Узел тепловой схема: схема теплового узла, принцип работы и устройство

Схема теплового узла отопления

В любой здании, в том числе и в частном доме, присутствует несколько систем жизнеобеспечения. Одна из них – это отопительная система. В частных домах могут использоваться разные системы, которые выбираются в зависимости от размеров постройки, количества этажей, особенностей климата и других факторов. В данном материале мы подробно разберем, что представляет собой тепловой узел отопления, как он работает и где используется. Если у вас уже стоит элеваторный узел, то вам будет полезно узнать про дефекты и способы их устранения.
Так выглядит современный элеваторный узел. Здесь изображен агрегат с электроприводом. Также встречаются другие виды этого изделия.

Простыми словами, тепловой узел представляет собой комплекс элементов, служащих для соединения тепловой сети и потребителей тепла. Наверняка у читателей возник вопрос, можно ли установить этот узел самостоятельно. Да, можно, если вы умеете читать схемы. Мы рассмотрим их, причем одна схема будет разобрана подробно.

Принцип работы

Чтобы понять, как работает узел, необходимо привести пример. Для этого мы возьмем трехэтажный дом, так как элеваторный узел применяется именно в многоэтажных домах. Основная часть оборудования, которая относится к этой системе, расположена в подвальном помещении. Лучше понять работу нам поможет схема ниже. Мы видим два трубопровода:

1. Подающий.
2. Обратный.

Схема узла отопления для многоэтажного дома.

Теперь нужно найти на схеме тепловую камеру, через которую вода отправляется в подвальное помещение. Также можно заметить запорную арматуру, которая должна в обязательном порядке стоять на входе. Выбор арматуры зависит от типа системы. Для стандартной конструкции используют задвижки. Но если речь идет о сложной системе в многоэтажном доме, то мастера рекомендуют брать стальные шаровые краны.

При подключении теплового элеваторного узла необходимо придерживаться норм. В первую очередь это касается температурных режимов в котельных. При эксплуатации допускаются следующие показатели:

• 150/70°C;
• 130/70°С;
• 95(90)/70°C.

Когда температура жидкости находится в пределах 70-95°C, она начинает равномерно распределяться по всей системе за счет работы коллектора. Если же температура превышает 95°C, элеваторный узел начинает работать на ее понижение, так как горячая вода может повредить оборудование в доме, а также запорную арматуру. Именно поэтому в многоэтажных домах используется такой тип конструкции – он контролирует температуру автоматически.

Разбор схемы

Как вы поняли, узел состоит из фильтров, элеватора, контрольно-измерительных приборов и арматуры. Если вы планируете самостоятельно заниматься установкой этой системы, то стоит разобраться со схемой. Подходящим примером будет многоэтажка, в подвальном помещении которой всегда стоит элеваторный узел.

На схеме элементы системы отмечены цифрами:

1, 2 – этими цифрами обозначены подающий и обратный трубопроводы, которые установлены в теплоцентрали.

3,4 – подающий и обратный трубопроводы, установленные в системе отопления постройки (в нашем случае это многоэтажный дом).

5 – элеватор.

6 – под этой цифрой обозначены фильтры грубой очистки, которые также известны как грязевики.

7 – термометры

8 – манометры.

В стандартный состав этой системы отопления входят приборы контроля, грязевики, элеваторы и задвижки. В зависимости от конструкции и назначения, в узел могут добавляться дополнительные элементы.

Интересно! Сегодня в многоэтажных и многоквартирных домах можно встретить элеваторные узлы, которые оснащены электроприводом. Такая модернизация нужна для того, чтобы регулировать диаметр сопла. За счет электрического привода можно корректировать тепловой носитель.

Стоит сказать, что с каждым годом коммунальные услуги дорожают, это касается и частных домов. В связи с этим производители систем снабжают их устройствами, направленными на сбережение энергии. К примеру, теперь в схеме могут присутствовать регуляторы расхода и давления, циркуляционные насосы, элементы защиты труб и очистки воды, а также автоматика, направленная на поддержание комфортного режима.
Еще один вариант схемы теплового элеваторного узла для многоэтажного дома.

Также в современных системах может быть установлен узел учета тепловой энергии. Из названия можно понять, что он отвечает за учет потребления тепла в доме. Если это устройство отсутствует, то не будет видна экономия. Большинство владельцев частных домов и квартир стремятся поставить счетчики на электроэнергию и воду, ведь с ними платить приходится значительно меньше.

Характеристики узла и особенности работы

По схемам можно понять, что элеватор в системе нужен для охлаждения перегретого теплоносителя. В некоторых конструкциях присутствует элеватор, который может и нагревать воду. Особенно такая система отопления актуальна в холодных регионах. Элеватор в этой системе запускается только тогда, когда остывшая жидкость смешивается с горячей водой, поступающей из подающей трубы.
Схема. Под номером «1» обозначена подающая линия тепловой сети. 2 – это обратная линия сети. Под цифрой «3» обозначен элеватор, 4 – регулятор расхода, 5 – местная система отопления.

По этой схеме можно понять, что узел значительно повышает эффективность работы всей системы отопления в доме. Он работает одновременно как циркуляционный насос и смеситель. Что касается стоимости, то обойдется узел достаточно дешево, особенно тот вариант, который работает без электроэнергии.

Но любая система имеет и недостатки, коллекторный узел не стал исключением:

• Для каждого элемента элеватора нужны отдельные расчеты.
• Перепады компрессии не должны превышать 0,8-2 Бар.
• Отсутствие возможности контролировать высокую температуру.

Как устроен элеватор

В последнее время элеваторы появились в коммунальном хозяйстве. Почему же выбрали именно это оборудование? Ответ прост: элеваторы остаются стабильными даже в том случае, когда в сетях происходят перепады гидравлического и теплового режимов. Состоит элеватор из нескольких частей – камеры разряжения, струйного устройства и сопла. Также можно услышать про «обвязку элеватора» – речь идет о запорной арматуры, а также измерительных приборов, которые позволяют поддерживать нормальную работу всей системы.

Как было упомянуто выше, сегодня используются элеваторы, оснащенные электроприводом. За счет электрического привода механизм автоматически контролирует диаметр сопла, как результат, в системе поддерживается температура. Использование таких элеваторов способствует уменьшению счетов за электроэнергию.
На изображение показаны все элементы элеватора.

Конструкция оснащена механизмом, который вращается за счет электрического привода. В более старых версиях используется зубчатый валик. Предназначен механизм для того, чтобы дроссельная игла можно двигать в продольном направлении. Таким образом меняется диаметр сопла, после чего можно изменить расход теплового носителя. За счет этого механизма расход сетевой жидкости можно снизить до минимума или повысить на 10-20%.

Возможные неисправности

Частой неисправностью можно назвать механическую поломку элеватора. Это может произойти из-за увеличения диаметра сопла, дефектов запорной арматуры или засорения грязевиков. Понять, что элеватор вышел из строя, довольно просто – появляются ощутимые перепады температуры теплового носителя после и до прохода через элеватор. В случае, если температура небольшая, то устройство просто засорилось. При больших перепадах требуется ремонт элеватора. В любом случае, при появлении неисправности требуется диагностика.

Сопло элеватора довольно часто засоряется, особенно в тех местах, где вода содержит множество добавок. Этот элемент можно демонтировать и прочистить. В случае, когда увеличился диаметра сопла, необходима корректировка или полная замена этого элемента.
На фото показан процесс обслуживания элеваторной системы отопления.

К остальным неисправностям можно отнести перегревы приборов, протечки и прочие дефекты, присущие трубопроводам. Что касается грязевика, то степень его засорения можно определить по показателям манометров. Если давление увеличивается после грязевика, то элемент нужно проверить.

принципиальная схема системы теплоузла, элеватор теплового узла, устройство

Содержание:

Обеспечить в квартирах многоэтажных домов оптимальную температуру в зимнее время можно только путем подачи в радиаторы горячего теплоносителя. Нагрев воды до рабочих показателей осуществляется с помощью специального теплового узла – элеватора, установленного в подвальном помещении дома или в котельной. О том, что это за приспособление и как оно функционирует, расскажем далее в статье.

Как работает элеваторный узел

Прежде чем разбираться с устройством элеваторного узла, отметим, что данный механизм предназначен для соединения конечных потребителей тепла с тепловыми сетями. По конструкции тепловой элеваторный узел представляет собой своего рода насос, который входит в систему отопления наряду с запорными элементами и измерителями давления.

Элеваторный узел отопления выполняет несколько функций. В первую очередь, он перераспределяет давление внутри системы отопления, чтобы вода конечным потребителям в радиаторы поставлялась с заданной температурой. При прохождении по трубопроводам от котельной до квартир, количество теплоносителя в контуре возрастает практически вдвое. Это возможно только, если есть запас воды в отдельном герметичном сосуде.

Как правило, из котельной подается теплоноситель, температура которого достигает 105-150 ℃. Такие высокие показатели недопустимы для бытовых целей с точки зрения безопасности. Максимальная температура воды в контуре согласно нормативным документам не может превышать 95 ℃.

Примечательно, что в СанПин в настоящее время установлен норматив температуры теплоносителя в пределах 60 ℃. Однако с целью экономии ресурсов активно обсуждают предложение снизить этот норматив до 50 ℃. Согласно экспертному заключению разница не будет ощутима для потребителя, а в целях дезинфекции теплоносителя ее каждые сутки нужно будет прогревать до 70 ℃. Тем не менее, данные изменения в СанПин еще не приняты, поскольку нет однозначного мнения насчет рациональности и эффективности такого решения.

Схема элеваторного узла отопления позволяет привести температуру теплоносителя в системе до нормативных показателей.

Этот узел позволяет избежать следующих последствий:

• слишком горячие батареи при неосторожном обращении могут привести к ожогам кожных покровов;
• не все отопительные трубы рассчитаны на длительное воздействие высокой температуры под давлением – такие экстремальные условия могут привести к преждевременному их выходу из строя;
• если разводка выполнена из металлопластиковых или полипропиленовых труб, она не рассчитана на циркуляцию горячего теплоносителя.

Преимущества элеватора

Некоторые пользователи утверждают, что схема элеватора является нерациональный, и намного проще было бы подавать потребителям теплоноситель меньшей температуры. В действительности же такой подход предусматривает увеличение диаметра магистральных трубопроводов для подачи более холодной воды, что приводит к дополнительным расходам.

Выходит, что качественная схема теплового отопительного узла дает возможность смешивать с подающим объемом воды долю воды из обратки, которая уже успела остыть. Несмотря на то, что отдельные источники элеваторных узлов отопительных систем относятся к старым гидравлическим агрегатам, по факту они являются эффективными в работе. Имеются и более новые агрегаты, пришедшие на замену схем элеваторного узла. Такая схема теплоснабжения многоквартирного дома более эффективна и экономична.

К ним относятся следующие типы оборудования:

• теплообменник пластинчатого типа;
• смеситель, оснащенный трехходовым клапаном.

Как работает элеватор

Изучая схему элеваторного узла системы отопления, а именно то, что он собой представляет и как функционирует, нельзя не отметить схожесть готовой конструкции с водяными насосами. При этом для работы не требуется получение энергии из иных систем, а надежность можно будет наблюдать в конкретных ситуациях.

Основная часть приспособления с внешней стороны похожа на гидравлический тройник, установленный на обратке. Через простой тройник теплоноситель спокойно попадал бы в обратку, минуя радиаторы. Такая схема теплоузла была бы нецелесообразной.

В обычной схеме элеваторного узла отопительной системы имеются такие детали:

• Предварительная камера и подающая труба с установленным на конце соплом определенного сечения. Через нее подается теплоноситель из обратной ветки.
• На выходе встроен диффузор. Он предназначен для передачи воды к потребителям.

На данный момент можно встретить узлы, где сечение сопла корректируется электроприводом. Благодаря этому можно автоматически подстраивать приемлемую температуру теплоносителя.

Подбор схемы узла отопления с электроприводом делается исходя из того, чтобы можно было изменять коэффициент смешения теплоносителя в пределах 2-5 единиц. Этого нельзя будет добиться в элеваторах, в которых сечении сопла нельзя изменять. Получается, что системы с регулируемым соплом дают возможность в значительной степени сократить средства на отопление, что очень актуально в домах с центральными счетчиками.

Принцип работы схемы теплового узла

Рассмотрим принципиальную схему элеваторного узла – то есть схему его работы:

• горячий теплоноситель подается из котельной по магистральному трубопроводу к входу в сопло;
• перемещаясь по трубам небольшого сечения, вода постепенно набирает скорость;
• при этом образуется несколько разряженная область;
• образовавшийся вакуум начинает подсос воды из обратки;
• однородные турбулентные потоки сквозь диффузор поступают к выходу.

Если в системе отопления применяется схема теплового узла многоквартирного дома, то ее эффективную работу можно обеспечить только при условии, что рабочее давление между подающим и обратным потоками будет больше расчетного гидросопротивления. 

Немного о недостатках

Несмотря на то, что тепловой узел имеет много преимуществ, есть у него и один существенный недостаток. Дело в том, то элеватором невозможно регулировать температуру выходящего теплоносителя. Если измерение температуры воды в обратном трубопроводе показывает, что она слишком горячая, необходимо будет ее понизить. Осуществить такую задачу можно только путем уменьшения диаметра сопла, однако, это не всегда возможно ввиду конструкционных особенностей.

Иногда тепловой узел оборудуют электроприводом, с помощью которого удается подкорректировать диаметр сопла. Он приводит в движение основную деталь конструкции – дроссельную иголку в виде конуса. Эта игла перемещается на заданное расстояние в отверстие по внутреннему сечению сопла. Глубина перемещения позволяет изменять диаметр сопла и тем самым контролировать температуру теплоносителя.

На валу может быть установлен как привод ручного типа в виде рукоятки, так и электрический дистанционно управляемый двигатель.

Стоит отметить, что установка такого своеобразного регулятора температуры позволяет модернизировать общую систему отопления с тепловым узлом без существенных финансовых вливаний.

Вероятные неполадки

Как правило, большинство неполадок в элеваторном узле возникает по следующим причинам:

• образование засора в оборудовании;
• изменения в диаметре сопла в результате эксплуатации оборудования – увеличение сечения усложняет регулировку температуры;
• засоры в грязевиках;
• выход из строя запорной арматуры;
• поломки регуляторов.

В большинстве случаев выяснить причину неполадок достаточно просто, поскольку они сразу отражаются на температуре воды в контуре. Если перепады и отклонения температуры от нормативов незначительны, что, вероятно, имеет место зазор или же сечение сопла несколько увеличилось.

Перепад в температурных показателях более 5 ℃ свидетельствует о наличии проблемы, решить которые могут только специалисты после проведения диагностики.

Если в результате окисления от постоянного контакта с водой или непроизвольного сверления возрастает сечение сопла, нарушается балансировка всей системы. Такой изъян нужно как можно быстрее исправить.

Стоит отметить, что в целях экономии финансов и использования отопления более эффективно, на тепловых узлах могут устанавливать электросчетчики. А приборы учета горячей воды и тепла дают возможность дополнительно снизить расходы на коммунальные платежи.

Схема элеваторного узла отопления: основные особенности тепловой системы

Отопительная система считается ключевой составляющей комфортного обитания человека в квартире или частном доме. При этом в зависимости от категории жилплощади используют тот или иной тип отопления. В частных домовладениях чаще всего используют автономные устройства. В многоквартирных строениях монтируют централизованную теплосеть, в которой в большинстве случаев используется элеваторный узел.

О существовании элеваторного узла в тепловой системе не догадываются даже многие сантехники, занимающиеся обслуживанием многоквартирных домов, не говоря уже об его устройстве и предназначении. Поэтому для ликвидации пробела в познаниях отопительной сферы нужно разбираться в том, что такое элеватор.

Тепловая схема отопления с элеваторным узлом

Под элеваторным узлом отопительной системы подразумевается специальная конструкция, выполняющая функции инжектора или струйного насоса. Основной задачей схемы с таким устройством является повышение давления внутри системы отопления. То есть улучшение циркуляции жидкости по трубам и радиаторам за счёт увеличения объёма теплоносителя.

Повышение давления в схеме теплового узла основано на стандартных физических законах. При этом если в отопительной системе обнаружен элеваторный узел, то такое отопление имеет подключение к центральной магистрали, по которой под давлением подаётся нагретый теплоноситель из общей котельной.

При сильных морозах температурные показатели внутри основной магистрали подачи тепла могут достигать +150° C. Но это невозможно физически, так как при такой температуре вода превращается в пар. Однако превращение жидкости из одного состояния в другое под воздействием высоких температур, возможно в открытых ёмкостях без какого-либо давления. Но в отопительных трубах теплоноситель циркулирует под давлением, нагнетаемым с помощью циркуляционных насосов, что не позволяет ему превращаться в пар.

Наверняка каждому понятно, что температурные показатели свыше 100° C считаются слишком высокими и подавать такую воду в жилое помещение нельзя по ряду определённых причин.

• Стандартные чугунные радиаторы, которые установлены в большинстве старых многоэтажных построек, не выносят резких температурных перепадов, из-за которых могут выходить из строя. В лучшем случае они начнут протекать, а в худшем чугун становится очень хрупким и легко разрушается.
• Очень высокая температура радиаторов может привести к ожогу при прикосновении к металлическим элементам.
• В последнее время схема разводки отопительной системы выполняется из пластиковых труб, которые могут выдержать температуру не выше +90° C. Следовательно, они могут расплавиться.

Поэтому перед подачей теплоносителя непосредственно в квартиру его необходимо остудить. Именно для этого и был изобретён элеватор. На сегодняшний день элеваторный узел в схеме тепловой системы является её неотъемлемой частью. Это было обусловлено его высокой устойчивостью функционирования при любых температурных изменениях в тепловой сети.

Конструктивные особенности элеватора

В данное оборудование входят следующие конструктивные элементы: элеватор струйного типа, разжижающая камера и специальное сопло. Но помимо самого элеваторного узла нужно выполнить его обвязку суть, которой заключается в монтаже запорной арматуры, манометра давления и термометра.

На сегодняшний день популярностью пользуются устройства, с электрическим приводом регулировки сопла, благодаря чему появляется возможность автоматического изменения расхода теплоносителя в системе отопления многоквартирных домов.

Как функционирует элеватор?

Принцип работы узла элеватора основан на перемешивании горячего и остывшего теплоносителей. В элеваторной камере перегретая жидкость, протекающая по основной магистрали, смешивается с уже остывшим теплоносителем, который возвращается из радиаторов. Проще говоря, вода из обратного контура смешивается с перегретым теплоносителем. При этом элеватором выполняется сразу несколько функций:

• принудительной циркуляционной системы;
• резервуара, в котором происходит смешивание теплоносителей.

Положительной стороной элеваторного узла системы отопления даже учитывая простоту конструкции, является его высокая эффективность. Также к положительным качествам такого элемента можно зачислить сравнительно невысокую стоимость прибора. Плюс ко всему ему не нужно подключение в сеть переменного тока. Естественно, у элеватора есть и недостатки:

• продуктивная работа элеваторного узла может быть гарантированна только при точном расчёте каждой его составляющей;
• перепад давления между основной и обратной магистралью не должен превышать 2 Бар;
• отсутствие регулировки температурного режима на выходе.

Такое устройство получило широкое распространение, в тепломагистралях многоквартирных строений благодаря своей эффективности работы при резких перепадах тепловых и гидравлических режимов в отопительной системе.

Распространённые поломки элеваторного узла

Основные неисправности элеватора отопительной системы могут быть вызваны выходом из строя самого прибора из-за засорения или увеличения внутреннего диаметра сопла. Также причиной поломки может быть засорение грязевика, поломка запорной арматуры и сбой настройки регулятора.

Определить поломку элеваторного узла системы отопления можно по перепаду температурного режима до и после прибора. При обнаружении сильного перепада можно констатировать поломку элеватора из-за засорения или увеличения сопла в диаметре. Но вне зависимости от поломки диагностика проводится сертифицированными специалистами. При засорении элеваторного узла выполняется его прочистка.

Если увеличился первоначальный диаметр из-за коррозии, то произойдёт полная разбалансировка всей отопительной системы. При этом радиаторы в помещениях на верхнем этаже не будут получать тепловую энергию в полном объёме, а батареи в нижних квартирах будут сильно перегреваться. Для устранения проблемы выполняется замена сопла на новый аналог с необходимым диаметром.

Выявить засорение грязевиков в элеваторном узле отопления можно благодаря изменению показаний датчиков давления, расположенных непосредственно до и после устройства. Для удаления загрязнений в тепловой системе выполняется их сброс с помощью крана, расположенного в нижней части грязевика. Если такие действия не дают положительных результатов, то выполняется демонтаж и механическая чистка прибора.

Альтернативный вариант тепловой схемы

Благодаря новым технологиям, которые нашли своё применение и в схеме отопления многоквартирных зданий появилась возможность замены элеватора более совершенным устройством. Автоматизированная система управления отоплением – полноценная альтернатива стандартному элеваторному узлу. Но стоимость такого устройства намного выше, хотя его использование более экономично.

Основным предназначением автоматизированного узла является управление температурным режимом и расходом теплоносителя внутри отопительной системы в зависимости от температуры за её пределами. Для работы такого узла обязательно наличие источника электроэнергии достаточно большой мощности. Но, несмотря на все инновации в сфере отопительных технологий элеваторный узел по-прежнему пользуется популярностях в коммунальных организациях.

На сегодняшний день популярностью пользуются элеваторы в системе отопления с электрическим приводом регулировки. Помимо этого появляется возможность контроля расхода теплоносителя без вмешательства со стороны человека. Из-за того, что такое оборудование обладает неопровержимыми преимуществами, нет никаких предпосылок, что в ближайшее время коммунальные предприятия будут производить его замену.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Тепловой узел в многоквартирном доме: принцип работы

Отопление – одна из привилегий, необходимых людям для комфортной жизни. Чтобы каждой квартире не подключать отдельное отопление, в дом устанавливается целая система. Такие системы разнятся между собой в зависимости от типа дома, его размеров и количества квартир.

В пунктах этой статьи мы постараемся подробно ответить на вопросы, рассматривающие теплосеть дома.

Как происходит процесс теплоснабжения высотного дома

В каждом многоквартирном здании имеется система центрального отопления, которая состоит из следующих элементов:

• источник;
• теплосеть;
• потребитель.

В качестве источников тепловой энергии выступают котельные и ТЭЦ.

Из котельных к домам горячая вода направляется сразу и требует понижения температуры, иначе теплооборудование дома будет испорчено. В ТЭЦ же она преобразуется в пар для получения электроэнергии, затем этот пар используется для нагрева теплоносителя, поступающего в теплосеть здания.

Что такое «теплосеть» и «теплоузел»

Сеть отопления дома представляет собой совокупность трубопроводов, которые обеспечивают теплом каждое жилое помещение. Это сложная система, которая состоит из двух теплопроводов: горячего и остывшего.

Тепловой узел – система теплооборудования; место, где труба гвс сливается с системой отопления здания. Тут происходит распределение и учет тепла.

В список выполняемых задач входят:

• контроль за состоянием источника тепла;
• контроль состояния трубопроводов воды и тепла;
• регистрация данных с аппаратов учета.

Типы теплоузлов

В многоэтажных домах используется тепловые пункты двух типов.

Одноконтурный предусматривает прямое подключение к трубам горячего водоснабжения, то есть теплопроводы соединяются при помощи элеватора. В высотных зданиях тепловая сеть довольно разветвленная, но большая часть оборудования располагается в подвальном помещении.

Важно! Схема двухконтурного узла отопления представляет собой систему из двух теплопроводов, контактирующих между собой посредством теплообменника.

Далее более подробно мы рассмотрим принцип работы одноконтурного теплового узла. Из-за своего устройства, а именно наличия элеватора, и низкой стоимости используется чаще всего. Компаниям, которые занимаются установкой теплооборудования и теплоузлов, выгоднее использовать устаревающие и не требующие тщательного внимания элеваторные узлы.

Устройство

Одноконтурный тепловой узел устроен наиболее просто. Как уже говорилось, он состоит из трубы, отходящей от источника тепла и «холодной» трубы, которые соединяются при помощи элеватора. Также на трубах стоят фильтры и измерительные приборы, контролирующие поток, температуру теплоносителя и давление в трубах.

Фильтровочное оборудование устанавливается, так как вся система отопления довольно негативно реагирует на грязь и осадок в теплоносителе. Со временем его необходимо прочищать либо менять.

Важно! Если давление нестабильно, в теплоузел устанавливают прибор его понижающий.

Установка счетчиков имеет некоторые нюансы:

• помещается на трубу с «обратным» теплом;
• располагать его необходимо как можно ближе, насколько это реально, к источнику тепла;
• настройка параметров (необходимый объем тепла за час, сутки).

Принцип функционирования

В этом пункте мы расскажем, какие процессы происходят внутри элеваторного узла отопления.

Согласно схеме горячая вода, поставляемая коммунальными службами, поступает в дом по «горячей» трубе. «Обойдя» все здание, возвращается к узлу уже в остывшем состоянии, и выводится из системы. Но в элеваторе горячая и «холодная» вода смешиваются, не позволяя температуре выйти за пределы допустимого. Бывают ситуации (подходит для местности с низкой температурой) в элеватор встроен механизм для подогрева: если температура воды при смешивании будет ниже допустимой, механизм включается.

Внутридомовая система отопления может отключаться от городской при помощи задвижек. Такие действия проводят при ремонтных работах и для общей профилактики. Для таких случаев на трубах имеются специальные задвижки, предназначенные для выведения воды из системы.

Важно! Все детали узла присоединяются к системе отопления при помощи фланцевых соединений.

Использование одноконтурного узла имеет как преимущества та и недостатки.

Плюсами такого теплоузла являются:

• простота в использовании;
• редкость поломок;
• относительная дешевизна составляющих и их установки;
• полностью механизирован и не зависит от посторонних источников энергии.

Основные из отрицательных сторон:

• для каждого теплопровода необходимы персональные расчеты параметров для подбора элеватора;
• давление в каждой трубе должно отличатся;
• только ручная регулировка;
• Кем проводится установка и уход за теплоузлом.

В домах с большим количеством квартир имеется система подачи тепла и горячей воды от города, которая располагается в подвальном помещении. Такая система отопления нуждается в профилактике. Наиболее «слабым звеном» являются фильтры, или грязевики, за которыми необходимо следить и прочищать (в них скапливается вся грязь от теплоносителя).

Этой работой занимаются, или, по крайней мере, должны ее выполнять, слесари от органов ЖКХ, которые обслуживают здание. Так как теплоцентр – сложный и опасный в эксплуатации, ни в коем случае не разрешается вмешательство посторонних людей, а осуществлять диагностику и ремонт допускается только специально обученному персоналу.

Возможные проблемы

Тепловая система дома – механизм сложный. Какие-нибудь поломки и неисправности неизбежны. Но чаще всего проблемы возникают в теплоузле, а именно – поломки элеватора. Причины механического характера: изъяны запорного оборудования, засор фильтров. Из-за этого возникает температурная разница в трубах до и после прохождения элеватора. Если разница не большая, то проблема не серьезная: следует всего лишь прочистить элеватор. В противном же случае необходим ремонт.

К другим проблемам узла отопления можно отнести повышение допустимой температуры измерительного оборудования, возникновение течи в трубах. При засорении фильтров в трубах увеличивается давление.

Важно! В случае возникновения любой неполадки необходимо продиагностировать всю систему отопления.

Как уже упоминалось в статье, элеваторные узлы – технология устаревающая. Постепенно в многоквартирных домах их заменяют автоматическими теплоузлами, которые не требуют постоянного контроля со стороны человека и все показатели регулируют сами.

Недостатком таких систем отопления является высокая стоимость и, как любое автоматизированное устройство, работает она на электричестве.

Однако в схему одноконтурных узлов встраивают приборы, которые дают возможность регулировать температуру и давление в поступающем теплоносителе. Таким образом позволяет людям экономить средства при оплате коммуналки.

что это такое и схема в многоквартирном доме

В многоквартирных домах старого типа встречается устройство, которое называется элеваторный узел. Оборудование исправно работает много десятков лет. Несмотря на его моральное устарение, жильцы не торопятся менять узел на новые агрегаты. Система отличается многими достоинствами, но практически не применяется сегодня. Разберемся, чем хороши тепловые узлы, что они собой представляют и как работают. Также рассмотрим возможные неполадки и способы их устранения.

Определение значения теплового узла

Теперь чтобы скачать приложение от 1xBet на свой Андроид телефон достаточно перейти по ссылке и скачать APK файл. Больше нет необходимости искать официальный сайт букмекерской конторы.

Элеватором называется энергонезависимое самостоятельное устройство, которое выполняет функции водоструйного насосного оборудования. Тепловой узел понижает давление, температуру теплоносителя, подмешивая охлажденную воду из системы отопления.

Оборудование способно передавать теплоноситель, нагретый до максимально высоких температур, что выгодно с экономической точки зрения. Тонна воды, прогретая до +150 С, обладает тепловой энергией намного большей, чем тонна теплоносителя с температурой всего в +90 С.

Важно! Применение узла помогает транспортировать теплоноситель в системе без преобразования нагретой воды в пар за счет поддержания уровня давления, которое предупреждает процесс преобразования жидкости.

Принципы работы и подробная схема теплового узла

Чтобы понять, как работает оборудование, надо разобраться с его устройством. Схема элеваторного узла отопления не отличается сложностью. Устройство представляет собой металлический тройник с соединительными фланцами на концах.

Конструктивные особенности такие:

• левый патрубок – это сопло, сужаемое к концу до расчетного диаметра;
• за соплом идет камера подмеса (смесительная) цилиндрической формы;
• нижний патрубок нужен для присоединения трубопровода обратной циркуляции воды;
• правый патрубок – это диффузор с расширением, транспортирующий горячий теплоноситель в сеть.

Несмотря на простое устройство элеватора теплового узла, принцип работы агрегата намного сложнее:

1. Прогретый до высокой температуры теплоноситель перемещается через патрубок в сопло, затем под давлением скорость транспортировки повышается, и вода быстро перетекает через сопло в камеру. Эффект водоструйного насоса поддерживает заданную интенсивность течения теплоносителя в системе.
2. При прохождении воды через камеру напор уменьшается, и струя проходит через диффузор, обеспечивая разрежение в камере подмеса. Затем под высоким давлением теплоноситель перемещает через перемычку жидкость, возвращенную из магистрали отопления. Давление создается эффектом эжекции за счет разряжения, которое поддерживает поток подаваемого теплоносителя.
3. В камере подмеса температурный режим потоков уменьшается до +95 С, это оптимальный показатель для транспортировки по системе отопления дома.

Понимая, что такое тепловой узел в многоквартирном доме, принцип работы элеватора и его возможности, важно поддерживать рекомендуемый перепад показателей давления в трубопроводе подачи и обратки. Разница необходима для преодоления гидравлического сопротивления сети в доме и самого прибора.

Интегрируется элеваторный узел системы отопления в сеть так:

• левый патрубок присоединяется к магистрали подачи;
• нижний – к трубам с обратной транспортировкой;
• отсекающие задвижки монтируются с обеих сторон, дополняются грязевым фильтром для предупреждения засорения узла.

Вся схема оснащается манометрами, счетчиками учета расхода тепла, термометрами. Для лучшего сопротивления потоков перемычка в трубопровод обратной подачи врезается под углом в 45 градусов.

Достоинства и недостатки тепловых узлов

Энергонезависимый элеватор отопления стоит недорого, не нуждается в подключении к сети питания, безупречно работает с теплоносителем любого вида. Эти свойства обеспечили востребованность оборудования в домах с центральным отоплением, куда подается теплоноситель высокой степени нагрева.

Важно! Устранение узла в домах приведет к полной замене трубопроводов магистрали на элементы большего диаметра, чтобы поддерживать циркуляцию теплоносителя на нормальном уровне. Поэтому, несмотря на сниженный КПД прибора, убирать его следует с крайней осторожностью.

Рекомендуем к прочтению:

Недостатки применения:

1. Поддержание перепада напора воды в трубопроводах обратного тока и подачи.
2. Каждая магистраль требует конкретных расчетов и параметров теплового узла. При малейших изменениях температуры жидкости придется подстраивать отверстия форсунок, устанавливать новое сопло.
3. Нет возможности плавно регулировать интенсивность и прогрев транспортируемого теплоносителя.

На заметку! В автономных системах отопления узел не используется, не может заменить циркуляционный насос.

В продаже предлагаются узлы с регулируемым проходным сечением ручным или электрическим приводом шестеренчатой передачи, расположенной в предкамере. Но в этом случае устройство теряет энергонезависимость.

Важно! Однотрубные сети с элеваторами сложно запускаются в работу. Сначала стравливается воздух из стояка обратной циркуляции, затем из стояка подачи с постепенным открытием магистральной задвижки.

Правила расчета элеваторного узла

Понимая, зачем нужен элеваторный узел системы отопления, что это такое, пользователь сталкивается с самой сложной задачей – расчетом схемы. Сначала просчитывается диаметр камеры подмеса и подбирается номер прибора, затем определяются размеры рабочего сопла.

Для расчета диаметра смесительного отсека используют формулу:

Расчеты ведутся в сантиметрах, Gпр – это общий объем расхода прогретого теплоносителя в сети с учетом гидравлического сопротивления потока.

Для расчета гидравлического сопротивления применяется формула:

Все буквенные обозначения определяются так:

• Q – объем тепла, расходуемого на прогрев сети, измеряется в ккал/ч;
• Tсм – температура теплоносителя на патрубке выхода из устройства элеватора;
• T2o – температура теплоносителя в трубопроводе обратного тока;
• h — параметр сопротивления жидкости, считается в метрах водяного столба.

Для расчета количества килокалорий ватты умножаются на 0,86. При расходе 10 тонн теплоносителя в час показатель диаметра камеры подмеса равен 2,76 см, потребуется смеситель №4 с диаметром камеры в 30 мм.

Таблица номеров и стандартных размеров элеваторов:

Чтобы рассчитать размер диаметра узкой части сопла, применяется формула (измерения в мм):

Рекомендуем к прочтению:

Все буквенные обозначения определяются так:

• Dr – размер камеры подмеса (инжекционного отсека) в см;
• u – коэффициент смешивания;
• Gпр – известный показатель.

Для расчета коэффициента инжекции пригодится формула:

Где показатели уже известны, кроме T1 – температуры горячего теплоносителя в патрубке подачи в элеватор. При условии, что температура подачи равна +150 С, а обратки +90 С и +70 С, показатель Dс при расходе воды в объеме 10 тонн/час составит 8,5 мм.

Последнее, что требуется просчитать, это уровень напора Hp в трубопроводе входа на узел со стороны центральной магистрали.

Чтобы найти размер диаметра сопла применяется формула:

Все вычисления в формуле в сантиметрах.

Понятная типовая схема элеваторного узла отопления – это плюс, некоторая сложность расчетов – минус. Точность определений должна быть идеальной, только так можно обеспечить работу сети в нормальном режиме. Если сеть отличается сложностью структуры, есть ответвления, подбор параметров узла лучше поручить специалистам или продумать иной вариант подержания нормальной циркуляции теплоносителя в автономной тепловой системе.

Основные поломки и методы их устранения

Ломается элеваторный узел системы отопления только при попадании грязи, появлении дефектов в регуляторах или изменениях условий подачи теплоносителя.

К самым распространенным дефектам относят:

1. Засорилось сопло. Его надо снять, прочистить и установить на место.
2. Засорились грязевые фильтры. Определяется проблема по увеличению перепада давления, контроль за которым осуществляется манометрами, установленными до фильтров. Промыть грязевики через кран спуска, он находится в нижней части схемы. Если не помогло, фильтры снять, прочистить и установить.
3. Если размер диаметра сопла увеличился, что бывает при появлении коррозии, деталь придется заменить. Главное, правильно подобрать нужный рабочий диаметр нового сопла. Увеличенный размер приведет к разбалансировке обменных процессов, в батареи на первом этаже теплоноситель будет поступать с максимальным перегревом, а к радиаторам верхних этажей вода поступит в охлажденном виде.

Если элеваторный узел сломался, то по перепаду температуры теплоносителя в трубе подачи и обратной циркуляции определяется тип дефекта. Например, разница не более 5 градусов обозначает засор сопла или увеличение диаметра, а если она превышает 5 градусов, проводится диагностика всего оборудования со сменой поломанных деталей.

Совет! Процесс ремонта, диагностики, обслуживания выполняется только специалистом, который обладает знаниями и опытом, имеет нужные инструменты. Тепловой узел – оборудование, которое давно уже не применяется в новых системах, самостоятельный ремонт только навредит.

Схема теплового пункта блочного узла

Автоматизированный тепловой пункт представляет собой законченное изделие заводской готовности, является составной частью индивидуального теплового пункта здания и изготавливается по ТУ 4859-071-15147476-2009. Данное изделие имеет все необходимые сертификаты.

БИТП — это модульный агрегат, предназначенный для коммерческого учета воды и тепла, автоматического управления значениями параметров теплоносителя, подаваемого в систему отопления (СО), горячего водоснабжения (ГВС), систему вентиляции (СВ) для оптимизации процесса теплопотребления.

БИТП может состоять из следующих блоков:

• узел ввода*;
• узел учёта тепловой энергии*;
• узел обеспечения гидравлических режимов;
• узел присоединения системы СВ;
• модуль системы ГВС;
• модуль насосов системы ГВС;
• модуль системы СО;
• модуль насосов системы СО;
• узел подпитки системы СО;
• модуль расширительных сосудов;

 * Узел ввода и узел учёта тепловой энергии могут проектироваться отдельно с индивидуальным согласованием и сдачей теплоснабжающей организации.

Рис. Структурная схема теплового пункта БИТП

Конструктивные особенности

Особенность конструктивного исполнения БИТП — принцип «LEGO»: каждый модуль БИТП (СО, СВ, ГВС) монтируется на своей раме и может работать самостоятельно как функционально законченный продукт, а также быть частью сборки более высокого уровня.

Модульный агрегат каждого теплового пункта, в зависимости от предпочтений и возможностей заказчика, может быть укомплектован пластинчатыми теплообменниками, насосами, приборами для автоматического регулирования, манометрами, термометрами и всей необходимой запорной и регулирующей арматурой как отечественного, так и зарубежного производства.

Преимущества применения БИТП компании «Термокапитал» в сравнении со стандартным тепловым пунктом

• Заводское качество и надежность, производство в соответствии с требованиями СП 41.101-95 и другими действующими нормативными документами, наличие сертификата в системе ГОСТа.
• Упрощение процесса модернизации существующих систем теплоснабжения.
• Короткие сроки проведение монтажных работ в любых, в том числе труднодоступных помещениях.
• Конструктивное исполнение по принципу «LEGO», позволяющее перемешать АТП через любые строительные проемы для последующего окончательного размещения.
• Полная автоматизация процессов коммерческого учета, архивирования данных, регулирования и распреде­ления теплоносителя по системам теплопотребления.
• Надежная защита параметров теплоносителя в аварийных ситуациях.
• Высокие параметры энергосбережения: возможность проведения погодной компенсации, установка режимов работы в зависимости от времени суток, праздничных и выходных дней.
• Общая экономия финансовых средств на проектиро­вание, организацию сварочных работ, закупку оборудования и материалов за счет приобретения готового к эксплуатации изделия.
• Предоставление полной технической документации, необходимой для проектирования и эксплуатации.
• Общая гарантия на весь АТП до 2-х лет, в том числе теплообменное оборудование, насосы, автоматику и т.п.
• Сервисное гарантийное и постгарантийное обслуживание.

Элеваторный узел с тепловым счетчиком схема

По многочисленным просьбам читателей выкладываю принципиальную схему элеваторного узла с тепловым счетчиком. Хочу сразу заметить схема полностью рабочая, слегка адаптированная для просмотра в Интернете с комментариями.

Схема элеваторного узла с тепловым счетчиком 2013 года, и для ее полного соответствия новым правилам коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя, регистрационный № 1034 от 18.11.2013 г в нее необходимо внести всего одно изменение, перенести термосопротивление (ТЕ поз 2) измеряющее температуру теплоносителя в подающем трубопроводе со входа на участок трубы после расходомера (FT поз 1a). Но на понятие основ работы счетчика тепла и элеваторного узла это не влияет.

Элеваторный узел с тепловым счетчиком схема

Элеваторный узел в данной схеме с автоматическим регулированием, но это не означает, что схема элеваторного узла с тепловым счетчиком не будет работать без автоматики погодного регулирования, более того, ее реализацию можно разделить на два этапа, что позволит реализовать проект при недостатке финансов.

Только возьмите для себя на заметку, такая экономия выгодна, если вы начали установку сразу после окончания отопительного сезона, если же отопительный сезон на носу лучше поднатужиться и установить все сразу. Обычно за отопительный сезон приборы учета тепла и особенно погодозависимая автоматика себя окупают.

Цена установки элеваторного узла с тепловым счетчиком.

Сразу остановлюсь на ценах. Они актуальны на конец 2014 года и учитывают 10% подорожание, связанное с нестабильностью курса доллара и евро. Цены договорные, для интереса, сметную цену Вы можете узнать, увеличив эти цены на 25%.

Установка теплосчетчика в стандартной пятиэтажке от 4 до 6 подъездов, без отдельных труб для ГВС от источника теплоты (двухтрубная система теплоснабжения):

— без регулирующего элеватора – 160 т.р
— с регулирующим элеватором, работающим в автоматическом режиме в зависимости от температуры на улице – 290 т.р.

Следует также заметить, что в цене не учтен сетевой или циркуляционный насос, если гидравлический режим от котельной (перепад давления) меньше 7м вам понадобиться его установка, иначе элеватор просто не будет работать. Цена таких насосов обычно в пределах 600 – 1000 евро, все зависит от размеров дома.

Как видите не дешево, но еще раз повторюсь, установка элеваторного узла с тепловым счетчиком и автоматикой погодного регулирования окупит себя максимум за два года, а если Вас перетапливают, то и за отопительный сезон.

Вернемся к схеме элеваторного узла с тепловым счетчиком. На ней даны все необходимые пояснения. В качестве вычислителя количества тепла используется хорошо зарекомендовавший себя и простой в обслуживании теплосчетчик ВКТ 7 – фирмы «Теплоком». Расходомеры электромагнитные ПРЭМ – также этой фирмы. Регулирующий элеватор и сама автоматика погодного регулирования выпускается в Белоруссии. Нужно заметить недорогой очень надежный и продуманный вариант. В России выпускается его полная копия, но почему-то на 30% дороже, о надежности отечественной автоматики судить не могу – не проверялась.

Если у кого-то возникнут вопросы по схеме, проекту, возможности установки нашим предприятием или просто работе данной схемы элеваторного узла с тепловым счетчиком – звоните – 8 918 581 1861 Юрий Олегович.

Для тех кто пропустил

— Как экономит деньги погодозависимая автоматика?

Что еще почитать по теме:

Тепловое сопротивление — аналог электрического сопротивления

Теплопередача:

1. Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
2. Тепло- и массообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
3. Основы тепломассообмена. К. П. Котандараман. New Age International, 2006, ISBN: 9788122417722.
4. Министерство энергетики, термодинамики, теплопередачи и потока жидкости США. Справочник Министерства энергетики США, том 2, 3 мая 2016 г.

Ядерная и реакторная физика:

1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Аддисон-Уэсли, Ридинг, Массачусетс (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. У. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
5. W.S.C. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
7. Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерных реакторов, 1988 г.
8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США.Справочник по основам DOE, том 1 и 2. Январь 1993 г.
9. Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

Advanced Reactor Physics:

1. К. О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, пересмотренное издание (1989), 1989, ISBN: 0-894-48033-2.
2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
3. Д.Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
4. Э. Льюис, У. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

Основы термического сопротивления | Celsia

Сегодняшний гостевой блог об основах термического сопротивления ведет доктор Джеймс Стивенс, профессор машиностроения в Университете Колорадо. Доктор Стивенс специализируется на численном и аналитическом анализе теплопередачи, охватывающем как установившиеся, так и переходные ситуации, с приложениями к тепловой истории, тепловому отклику, электронному охлаждению, температурным профилям, тепловому расчету и определению скорости теплового потока.

Аналогия теплового сопротивления

Термическое сопротивление — это удобный способ анализа некоторых проблем теплопередачи с использованием электрической аналогии, чтобы упростить визуализацию и анализ сложных систем. Он основан на аналогии с законом Ома:

В законе Ома для электричества «V» — это напряжение, управляющее током с величиной «I». Сила тока, протекающего при заданном напряжении, пропорциональна сопротивлению (R _elec ). Для электрического проводника сопротивление зависит от свойств материала (например, медь имеет более низкое сопротивление, чем древесина) и физической конфигурации (толстые короткие провода имеют меньшее сопротивление, чем длинные тонкие провода).

Для одномерных стационарных задач теплопередачи без внутреннего тепловыделения тепловой поток пропорционален разнице температур в соответствии с этим уравнением:

где Q — тепловой поток, k — свойство материала теплопроводность, A — площадь, перпендикулярная потоку тепла, Δx — расстояние, на котором течет тепло, а ΔT — разность температур, приводящая в движение тепловой поток.

Если мы проведем аналогию, сказав, что электрический ток течет подобно теплу, и заявив, что напряжение управляет электрическим током, как разность температур управляет тепловым потоком, мы можем записать уравнение теплового потока в форме, аналогичной закону Ома:

где R _th — это тепловое сопротивление, определяемое как: Как и в случае с электрическим сопротивлением, тепловое сопротивление будет выше для небольшой площади поперечного сечения теплового потока (A) или на большом расстоянии (Δx).

Обоснование

Итак, зачем все это беспокоиться? Ответ заключается в том, что термическое сопротивление позволяет нам решать несколько сложные проблемы относительно простыми способами. Мы поговорим о различных способах его использования, но сначала рассмотрим простой случай, чтобы проиллюстрировать преимущества.

Предположим, что мы хотим рассчитать тепловой поток через стену, состоящую из трех различных материалов, и нам известны поверхностные температуры на каждой внешней поверхности, T _A и T _B , а также свойства и геометрия материала.

Мы, , могли бы написать уравнение проводимости для каждого материала:

Теперь у нас есть три уравнения и три неизвестных: T ₁ , T ₂ и Q. не было бы слишком много работы, чтобы алгебраически решить для этих трех неизвестных, однако, если мы воспользуемся аналогией термического сопротивления, нам даже не придется проделывать столько работы:

, где

, и мы можем решить для Q в Единственный шаг.

Объединение тепловых сопротивлений

В этом простом примере показано, как объединить несколько тепловых сопротивлений последовательно, что имеет ту же структуру, что и в электрическом аналоге:

Так же, как электрические сопротивления, тепловые сопротивления также могут быть объединены параллельно или в обоих последовательностях и параллельно:

Beyond Conduction

До сих пор мы говорили о тепловом сопротивлении, связанном с проводимостью через плоскую стенку.Для стационарных одномерных задач другие уравнения теплопередачи могут быть сформулированы в формате термического сопротивления. Например, рассмотрим закон охлаждения Ньютона для конвективной теплопередачи:

где Q — тепловой поток, h — коэффициент конвективной теплопередачи, A — площадь, на которой происходит теплопередача, T _s — температура поверхности, на которой конвекция имеет место, а T _inf — это температура жидкости в набегающем потоке. Как и в случае с теплопроводностью, существует разница температур, движущая потоком тепла.В этом случае тепловое сопротивление будет:

Аналогично, для теплопередачи от серого тела:

где Q — тепловой поток, ε — коэффициент излучения поверхности, σ — постоянная Стефана-Больцмана, T _s — это температура поверхности излучающей поверхности, а T _surr — температура окружающей среды. Разложив выражение для температуры на множители, можно записать термическое сопротивление:

Преимущество: простая установка задачи

Формулировки термического сопротивления могут упростить решение довольно сложной задачи.Представьте, например, что мы пытаемся рассчитать тепловой поток от потока жидкости известной температуры через композитную стенку к воздушному потоку с конвекцией и излучением, происходящим со стороны воздуха. Если свойства материала, коэффициенты теплопередачи и геометрия известны, то состав уравнения очевиден:

Теперь для решения этой конкретной проблемы может потребоваться итеративное решение, поскольку тепловое сопротивление излучению содержит температура поверхности внутри него, но установка проста и понятна.

Преимущество: Problem Insight

Формулировка термического сопротивления имеет дополнительное преимущество в том, что очень ясно показывает, какие части модели контролируют теплопередачу, а какие части не важны или, возможно, даже незначительны. В качестве конкретной иллюстрации предположим, что в последнем примере тепловое сопротивление на стороне жидкости составляло 20 К / Вт, что первый слой в композитной стене был пластиком толщиной 1 мм с тепловым сопротивлением 40 К / Вт, что второй слой состоял из стали толщиной 2 мм с термическим сопротивлением 0.5 К / Вт, и что тепловое сопротивление конвекции воздуха составляло 200 К / Вт, а тепловое сопротивление излучению в окружающую среду было 2500 К / Вт, исходящему от поверхности с излучательной способностью 0,5.

Мы можем многое понять в проблеме, просто учитывая тепловое сопротивление. Например, поскольку сопротивление излучения параллельно гораздо меньшему сопротивлению конвекции, оно будет иметь небольшое влияние на общее тепловое сопротивление. Увеличение коэффициента излучения стены до единицы улучшило бы общее тепловое сопротивление только на 5%.Или полное игнорирование излучения приведет к ошибке всего в 6%. Точно так же термическое сопротивление стали является последовательным и мало по сравнению с другими сопротивлениями в системе, поэтому независимо от того, что сделано с металлическим слоем, это не будет иметь большого эффекта. Например, переход со стали на чистую медь улучшит общее термическое сопротивление только на 0,2%. Наконец, очевидно, что тепловое сопротивление регулируется конвекцией со стороны воздуха. Если бы можно было удвоить коэффициент конвекции (скажем, увеличив скорость воздуха), только этот шаг уменьшил бы общее тепловое сопротивление на 36%.

Проводимость за пределами плоской стены

Тепловое сопротивление также можно использовать для других геометрий проводимости, если они могут быть проанализированы как одномерные. Тепловое сопротивление теплопроводности в цилиндрической геометрии составляет:

, где L — осевое расстояние вдоль цилиндра, а r ₁ и r ₂ показаны на рисунке.

Термическое сопротивление для сферической геометрии составляет:

с r ₁ и r ₂ , как показано на рисунке.

Заключение

Термическое сопротивление — это мощный и полезный инструмент для анализа проблем, которые могут быть аппроксимированы как одномерные, стационарные, и которые не имеют источников тепловыделения.

Пожалуйста, свяжитесь с Celsia для решения следующей задачи по тепловому расчету. Мы специализируемся на разработке и производстве теплоотводов с использованием жидкостных двухфазных устройств: тепловых трубок и паровых камер.

Знакомство с серийным калькулятором термического сопротивления

Перейти к калькулятору

Thermtest рада представить новый серийный калькулятор термического сопротивления.После ввода термического сопротивления и толщины материала калькулятор выводит термическое сопротивление композита.

Что такое термическое сопротивление?

Как следует из названия, термическое сопротивление — это разница температур в способности материала противостоять потоку тепла. Тепло — это энергия, которая передается от одного объекта или вещества к другому из-за разницы в температуре между ними. Тепловой поток — это движение тепла из недр Земли к поверхности.Термическое сопротивление часто описывается как величина, обратная теплопроводности. Единицы СИ — кельвины на ватт или эквивалентные градусы Цельсия на ватт. Это тепловое свойство во многом зависит от площади, толщины и теплопроводности материала.

Сопротивление увеличивается за счет увеличения толщины материала, уменьшения его площади и теплопроводности. Часто тепловой поток и температуру можно определить по тепловому сопротивлению. Это становится полезным в строительстве, когда при проектировании зданий необходимо учитывать потери тепла от электроники.

Рисунок 1. Конструкция, состоящая из двух материалов с разным сопротивлением, где тепловой поток через них (Q) считается постоянным.

Расчет термического сопротивления в серии

Когда тепловой поток через несколько сред считается постоянным, можно определить тепловое сопротивление «последовательно». Тепловое сопротивление можно сравнить с моделью электрической цепи. В этом случае тепловой поток представлен током, температуры заменяются напряжениями, а сопротивления выражаются резисторами.

Рисунок 2. Тепловое сопротивление в виде электрической цепи. Ток заменяется тепловым потоком (Q), напряжения представлены как температуры (T), а резисторы заменяются сопротивлениями (R).

Тепловой поток или граничные температуры системы также можно определить, если известно сопротивление объекта. Последовательно тепловой поток через композитный материал считается постоянным, а разные серии эквивалентны:

\ [R = R_ {1} + R_ {2} \]

Если температуры на каждой стороне композитного материала известны (\ (T_ {L} \) и \ (T_ {R} \)), скорость теплопередачи выражается как:

\ [\ dot {Q} = \ frac {T_ {L} {-} T_ {R}} {R} = \ frac {T_ {L} {-} T_ {R}} {R_ {1} {+ } R_ {2}} \]

Это уравнение теплового сопротивления может быть применено к последовательно соединенным композитным материалам, таким как стена, окруженная изоляцией, поскольку \ (\ dot {Q} \) постоянна для каждого компонента.Теплопередачу композитного материала можно определить по формуле термического сопротивления:

\ [{Q} = \ frac {T_ {\ infty 1} {-} T_ {1}} {R_ {conv1}} = \ frac {T_ {1} {-} T_ {2}} {R_ {wall }} = \ frac {T_ {2} {-} T_ {\ infty 2}} {R_ {conv1}} \]

Рис. 3. Термическое сопротивление (R) и температура (T) стены, окруженной изоляцией (слева), смоделированные как электрический ток (справа).

Из чего можно рассчитать сопротивления каждого компонента, \ (R_ {conv1} \), \ (R_ {wall} \) и \ (R_ {conv2} \), используя:

\ [R_ {total} = R_ {conv1} + R_ {wall} + R_ {conv2} \]

После того, как известно полное сопротивление системы, тепловой поток через композит можно рассчитать по уравнению теплового потока.Сюда входят известные граничные температуры, как показано в следующем уравнении.

\ [Q = \ frac {T_ {\ infty 1} {-} T_ {\ infty 2}} {R_ {total}} \]

Калькулятор последовательного сопротивления позволяет легко определять термическое сопротивление композитных материалов. Калькулятор также можно использовать в сочетании с базой данных материалов Thermtest, которая включает тепловые свойства более 1000 материалов. Этот недавно разработанный калькулятор обеспечивает быстрый, простой и точный способ последовательного вычисления теплового сопротивления.

Список литературы

https://neutrium.net/heat_transfer/thermal-resistance/

http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node118.html

Тепловое сопротивление

Термическое сопротивление (R _th ) определяется как разница температур между двумя замкнутыми изотермическими поверхностями, деленная на общий тепловой поток между ними.

Основы теплопередачи для светодиодных приложений

В электрической цепи постоянного тока закон Ома описывает отношения между напряжениями и токами.В нем говорится, что разница напряжений на резисторе вызывает электрический ток, который пропорционален разности напряжений:? V = I * R. В установившемся режиме теплопередачи разница температур вызывает тепловой поток, который пропорционален разнице температур, как видно в уравнениях (1, 2). Оба уравнения могут быть записаны в виде? T = q * R _th , где R _th — тепловое сопротивление (также обычно обозначается как R, когда нет возможности ошибочно интерпретировать его как электрическое сопротивление).Это аналог закона Ома. Как в электрическом, так и в тепловом случае мы наблюдаем наличие движущей силы (либо разность напряжений, либо разность температур), которая вызывает протекание (тока или тепла) через резистор. Тепловое сопротивление на единицу площади равно соотношению между толщиной (t) и теплопроводностью (k) и часто используется для прямого сравнения характеристик теплопередачи коммерчески доступных TIM.

Щелкните здесь, чтобы узнать больше

Общее тепловое сопротивление (всего R ^th ) — это сумма компонентов и их значение теплового сопротивления.

Тепловое сопротивление

Номенклатура: запутанная ситуация с «тепловым импедансом»

«Электрический импеданс» исторически зарезервирован для описания электрического сопротивления, зависящего от времени. В пределе устойчивого состояния тепловое сопротивление равно тепловому сопротивлению; следовательно, единицы должны быть одинаковыми. Следовательно, Термический импеданс , используемый поставщиками в США, нарушает электротермическую аналогию, потому что:

• Единица не соответствует (К / Вт vs.м ² К / Вт)
• Определение не соответствует (зависящее от времени или установившееся состояние)

Почему это проблема?
будут все чаще использоваться зависящие от времени (динамические) методы испытаний, одним из результатов которых является «правильный» термический импеданс.

Используйте тепловое сопротивление на единицу площади или на единицу R ^th .

Как выбрать теплоотвод

С увеличением тепловыделения от устройств микроэлектроники и уменьшением общих форм-факторов управление температурным режимом становится более важным элементом дизайна электронных продуктов.

И надежность работы, и ожидаемый срок службы электронного оборудования обратно пропорциональны температуре компонентов оборудования. Взаимосвязь между надежностью и рабочей температурой типичного кремниевого полупроводникового устройства показывает, что снижение температуры соответствует экспоненциальному увеличению надежности и ожидаемого срока службы устройства. Следовательно, долгий срок службы и надежная работа компонента могут быть достигнуты путем эффективного управления рабочей температурой устройства в пределах, установленных инженерами-разработчиками устройства.

Радиаторы — это устройства, которые улучшают отвод тепла от горячей поверхности, обычно в случае тепловыделяющего компонента, в более прохладную окружающую среду, обычно воздух. Для дальнейшего обсуждения предполагается, что охлаждающей жидкостью является воздух. В большинстве случаев передача тепла через границу раздела между твердой поверхностью и охлаждающим воздухом наименее эффективна в системе, а граница раздела твердое тело-воздух представляет собой наибольший барьер для рассеивания тепла. Радиатор снижает этот барьер, главным образом, за счет увеличения площади поверхности, непосредственно контактирующей с хладагентом.Это позволяет рассеивать больше тепла и / или снижает рабочую температуру устройства. Основная цель радиатора — поддерживать температуру устройства ниже максимально допустимой температуры, указанной производителями устройства.

Тепловой контур

Прежде чем обсуждать процесс выбора радиатора, необходимо определить общие термины и установить концепцию теплового контура. Цель состоит в том, чтобы предоставить основные основы теплопередачи для тех читателей, которые не знакомы с предметом.Обозначения и определения терминов следующие:

Q : общая мощность или скорость рассеивания тепла в Вт, представляют собой скорость рассеивания тепла электронным компонентом во время работы. С целью выбора радиатора выдавалась максимальная рассеиваемая рабочая мощность.

T _j : максимальная температура перехода устройства в ° C. Допустимые значения T _j варьируются от 115 ° C в типичных приложениях микроэлектроники до 180 ° C для некоторых электронных устройств управления.В специальных и военных применениях температура от 65 ° C до 80 ° C не редкость.

T _c : температура корпуса устройства в ° C. Поскольку температура корпуса устройства зависит от места измерения, она обычно представляет собой максимальную местную температуру корпуса.

T _с : температура раковины в ° C. Опять же, это максимальная температура радиатора в ближайшем к устройству месте.

T _a : температура окружающего воздуха в ° C.

Используя температуру и скорость рассеивания тепла, количественная мера эффективности теплопередачи в двух местах теплового компонента может быть выражена в терминах теплового сопротивления R , определяемого как

R = Т / К

Были T — разница температур между двумя точками. Единица теплового сопротивления — ° C / Вт, что указывает на повышение температуры на единицу скорости рассеивания тепла. Это тепловое сопротивление аналогично электрическому сопротивлению R _и , определяемому по закону Ома:

R _и = V / I

Где В — это разница напряжений, а I — ток.

Рисунок 1: Цепь теплового сопротивления

Рассмотрим простой случай, когда радиатор установлен на корпусе устройства, как показано на рис. 1. Используя концепцию теплового сопротивления, можно нарисовать упрощенную тепловую схему этой системы, как показано на рисунке. В этой упрощенной модели тепло последовательно течет от перехода к корпусу, затем через интерфейс в радиатор и, наконец, рассеивается от радиатора в воздушный поток.

Термическое сопротивление между переходом и корпусом устройства определяется как

R _jc = (T _jc ) / Q = (T _j — T _c ) / Q

Это сопротивление указано производителем устройства.Хотя значение R _jc для данного устройства зависит от того, как и где используется механизм охлаждения над корпусом, оно обычно дается как постоянное значение. Также принято, что R _jc находится вне возможностей пользователя изменять или контролировать.

Аналогичным образом сопротивление между корпусом и раковиной и между стоком и окружающей средой определяется как

R _cs = (T _cs ) / Q = (T _c — T _с ) / Q

R _sa = (T _sa ) / Q = (T _s — T _a ) / Q

соответственно.Здесь R _cs представляет тепловое сопротивление на границе раздела между корпусом и радиатором и часто называется сопротивлением интерфейса. Это значение может быть существенно улучшено в зависимости от качества сопрягаемой поверхности и / или выбора материала интерфейса. R _sa — тепловое сопротивление радиатора.

Очевидно, что полное сопротивление перехода к окружающей среде является суммой всех трех сопротивлений:

R _ja = R _jc + R _cs + R _sa = (T _j — T _a ) / Q

Требуемое тепловое сопротивление радиатора

Чтобы начать выбор радиатора, первым делом необходимо определить тепловое сопротивление радиатора, необходимое для удовлетворения тепловых критериев компонента.Изменив предыдущее уравнение, сопротивление радиатора можно легко получить как

R _sa = ((T _s — T _a ) / Q) — R _jc — R _cs

В этом выражении T _j , Q и R _jc предоставляются производителем устройства, а T _a и R _cs являются параметрами, определяемыми пользователем.

Температура окружающего воздуха T _a для охлаждения электронного оборудования зависит от рабочей среды, в которой предполагается использовать компонент.Как правило, она находится в диапазоне от 35 до 45 ° C, если используется внешний воздух, и от 50 до 60 ° C, если компонент находится в закрытом помещении или размещается за другим тепловыделяющим оборудованием.

Сопротивление интерфейса R _cs зависит от отделки поверхности, плоскостности, приложенного монтажного давления, площади контакта и, конечно же, от типа материала интерфейса и его толщины. Трудно получить точное значение этого сопротивления даже для заданного типа материала и толщины, поскольку оно может широко варьироваться в зависимости от давления монтажа и других параметров, зависящих от конкретного случая.Однако более надежные данные можно получить непосредственно от производителей материалов или от производителей радиаторов. Типичные значения для общих материалов интерфейса приведены в таблице 1.

Когда все параметры в правой части выражения R _sa определены, это становится требуемым максимальным тепловым сопротивлением радиатора для данного приложения. Другими словами, значение теплового сопротивления выбранного радиатора для данного приложения должно быть равным или меньше значения R _на , чтобы температура перехода поддерживалась на уровне или ниже указанного значения T _j .

Выбор радиатора

При выборе подходящего радиатора, отвечающего требуемым тепловым критериям, необходимо изучить различные параметры, которые влияют не только на характеристики самого радиатора, но и на общую производительность системы. Выбор конкретного типа радиатора во многом зависит от теплового баланса, предусмотренного для радиатора, и внешних условий, окружающих радиатор. Следует подчеркнуть, что данному радиатору никогда не может быть присвоено одно значение теплового сопротивления, поскольку тепловое сопротивление изменяется в зависимости от внешних условий охлаждения.

При выборе радиатора необходимо классифицировать воздушный поток как естественный, смешанный с малым потоком или принудительную конвекцию с сильным потоком. Естественная конвекция возникает, когда нет потока, индуцированного извне, а теплопередача зависит исключительно от свободного всплывающего потока воздуха, окружающего радиатор. Принудительная конвекция возникает, когда поток воздуха вызывается механическими средствами, обычно вентилятором или нагнетателем. Нет четкого различия по скорости потока, разделяющего смешанный и принудительный режимы течения.В приложениях общепринято, что влияние выталкивающей силы на общую теплопередачу уменьшается до незначительного уровня (менее 5%), когда скорость индуцированного воздушного потока превышает 1 2 м / с (от 200 до 400 лфм).

Следующим шагом является определение необходимого объема радиатора. В таблице 2 приведены приблизительные диапазоны объемного теплового сопротивления типичного радиатора при различных условиях потока.

Объем радиатора для данного низкого состояния может быть получен путем деления объемного теплового сопротивления на требуемое тепловое сопротивление. Таблицу 2 следует использовать только в качестве руководства для целей оценки в начале процесса отбора.Фактические значения сопротивления могут отличаться за пределами указанного диапазона в зависимости от многих дополнительных параметров, таких как фактические размеры радиатора, тип радиатора, конфигурация потока, ориентация, обработка поверхности, высота над уровнем моря и т. Д. Меньшие значения, показанные выше, соответствуют объем радиатора примерно от 100 до 200 см ³ (от 5 до 10 дюймов ³ ), а более крупные — примерно до 1000 см ³ (60 дюймов ³ ).

Приведенные выше диапазоны предполагают, что конструкция оптимизирована для заданных условий потока.Хотя существует множество параметров, которые следует учитывать при оптимизации радиатора, одним из наиболее важных параметров является плотность ребер. В плоском радиаторе с ребрами оптимальное расстояние между ребрами сильно зависит от двух параметров: скорости потока и длины ребер в направлении потока. Таблицу 3 можно использовать в качестве руководства для определения оптимального расстояния между ребрами радиатора с плоскими ребрами в типичных приложениях.

Средняя производительность типичного радиатора линейно пропорциональна ширине радиатора в направлении, перпендикулярном потоку, и приблизительно пропорциональна квадратному корню из длины ребра в направлении, параллельном потоку.Например, увеличение ширины радиатора в два раза увеличит способность рассеивания тепла в два раза, тогда как способность рассеивания тепла увеличится в 1,4 раза. Следовательно, если есть выбор, желательно увеличить ширину радиатора, а не длину радиатора. Кроме того, эффект радиационной теплопередачи очень важен при естественной конвекции, так как на нее может приходиться до 25% общего рассеивания тепла. Если компонент не обращен к более горячей поверхности поблизости, необходимо обязательно покрасить или анодировать поверхности радиатора для усиления излучения.

Типы радиаторов

Радиаторы можно классифицировать по способам производства и формам конечной формы. К наиболее распространенным типам радиаторов с воздушным охлаждением относятся:

1. Штамповки : Медный или алюминиевый листовой металл штампуется в желаемые формы. они используются в традиционном воздушном охлаждении электронных компонентов и предлагают недорогое решение тепловых проблем с низкой плотностью. Они подходят для крупносерийного производства, поскольку усовершенствованная оснастка с высокоскоростной штамповкой снизит затраты.Дополнительные трудосберегающие опции, такие как краны, зажимы и материалы интерфейса, могут быть применены на заводе, чтобы помочь снизить затраты на сборку платы.
2. Экструзия : Они позволяют формировать сложные двухмерные формы, способные рассеивать большие тепловые нагрузки. Они могут быть вырезаны, обработаны и добавлены дополнительные опции. Поперечная резка приведет к образованию всенаправленных радиаторов с прямоугольными штыревыми ребрами, а включение зубчатых ребер повысит производительность примерно на 10-20%, но с более медленной скоростью экструзии.Пределы экструзии, такие как высота ребра до толщины зазора ребра, обычно определяют гибкость вариантов конструкции. Типичное соотношение высоты ребра к зазору до 6 и минимальная толщина ребра 1,3 мм достигаются при стандартной экструзии. Соотношение сторон 10: 1 и толщина ребра 0,8 ″ могут быть достигнуты с помощью специальных конструктивных особенностей штампа. Однако по мере увеличения соотношения сторон допуск на экструзию ухудшается.
3. Склеенные / изготовленные ребра : Большинство радиаторов с воздушным охлаждением ограничены конвекцией, и общие тепловые характеристики радиатора с воздушным охлаждением часто могут быть значительно улучшены, если большая площадь поверхности может быть подвергнута воздействию воздушного потока.В этих высокоэффективных радиаторах используется теплопроводящая эпоксидная смола с алюминиевым наполнением для приклеивания плоских ребер к рифленой экструзионной базовой пластине. Этот процесс обеспечивает гораздо большее соотношение высоты ребра к зазору от 20 до 40, что значительно увеличивает охлаждающую способность без увеличения требований к объему.
4. Отливки : Доступны процессы литья под давлением, литья под давлением с использованием вакуума или без него, из алюминия или меди / бронзы. Эта технология используется в радиаторах с ребристыми штырями высокой плотности, которые обеспечивают максимальную производительность при использовании ударного охлаждения.
5. Гнутые ребра : Гофрированный лист из алюминия или меди увеличивает площадь поверхности и, следовательно, объемные характеристики. Затем радиатор прикрепляется либо к опорной плите, либо непосредственно к поверхности нагрева с помощью эпоксидной смолы или пайки. Он не подходит для радиаторов с высоким профилем из-за доступности и эффективности ребер. Следовательно, он позволяет изготавливать радиаторы с высокими эксплуатационными характеристиками для различных применений.

На рис. 2 показан типичный диапазон функций стоимости для различных типов радиаторов с точки зрения требуемого теплового сопротивления.

Рисунок 2: Стоимость в зависимости от требуемого термического сопротивления

Эффективность различных типов радиаторов сильно зависит от потока воздуха, проходящего через радиатор. Для количественной оценки эффективности различных типов радиаторов, объемная эффективность теплопередачи может быть определена как

, где m — массовый расход через радиатор, c — теплоемкость жидкости, а T _sa — средняя разница температур между радиатором и окружающим воздухом.Эффективность теплопередачи была измерена для широкого диапазона конфигураций радиатора, и их диапазоны перечислены в таблице 4.

Улучшенные тепловые характеристики обычно связаны с дополнительными затратами либо на материалы, либо на производство, либо на то и другое.

График температурных характеристик

Можно использовать графики производительности для определения радиатора и, для приложений с принудительной конвекцией, для определения минимальной скорости потока, которая удовлетворяет тепловым требованиям. Если требуемое тепловое сопротивление в приложении принудительной конвекции составляет, например, 8 ° C / Вт, приведенная выше кривая зависимости теплового сопротивления от скорости потока показывает, что скорость должна быть не ниже 2,4 м / с (470 лфм).Для приложений с естественной конвекцией требуемое термическое сопротивление R, _и можно умножить на Q , чтобы получить максимально допустимое значение T, _и . Превышение температуры выбранного радиатора должно быть равным или меньше максимально допустимого T _и при том же Q .

Напоминаем читателям, что кривые естественной конвекции предполагают необязательную ориентацию радиатора относительно силы тяжести.Кроме того, скорость потока на графике принудительной конвекции представляет скорость набегающего потока без учета влияния обхода потока. Было проведено ограниченное количество исследований ^2,3 на предмет перепуска потока. Эти исследования показывают, что байпас потока может снизить эффективность радиатора на целых 50% при той же скорости потока на входе. Для получения дополнительной информации по этому вопросу читатели могут обратиться к процитированным источникам.

Когда устройство существенно меньше базовой пластины радиатора, возникает дополнительное тепловое сопротивление, называемое сопротивлением растекания, которое необходимо учитывать в процессе выбора.Графики производительности обычно предполагают, что тепло равномерно распределяется по всей базовой площади радиатора, и, следовательно, не учитывают дополнительное повышение температуры, вызванное меньшим источником тепла. Это сопротивление растеканию обычно может составлять от 5 до 30% от общего сопротивления радиатора и может быть оценено с помощью простого аналитического выражения, разработанного в ссылке 4.

Еще один критерий проектирования, который необходимо учитывать при выборе радиатора, — это влияние высоты.Хотя температура воздуха в помещении обычно контролируется и не зависит от изменения высоты, давление воздуха в помещении изменяется с высотой. Поскольку многие электронные системы устанавливаются на большой высоте, необходимо снизить характеристики радиатора в основном из-за более низкой плотности воздуха, вызванной более низким давлением воздуха на большей высоте. В таблице 5 показаны коэффициенты снижения характеристик для типичных радиаторов на большой высоте. Например, чтобы определить фактические тепловые характеристики радиатора на высотах, отличных от уровня уплотнения, значения теплового сопротивления, считанные с графиков рабочих характеристик, должны быть разделены на коэффициент снижения мощности, прежде чем значения будут сравнены с требуемым тепловым сопротивлением. .

Ссылки

1. Aavid Engineering, Inc., EDS № 117, Интерфейсные материалы , январь 1992 г.
2. Р.А. Виртц, В. Чен и Р. Чжоу, Влияние обхода потока на характеристики радиаторов с продольными ребрами , ASME Journal of Electronic Packaging », Vol.~ 116, с. ~ 206-211, 1994.
3. С. Ли, Оптимальная конструкция и выбор радиаторов , Труды 11-го симпозиума IEEE Semi-Therm Symposium, стр. 48-54, 1995.
4. С. Сонг, С. Ли и В. Ау, Уравнение в замкнутой форме для тепловых сопротивлений сужения / растекания с переменным граничным условием сопротивления , Труды технической конференции IEPS 1994, стр. 111-121, 1994.

Характеристики теплового сопротивления корпуса ИС

Аннотация: Температурные характеристики корпусов имеют решающее значение для производительности и надежности приложений IC.В этой статье описаны стандартные свойства теплового пакета: термическое сопротивление (известное как «тета» или), _JA , Θ _JC и Θ _CA . Предоставляются тепловые расчеты и ссылки для получения дополнительной информации по управлению температурным режимом.

Введение

При выборе упаковки следует учитывать температурный менеджмент, чтобы гарантировать высокую надежность продукта. Все ИС выделяют тепло при подаче на них питания. Следовательно, для поддержания температуры перехода устройства ниже максимально допустимой важен эффективный тепловой поток от ИС через корпус в окружающую среду.Эта статья помогает разработчикам и заказчикам понять основные концепции терморегулирования ИС. Обсуждая теплопередачу корпуса, он определяет важные термины для определения тепловых характеристик, которые начинаются с термического сопротивления и его различных «тета-представлений». В статье также приведены тепловые расчеты и данные для обеспечения надлежащей температуры перехода (кристалла), корпуса (корпуса) и платы.

Важность термического сопротивления

Терморегулирование полупроводников связано с термическим сопротивлением, которое является важным показателем, описывающим свойства теплопередачи материала.В расчетах термическое сопротивление обозначается как «Тета», производное от греческого слова «тепло», «термос». Нас особенно интересует термическое сопротивление.

Термическое сопротивление корпуса ИС является мерой способности корпуса передавать тепло, выделяемое ИС (кристаллом), на печатную плату или в окружающую среду. Учитывая температуры в двух точках, количество теплового потока из одной точки в другую полностью определяется тепловым сопротивлением. Зная тепловое сопротивление корпуса, можно рассчитать температуру перехода ИС для заданной рассеиваемой мощности и ее эталонной температуры.

На веб-сайте Maxim (Производство, Компоновка, Производство, Контроль качества / Надежность, Закупки) представлена ​​информация о часто используемых значениях термического сопротивления для ИС.

Определения

В следующем разделе даны определения Theta (Θ) и Psi (Ψ), стандартных терминов, используемых для определения тепловых характеристик корпусов IC.

Θ _JA — тепловое сопротивление от перехода к окружающей среде, измеренное в ° C / Вт. Окружающая среда считается термической «землей». Θ _JA зависит от упаковки, платы, воздушного потока, излучения и характеристик системы.Как правило, влияние радиации незначительно. Θ _JA Значения указаны только для естественных условных условий (без принудительной подачи воздуха).

Θ _JC — тепловое сопротивление от перехода к корпусу. Корпус — это указанная точка на внешней поверхности упаковки. Θ _JC зависит от материалов корпуса (выводная рамка, состав пресс-формы, клей для крепления штампа) и от конкретной конструкции корпуса (толщина штампа, открытая площадка, внутренние тепловые переходные отверстия и теплопроводность используемых металлов).

Для свинцовых корпусов контрольная точка Θ _JC на корпусе — это место, где вывод 1 выходит из пластмассы. Для стандартных пластиковых пакетов Θ _JC измеряется в углу штифта 1. Оно измеряется в центре открытой поверхности контактных площадок для корпусов с открытыми подушечками. Измерение Θ _JC выполняется путем прикрепления корпуса непосредственно к «бесконечному радиатору», обычно к медному блоку с жидкостным охлаждением, который может поглощать любое количество теплового потока без теплового сопротивления.Измерение представляет собой передачу тепла от матрицы к поверхности корпуса исключительно за счет теплопроводности.

Обратите внимание, что Θ _JC учитывает только сопротивление путей теплового потока к поверхности упаковки. По этой причине _JC всегда меньше _JA . Таким образом, _JC представляет собой удельное теплопроводное тепловое сопротивление, тогда как _JA представляет собой теплопроводный, конвективный и радиационный теплопроводы.

Θ _CA — термическое сопротивление от корпуса к окружающей среде.Θ _CA включает тепловые сопротивления для всех путей нагрева от внешней стороны корпуса до окружающей среды.

Учитывая приведенные выше определения, мы видим, что:

Θ _JA = Θ _JC + Θ _CA

Θ _JB — термическое сопротивление от перехода к плате. Θ _JB определяет тепловой путь от перехода к плате и обычно измеряется на плате рядом с корпусом рядом с контактом 1 (<1 мм от края корпуса).Θ _JB учитывает тепловое сопротивление от двух источников: от соединения ИС до контрольной точки на дне корпуса и через плату под корпусом.

Для измерения Θ _JB , конвекция от верхней части упаковки блокируется, а к дальней стороне платы, противоположной месту расположения упаковки, прикреплена холодная пластина. См. Рисунок 1 ниже.

Рис. 1. Иллюстрация процесса измерения Θ _JB .

Ψ _JB — это параметр для определения тепловых характеристик переходной платы , измеряемый в градусах Цельсия / Вт.JESD51-12, Руководство по составлению отчетов и использованию тепловой информации о корпусе , поясняет, что параметры термической характеристики не совпадают с тепловым сопротивлением. Вместо этого _JB измеряет мощность компонентов, протекающих по нескольким тепловым путям, а не по одному прямому пути, как в случае теплового сопротивления, Θ _JB . Таким образом, тепловые тракты _JB включают конвекцию от верхней части корпуса, что делает _JB более полезным для приложений клиентов.См. Стандарты JEDEC JESD51-8 и JESD51-12 для получения более подробных спецификаций по этому параметру.

Конструкторы могут определить значения Θ _JB и Ψ _JB путем теплового моделирования или прямого измерения. В любом случае выполните следующие действия:

1. Управляйте условиями рассеивания мощности, соответствующими Θ _JB или Ψ _JB .
2. Определите температуру кристалла, обычно используя диод на кристалле.
3. Определите температуру печатной платы на расстоянии <1 мм от края корпуса.
4. Определите рассеиваемую мощность.

Ψ _JT — это параметр характеристики, который измеряет изменение температуры между температурой перехода и температурой верхней части упаковки. Ψ _JT полезен для оценки температуры перехода, когда известны температура верхней части корпуса и рассеиваемая мощность.

Термические расчеты

Температура перехода

T _J = T _A + (Θ _JA × P)

Где:

T _J также можно рассчитать, используя значения Ψ _JB или Ψ _JT как.

T _J = T _B + (Ψ _JB × P)

Где:
T _B = температура платы, измеренная в пределах 1 мм от упаковки

T _J = T _T + (Ψ _JT × P)

Где:
T _T = температура, измеренная в центре верхней части упаковки.

Примечание : в технических паспортах продукта указана максимально допустимая температура перехода для каждого устройства.

Максимально допустимое рассеивание мощности

P _max = (T _J-max — T _A ) / Θ _JA

Максимально допустимая мощность в списках Максимум допустима при температуре окружающей среды + 70 ° C и максимально допустимой температуре перехода +150 ° C.

Функция снижения мощности

Эта функция описывает, насколько необходимо уменьшить рассеиваемую мощность на каждый ° C при температуре окружающей среды выше + 70 ° C. Функция снижения мощности выражается в мВт / ° C.

Функция снижения мощности = P / (T _J — T _A )

Где:
T _A обычно составляет + 70 ° C (коммерческий)

И:
T _J является максимально допустимым температура перехода, обычно + 150 ° C.

Чтобы определить максимально допустимую мощность при температуре окружающей среды выше + 70 ° C (например, + 85 ° C в расширенном диапазоне температур), действуйте следующим образом:

P _max85C = P _max70C — (Функция снижения мощности × (85-70))

Термические характеристики и условия измерения

Тепловые характеристики корпуса ИС должны измеряться с помощью стандартных методик и оборудования JEDEC.Определение характеристик плат для конкретных приложений может дать разные результаты. Также понятно, что конфигурации, определенные JEDEC, не соответствуют типичным реальным системам. Вместо этого конфигурации JEDEC позволяют стандартизировать термический анализ и измерения для согласованности; они наиболее полезны для сравнения тепловых характеристик различных вариантов упаковки. Спецификации

JEDEC доступны по адресу: JEDEC. Обратите внимание, что стандарты JEDEC охватывают различные тепловые приложения.

Заголовки спецификаций JEDEC

JESD51 : Методика тепловых измерений комплектных компонентов (одиночное полупроводниковое устройство)
JESD51-1 : Метод тепловых измерений интегральных схем — метод электрических испытаний (одиночное полупроводниковое устройство)
JESD51-2 : Метод тепловых испытаний интегральных схем Условия окружающей среды — естественная конвекция (неподвижный воздух)
JESD51-3 : Испытательная плата с низкой теплопроводностью для корпусов с выводами на поверхность
JESD51-4 : Рекомендации по термостату (чип с проволочным соединением)
JESD51-5 : Расширение стандартов тепловых испытательных плат для корпусов с механизмами непосредственного термического присоединения
JESD51-6 : Метод тепловых испытаний интегральных схем Условия окружающей среды — принудительная конвекция (движущийся воздух)
JESD51-7 : Высокоэффективная испытательная плата теплопроводности для свинцовых Пакеты для поверхностного монтажа
JESD51-8 : Метод тепловых испытаний интегральных схем Среда al Условия — Соединение-плата
JESD51-9 : Испытательные платы для измерения температуры корпуса с поверхностным монтажом на массиве
JESD51-10 : Испытательные платы для тепловых измерений с выводом через сквозное отверстие по периметру.
JEDEC51-12 : Руководство по созданию отчетов и использованию тепловой информации электронного блока.

Краткое изложение спецификации JEDEC Thermal, Multilayer Test-Board JESD51-7

Высокоэффективная плата для испытаний на теплопроводность для корпусов с выводами на поверхность

Плата для тепловых испытаний, описанная в спецификации JESD51-7, наиболее подходит для приложений Maxim IC.

Материал : FR-4
Слои : два сигнала (передняя и задняя) и две плоскости (внутренние)
Готовая толщина : 1.60 ± 0,16 мм
Толщина металла :

• Передняя и задняя сторона: 2 унции меди (готовая толщина 0,070 мм)
• Две внутренние плоскости: 1 унция. медь (готовая толщина 0,035 мм)

Толщина диэлектрического слоя : от 0,25 мм до 0,50 мм
Размер платы : 76,20 мм x 114,30 мм ± 0,25 мм для упаковок менее 27 мм на стороне

Конструкция бокового следа компонента

Следы следует разложить так, чтобы тестовое устройство было по центру платы. Следы должны выходить как минимум на 25 мм от края корпуса упаковки.Ширина дорожек должна составлять 0,25 ± 10% для пакетов с шагом 0,5 мм или более. Для пакетов с более мелким шагом ширина следа должна быть равна ширине вывода. Требования к шаблону трассировки и завершению трассировки указаны в JESD51-7.

Дизайн обратного следа

Боковые дорожки компонентов, оканчивающиеся сквозными переходными отверстиями, могут быть подключены к краевому соединителю дорожками или проводом (медный провод 22 AWG или меньше). JESD51-7 определяет ограничения по току для разных размеров проводов.

Плоскости питания и заземления не должны прерываться, за исключением схем зазоров через изоляцию.Плоскости не должны находиться в пределах 9,5 мм от рисунка краевого соединителя.

Пакеты с открытыми подушечками

Критическим требованием к тепловым характеристикам корпусов с открытыми контактными площадками (EP) (таких как QFN, DFN (двойные плоские блоки без выводов) и EP-TQFP) является конструкция тепловых переходных отверстий под открытым паяным соединением контактных площадок. В типичной конструкции платы терморегулирования имеется массив из 4, 9 или 16 тепловых переходных отверстий, соединяющихся с ближайшей заземляющей пластиной. Тепловое улучшение становится асимптотическим выше 25 переходных отверстий.Понимание прямой связи между тепловыми переходными отверстиями платы и тепловыми характеристиками системы имеет решающее значение. Обратитесь к JESD51-5 за улучшениями в конструкции платы для корпусов с открытыми контактными площадками.

Покрытие припоя

Когда клиенты описывают процессы пайки своих плат, они должны стремиться к охвату паяного соединения 90% или выше. Когда пустоты в паяных соединениях приближаются к 50% или более, возникающее в результате разъединение тепловых переходных отверстий будет иметь катастрофический эффект на тепловое сопротивление.

Тепловое моделирование

FLOTHERM® и другие программы для термического анализа позволяют делать точные прогнозы температуры корпуса и системы.Когда соответствующие тепловые модели сочетаются с эмпирическими данными, пользователь может быть уверен, что результаты точно отражают реальные приложения.

Инструменты электрического проектирования, такие как PSPICE или Cadence®, можно использовать для создания простых тепловых моделей корпусов. Элементы корпуса представлены в виде резисторов, подключаемых к плате в резисторную сеть. Когда подтверждается соответствие модели корпуса с эмпирическими данными, модель можно использовать для прогнозирования вариаций корпуса, включая: размеры кристаллов, размеры открытых площадок, плавленые выводы или количество заземлений, подключенных к плоскостям.Эти модели «что, если» дают достаточно точный прогноз индивидуальных конфигураций.

Тепловой выключатель | SICK

Тепловой выключатель | БОЛЬНОЙ

• Дом
• Автоматический выключатель

• Дом
• Автоматический выключатель

Тип: Тепловой выключатель

Деталь нет.:
6053091

Обратите внимание:

При замене запасных частей всегда соблюдайте инструкции в руководствах к конкретному устройству. Это особенно касается указаний по электробезопасности и взрывозащите. В противном случае существует опасность для жизни и здоровья.

Паспорт продукта
английский
чешский язык
Датский
Немецкий
испанский
Финский
французкий язык
Итальянский
Японский
корейский язык
Голландский
Польский
португальский
русский
Шведский
турецкий
Традиционный китайский
Китайский

Копировать короткую ссылку

• Технические детали

• Таможенные данные

• • Технические характеристики

    Описание	Автоматический выключатель, 235 ° C, ручной сброс после охлаждения
    Требуемое количество	1 шт. Запчасть для
    MERCEM300Z	Блок отбора проб газа, модуль эжектора
    MCS300P	Газовая ячейка AGK, 50 см, газовая ячейка AGK, 75 см, ячейка для технологического газа PGK
    90W MCS300 MCS300 Блок отбора проб газа, газовая ячейка AGK, 50 см, газовая ячейка AGK, 75 см, ячейка технологического газа PGK
    MCS100FT	Блок отбора проб газа, модуль камеры
    MCS100E HW	Блок отбора проб газа, модуль камеры
    MCS100E PD	Блок отбора проб газа, модуль ячейки
    MCS100E CD	Блок отбора проб газа, цел l модуль
    MARSIC300	Модуль ячейки
    MCS200HW	Модуль ячейки, блок отбора проб газа

  • Классификация

  ss

  26.0 27150391 ECl @ ss 5.1.4 27150391 ECl @ ss 6.0 27150391 ECl @ ss 6.2100503 71004 27503

  3

  3

  3

  ECl @ ss 6.21004 803

  3

  3

  3 ECl @ SS 8,0 27150391 ECl @ SS 8,1 27150391 ECl @ SS 9,0 27150391 27150391

  27150391

  27150391

  1047 ECL сс 11.0 27150391 ETIM 5.0 EC001190 ETIM 6.0 EC001190 ETIM 7.0 EC001190

  _{04 EC001190}

  ₀₄

  EC001190

  ₀₄

  Подождите …

  Ваш запрос обрабатывается и может занять несколько секунд.

  .