. В результате сочетания нескольких факторов, влияющих на угольную энергетику Польши, рост цен на энергоносители кажется неизбежным.

    Реакцией польского правительства на прогнозируемое повышение платы за электроэнергию является предложение ввести субсидии на оплату счетов за электроэнергию. В статье представлены результаты анализа выбора труб из нескольких типовых типов, включая инвестиционные и эксплуатационные затраты, и сравнение результатов до и после увеличения платы за электроэнергию с учетом влияния отложений известкового налета на внутренних поверхностях стенок труб. Результаты анализов показывают, что увеличение платы за электроэнергию влияет на выбор диаметра трубы, так как проблема образования известкового налета может значительно снизить эффективность работы установки, а в крайних случаях может привести к полной остановке установки.

    © The Authors, опубликовано EDP Sciences, 2019

    Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License 4.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинал работа цитируется правильно.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *