17.10.2021

Теплоотдача регистров: Как расчитать теплоотдачу регистров? | Регистры отопления

Содержание

ТеплоСпец

Как сделать подключение теплого пола к котлу – пошаговое руководство
Поскольку водяной теплый пол все чаще обустраивают в загородных домовладениях, их владельцам не помешает знать, как правильно подключить такую систему теплоснабжения к газовому котлу. Если нет желания самостоятельно выполнять такую работу, знание нюансов поможет следить за ходом выполнения монтажа и запуска отопительного оборудования.

Как запустить теплый водяной пол правильно – последовательность и порядок действий
В последние годы теплый пол стал более востребованным у владельцев загородных домов. Но его первое включение является ответственной процедурой. Не все хозяева объектов недвижимости знают, как запустить теплый водяной пол правильно. Ввод его  в эксплуатацию состоит из нескольких этапов.

Как рассчитать площадь окраски чугунных радиаторов отопления


Чугунные батареи, прослужившие много лет, портят интерьер помещения  непривлекательным внешним видом. Дело в том, что со временем масляная краска на этих отопительных приборах начинает выцветать, слоиться и покрываться трещинами. Чтобы отреставрировать их поверхность, необходимо знать площадь чугунного радиатора отопления для покраски.

Какие алюминиевые радиаторы лучше – виды батарей из алюминия
Алюминиевые радиаторы обладают достойным внешним видом, у них доступная стоимость, а по степени теплоотдачи они занимают лидирующую позицию среди радиаторов, устанавливаемых в объектах недвижимости.

Как сделать буржуйку – варианты самодельных печей
Несложная в изготовлении печь — буржуйка зарекомендовала себя как эффективный отопительный агрегат, который широко используют для обогрева дачных построек, гаражей, возводимых строений разного назначения и других объектов недвижимости. Она является достойной альтернативой полноценной системы теплоснабжения.

Какая бывает термостойкая штукатурка для печей и каминов – виды огнеупорных смесей
В холодные зимние вечера приятно провести время около горящего очага. Но, чтобы он был безопасным в эксплуатации и являлся гармоничным украшением интерьера комнаты, необходимо использовать специально предназначенную для оштукатуривания печей и каминов смесь, которую называют жаропрочной, огне- и термостойкой.

Как рассчитать диаметр трубы для отопления – варианты и способы
Перед обустройством системы теплоснабжения с принудительной циркуляцией рабочей среды необходимо выбрать трубы. Их основной задачей является доставка определенного количества тепловой энергии к радиаторам. Поэтому надо понимать, как для отопления подобрать диаметр трубы, чтобы жить в доме было комфортно.

Какой камин для отопления загородного дома выбрать – виды, особенности
Поскольку современный камин является мощным агрегатом, с его помощью можно даже обогревать собственное домовладение. Безусловно, он по своей эффективности будет уступать системе теплоснабжения, работающей на газовом котле. Чаще всего камин для отопления загородного дома используют исключительно в качестве дополнительного источника теплой энергии.

Какие бывают солнечные системы отопления – виды, характеристики, особенности выбора
В большинстве регионов России на обогрев жилых домов тратятся огромные суммы. Это заставляет домовладельцев искать дополнительные возможности в этой сфере. Энергия солнечного излучения – это экологически чистое и бесплатное тепло. Применяя современные технологии, можно использовать солнечную энергию для обогрева помещений в регионах средней и южной части России.

Как подключается котел газовый и твердотопливный в одном – особенности установки
Особенностью твердотопливных котлов является необходимость загрузки дров для поддержания тепла в приборах отопления, для этого со стороны жильцов требуется постоянное внимание. Решением проблемы в такой ситуации можно назвать подключение теплоаккумулятора, установка дополнительного котла в систему отопления  или использование одновременно двух котлов: твердотопливного и газового.

Зачем нужна чистка газовой колонки и как её прочистить правильно
Наличие природного газа в регионе проживания делает более выгодным использование водонагревателей, которые работают на этом топливе. Подобные устройства удобны в использовании, экономичны и долговечны при условии своевременного технического обслуживания. Для эффективной работы теплообменник газовой колонки требует ежегодной чистки. Такой процесс вполне можно осуществить самостоятельно, если соблюдать правила очистки газовой колонки.

Правильная регулировка батарей отопления в квартире – комфорт в доме и экономия средств
С наступлением отопительного сезона жители многоэтажных и частных жилых домов испытывают некоторые трудности с обогревом. Чтобы в каждой комнате квартиры было одинаково тепло, требуется регулировка температуры в приборах отопления.

Выбираем дрова для камина — какие лучше и практичнее
В последние годы все больше хозяев устанавливают у себя дома дровяные печи или камины. Такое решение обосновано как с практической стороны, поскольку топливо обходится сравнительно недорого, так и с точки зрения уюта – живой огонь всегда придает дому своеобразный и очень характерный комфорт. Чтобы камин работал нормально, для него нужно подбирать качественные дрова. О том, какие дрова для камина лучше, и пойдет речь в данной статье.

Как сделать отделку камина искусственным камнем – пошаговое руководство
Одним из самых распространенных облицовочных материалов для камина является искусственный камень. Популярность этого материала не случайна – у искусственного камня есть ряд положительных качеств, за которые он и ценится. Впрочем, слепо доверять популярности не стоит, ведь у любого материала есть и недостатки. В данной статье будут рассмотрены особенности искусственного камня и способы отделки камина данным материалом.

Как установить байпас в систему отопления – варианты и правила установки
В современном строительстве при обустройстве отопительных систем обязательно используется байпас. Данный элемент существенно упрощает обслуживание и ремонт любых элементов системы отопления, а также оказывает положительное влияние на эффективность и экономичность отопления. В данной статье речь пойдет о том, как правильно установить байпас в системе отопления.

Какие бывают бытовые газовые котлы отопления – виды, особенности, правила монтажа и эксплуатации
Самым популярным видом отопления на сегодняшний день является газовое, что обуславливается крайне низкой стоимостью топлива и сравнительно невысокой стоимостью отопительного оборудования. Выбор подходящего оборудования для обустройства индивидуального отопления может осложняться тем, что на рынке оно представлено в обширном многообразии. Чтобы не сталкиваться с проблемами при выборе, стоит рассмотреть бытовые газовые котлы подробнее и разобраться в характеристиках разных моделей котлов.

Как сделать подключение термостата к газовому котлу – теория и практика
Термостат представляет собой устройство, которое в автоматическом режиме регулирует работу отопительного котла. Регулировка осуществляется за счет отслеживания температуры воздуха в помещении, при изменении которой устройство повышает или снижает интенсивность отопления. Во многих современных котлах имеются интегрированные термостаты, но иногда приходится устанавливать их как дополнительное оборудование. В данной статье речь пойдет о том, как подключить термостат к газовому котлу.

Почему шумит циркуляционный насос отопления и как это исправить
В подавляющем большинстве частных домов обустраивается индивидуальная отопительная система. Такое решение является самым простым и логичным – к частным домам редко подводится централизованное отопление. К тому же, индивидуальные системы можно обустраивать по самым разным схемам и запускать отопление именно тогда, когда нужно.

Как промыть батарею отопления — инструкция
Эффективность любой, даже очень качественной отопительной системы в процессе эксплуатации постепенно снижается. Это значит, что при одинаковых исходных условиях в помещение попадает намного меньше тепла, то есть оно хуже обогревается. Зачастую причиной такого явления становится засорение радиаторов. Высокая температура теплоносителя, циркулирующего по отопительному контуру, а также низкое качество воды, приводит к образованию накипи, которая оседает на стенках радиаторов. Металл, из которого сделаны батареи, со временем начинает ржаветь. Мелкие частицы ржавчины и накипи смешиваются с циркулирующей водой и засоряют систему, снижая ее теплоотдачу. Далее в материале мы расскажем, как промыть батарею отопления, чтобы повысить ее эффективность, используя для этого подручные средства и простые методы работы.

Устройство газовой котельной в частном доме – требования, нормативы
Организовывая автономную систему отопления, необходимо выделить индивидуальную площадь под установку отопительного оборудования. Газовая котельная в частном доме должна соответствовать определенным нормам безопасности, несоблюдение которых чревато серьезными последствиями.


ТеплоСпец

Как сделать подключение теплого пола к котлу – пошаговое руководство
Поскольку водяной теплый пол все чаще обустраивают в загородных домовладениях, их владельцам не помешает знать, как правильно подключить такую систему теплоснабжения к газовому котлу. Если нет желания самостоятельно выполнять такую работу, знание нюансов поможет следить за ходом выполнения монтажа и запуска отопительного оборудования.

Как запустить теплый водяной пол правильно – последовательность и порядок действий
В последние годы теплый пол стал более востребованным у владельцев загородных домов. Но его первое включение является ответственной процедурой. Не все хозяева объектов недвижимости знают, как запустить теплый водяной пол правильно. Ввод его  в эксплуатацию состоит из нескольких этапов.

Как рассчитать площадь окраски чугунных радиаторов отопления
Чугунные батареи, прослужившие много лет, портят интерьер помещения  непривлекательным внешним видом. Дело в том, что со временем масляная краска на этих отопительных приборах начинает выцветать, слоиться и покрываться трещинами. Чтобы отреставрировать их поверхность, необходимо знать площадь чугунного радиатора отопления для покраски.

Какие алюминиевые радиаторы лучше – виды батарей из алюминия
Алюминиевые радиаторы обладают достойным внешним видом, у них доступная стоимость, а по степени теплоотдачи они занимают лидирующую позицию среди радиаторов, устанавливаемых в объектах недвижимости.

Как сделать буржуйку – варианты самодельных печей
Несложная в изготовлении печь — буржуйка зарекомендовала себя как эффективный отопительный агрегат, который широко используют для обогрева дачных построек, гаражей, возводимых строений разного назначения и других объектов недвижимости. Она является достойной альтернативой полноценной системы теплоснабжения.

Какая бывает термостойкая штукатурка для печей и каминов – виды огнеупорных смесей
В холодные зимние вечера приятно провести время около горящего очага. Но, чтобы он был безопасным в эксплуатации и являлся гармоничным украшением интерьера комнаты, необходимо использовать специально предназначенную для оштукатуривания печей и каминов смесь, которую называют жаропрочной, огне- и термостойкой.

Как рассчитать диаметр трубы для отопления – варианты и способы
Перед обустройством системы теплоснабжения с принудительной циркуляцией рабочей среды необходимо выбрать трубы. Их основной задачей является доставка определенного количества тепловой энергии к радиаторам. Поэтому надо понимать, как для отопления подобрать диаметр трубы, чтобы жить в доме было комфортно.

Какой камин для отопления загородного дома выбрать – виды, особенности
Поскольку современный камин является мощным агрегатом, с его помощью можно даже обогревать собственное домовладение. Безусловно, он по своей эффективности будет уступать системе теплоснабжения, работающей на газовом котле. Чаще всего камин для отопления загородного дома используют исключительно в качестве дополнительного источника теплой энергии.

Какие бывают солнечные системы отопления – виды, характеристики, особенности выбора
В большинстве регионов России на обогрев жилых домов тратятся огромные суммы. Это заставляет домовладельцев искать дополнительные возможности в этой сфере. Энергия солнечного излучения – это экологически чистое и бесплатное тепло. Применяя современные технологии, можно использовать солнечную энергию для обогрева помещений в регионах средней и южной части России.

Как подключается котел газовый и твердотопливный в одном – особенности установки
Особенностью твердотопливных котлов является необходимость загрузки дров для поддержания тепла в приборах отопления, для этого со стороны жильцов требуется постоянное внимание. Решением проблемы в такой ситуации можно назвать подключение теплоаккумулятора, установка дополнительного котла в систему отопления  или использование одновременно двух котлов: твердотопливного и газового.

Зачем нужна чистка газовой колонки и как её прочистить правильно
Наличие природного газа в регионе проживания делает более выгодным использование водонагревателей, которые работают на этом топливе. Подобные устройства удобны в использовании, экономичны и долговечны при условии своевременного технического обслуживания. Для эффективной работы теплообменник газовой колонки требует ежегодной чистки. Такой процесс вполне можно осуществить самостоятельно, если соблюдать правила очистки газовой колонки.

Правильная регулировка батарей отопления в квартире – комфорт в доме и экономия средств
С наступлением отопительного сезона жители многоэтажных и частных жилых домов испытывают некоторые трудности с обогревом. Чтобы в каждой комнате квартиры было одинаково тепло, требуется регулировка температуры в приборах отопления.

Выбираем дрова для камина — какие лучше и практичнее
В последние годы все больше хозяев устанавливают у себя дома дровяные печи или камины. Такое решение обосновано как с практической стороны, поскольку топливо обходится сравнительно недорого, так и с точки зрения уюта – живой огонь всегда придает дому своеобразный и очень характерный комфорт. Чтобы камин работал нормально, для него нужно подбирать качественные дрова. О том, какие дрова для камина лучше, и пойдет речь в данной статье.

Как сделать отделку камина искусственным камнем – пошаговое руководство
Одним из самых распространенных облицовочных материалов для камина является искусственный камень. Популярность этого материала не случайна – у искусственного камня есть ряд положительных качеств, за которые он и ценится. Впрочем, слепо доверять популярности не стоит, ведь у любого материала есть и недостатки. В данной статье будут рассмотрены особенности искусственного камня и способы отделки камина данным материалом.

Как установить байпас в систему отопления – варианты и правила установки
В современном строительстве при обустройстве отопительных систем обязательно используется байпас. Данный элемент существенно упрощает обслуживание и ремонт любых элементов системы отопления, а также оказывает положительное влияние на эффективность и экономичность отопления. В данной статье речь пойдет о том, как правильно установить байпас в системе отопления.

Какие бывают бытовые газовые котлы отопления – виды, особенности, правила монтажа и эксплуатации
Самым популярным видом отопления на сегодняшний день является газовое, что обуславливается крайне низкой стоимостью топлива и сравнительно невысокой стоимостью отопительного оборудования. Выбор подходящего оборудования для обустройства индивидуального отопления может осложняться тем, что на рынке оно представлено в обширном многообразии. Чтобы не сталкиваться с проблемами при выборе, стоит рассмотреть бытовые газовые котлы подробнее и разобраться в характеристиках разных моделей котлов.

Как сделать подключение термостата к газовому котлу – теория и практика
Термостат представляет собой устройство, которое в автоматическом режиме регулирует работу отопительного котла. Регулировка осуществляется за счет отслеживания температуры воздуха в помещении, при изменении которой устройство повышает или снижает интенсивность отопления. Во многих современных котлах имеются интегрированные термостаты, но иногда приходится устанавливать их как дополнительное оборудование. В данной статье речь пойдет о том, как подключить термостат к газовому котлу.

Почему шумит циркуляционный насос отопления и как это исправить
В подавляющем большинстве частных домов обустраивается индивидуальная отопительная система. Такое решение является самым простым и логичным – к частным домам редко подводится централизованное отопление. К тому же, индивидуальные системы можно обустраивать по самым разным схемам и запускать отопление именно тогда, когда нужно.

Как промыть батарею отопления — инструкция
Эффективность любой, даже очень качественной отопительной системы в процессе эксплуатации постепенно снижается. Это значит, что при одинаковых исходных условиях в помещение попадает намного меньше тепла, то есть оно хуже обогревается. Зачастую причиной такого явления становится засорение радиаторов. Высокая температура теплоносителя, циркулирующего по отопительному контуру, а также низкое качество воды, приводит к образованию накипи, которая оседает на стенках радиаторов. Металл, из которого сделаны батареи, со временем начинает ржаветь. Мелкие частицы ржавчины и накипи смешиваются с циркулирующей водой и засоряют систему, снижая ее теплоотдачу. Далее в материале мы расскажем, как промыть батарею отопления, чтобы повысить ее эффективность, используя для этого подручные средства и простые методы работы.

Устройство газовой котельной в частном доме – требования, нормативы
Организовывая автономную систему отопления, необходимо выделить индивидуальную площадь под установку отопительного оборудования. Газовая котельная в частном доме должна соответствовать определенным нормам безопасности, несоблюдение которых чревато серьезными последствиями.


Регистры отопления – расчет отопительных регистров, как рассчитать количество?

Что такое регистр отопления

Регистр отопления – прибор отопления из гладкостенных труб с диаметром от 25 миллиметров, которые соединены газовой или электрической сваркой. Они обычно изготавливаются из стали – по сравнению с чугуном и алюминием это наиболее доступный вариант по прочности, компактности и цене. По трубам перемещается теплоноситель – к примеру, вода или тосол.

Регистры отопления применяются в бытовых условиях – для обогрева частных домов, коттеджей, квартир, также для производственных и промышленных объектов вроде гаража, склада или цеха, их успешно устанавливают в спортивных залах.

У регистров отопления внушительный охват – благодаря длине труб тепло равномерно распределяется по помещению. Они легко нагреваются и выдерживают перепады давления. К тому же их несложно чистить. Срок эксплуатации – более 20 лет. Такое отопительное оборудование устойчиво к коррозии.

Виды регистров отопления

По типу конструкций регистры отопления бывают двух видов:

  • змеевиковые (или иначе S-образные),
  • секционные: с соединением «нитка» и соединением «колонка».

Змеевиковый регистр отопления состоит

из одной изогнутой трубы

из нескольких параллельных труб с крутоизогнутыми отводами того же диаметра, что и трубы, к которым ведёт соединение.

Может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Иногда, чтобы упрочнить змеевик, с другой стороны от отводов ставят глухие перемычки. Если рядов труб несколько, между ними расстояние обязательно фиксируется – в зависимости от диаметра труб, к которым идёт соединение. При использовании змеевика прослеживается ряд преимуществ: выше теплоотдача, чем у секционных, ниже гидравлическое сопротивление, а циркуляционные насосы испытывают меньшие нагрузки.

Секционный регистр отопления образован из рядов труб с заглушками, которые перемыкаются другими трубами – меньшими по диаметру. Существует два типа соединения у секционных регистров:

нитка – когда жидкость-теплоноситель перетекает по трубам то справа, то слева,

колонка – когда жидкость-теплоноситель движется параллельно, а трубы, расположенные горизонтально, соединены с двух сторон.

Заглушки на секционных регистрах отопления могут быть плоскими или эллиптическими. Цена секционных регистров отопления ниже, чем на змеевики, и они занимают меньше места в высоту.

Как рассчитать, какой отопительный регистр нужен для помещения

Для того, чтобы подобрать правильный вариант регистра, нужны сведения о параметрах помещения – площади, количестве окон, высоте потолков, материале стен, типах межэтажных перекрытий и географическом положении здания (Сочи и Якутск, к примеру, нуждаются в разном обогреве) и иные характеристики. На основе этой информации производим расчет: узнаем длину, диаметр и толщину стенок труб, их количество на секцию. Чтобы не запутаться, лучше обратиться за советом к теплотехнику или опытному менеджеру, который связан с теплообменным оборудованием и готов проконсультировать, учитывая все тонкости и детали.

Полезно примерно представлять, какой будет теплоотдача регистра для конкретного помещения. Есть средние показатели — один метр трубы верхней секции в зависимости от диаметра способен обогреть:

труба с диаметром 25 мм — 0,15 квадратного метра помещения;

труба с диаметром 75 мм — 0,37 квадратного метра помещения;

труба с диаметром 160 мм — 0,77 квадратного метра помещения.

Трубы последующих секций дают другой обогрев. Это происходит из-за того, что теплоноситель при движении остывает. При расчетах показатели верхней секции следует умножить на коэффициент 0,9.

1 метр трубы второй секции обогревает:

труба с диаметром 25 мм трубы — 0,135 квадратного метра помещения;

труба с диаметром 75 мм — 0,333 квадратного метра помещения;

труба с диаметром 160 мм — 0,693 квадратного метра помещения.

Также можно рассчитать примерную цену на тепловой регистр – для этого есть калькулятор. Для расчета необходимо выбрать показатели:

  • Диаметр труб (в миллиметрах) – чем меньше диаметр, тем выше нужна скорость подачи теплоносителя. Трубы меньшего диаметра ниже по цене и потребляют меньше теплоносителя, но при недостаточной скорости движения воды или тосола по трубе может быть недостаточная теплоотдача.
  • Толщина стенки (в миллиметрах) – чем толще стенка, тем легче ей сопротивляться коррозии.
  • Длина трубы (в миллиметрах) – выбор длины трубы зависит от площади помещения и желаемой теплоотдачи.
  • Количество труб в секциях (в штуках) – также зависит от площади помещения и желаемой теплоотдачи.

Если расчет с калькулятором вызывает сложности, обратитесь к менеджеру Завода Триумф, который поможет определиться, какой регистр и в какой комплектации будет оптимальным для вашего помещения.

Регистр отопления – эффективное и проверенное оборудование для обогрева, главное, это обратиться к надежному поставщику и выбрать подходящий.

теория тепла

22.08.2017, 6075 просмотров.

Регистры отопления из гладких труб: характеристики, ГОСТ

Обогрев помещений технического назначения требует наличия недорогих и неприхотливых в эксплуатации отопительных приборов. Для таких помещений как склады, мастерские, гаражи и производственные цеха регистры отопления из гладких труб являются просто незаменимыми. Они же очень выручают в помещениях с повышенными требованиями к чистоте, так как легко очищаются от пыли и всевозможных загрязнений.

Принимая решение установить отопительные регистры, необходимо тщательно изучить их технические характеристики и особенности применения. Простейшие конфигурации этих приборов могут быть выполнены самостоятельно, более сложные модели витиеватой формы требуют заводских условий изготовления. Так или иначе, для обеспечения оптимального температурного режима параметры регистров должны определяться на основании теплотехнических расчетов.

Разновидности отопительных регистров

Отопительные регистры представляют собой группу трубопроводов, расположенных параллельно друг другу и сообщающихся между собой. Они могут отличаться по материалу, по форме и конструктивному исполнению.

Материалы для изготовления

Чаще всего регистры отопления изготавливаются из гладких стальных труб по ГОСТ 3262-75 или ГОСТ 10704-91. Применение электросварных труб предпочтительнее из-за способности выдерживать более высокое давление. Тем не менее, на практике довольно распространены также водогазопроводные трубы, которые эксплуатируются не менее успешно. Такие отопительные приборы спокойно выдерживают всевозможные механические повреждения и нагрузки, а также работу с любым теплоносителем.

Существуют еще модели из нержавеющей стали. Их устанавливают в помещениях с повышенными требованиями к эстетичности и долговечности. В связи с повышенной стоимостью применение регистров из нержавеющей стали наиболее оправдано в ванных комнатах. Высокая стойкость к коррозии и разнообразие конфигураций полотенцесушителей из нержавеющей стали позволяют применять их даже в самых современных интерьерах санузлов.

*

Более эффективными с точки зрения теплоотдачи являются алюминиевые и биметаллические регистры. Они отличаются легкостью и эстетичностью, прекрасно работают в системах индивидуального отопления с хорошо организованной водоподготовкой. В остальных случаях низкое качество теплоносителя приводит к быстрому выходу приборов из строя.

Иногда можно встретить регистры из меди. Обычно их применяют в системах, где основная разводка медная. С ними удобно работать, они весьма симпатичны и долговечны. Кроме того, теплопроводность меди примерно в 8 раз выше, чем стали, что позволяет значительно уменьшить размер нагревательной поверхности. Общий недостаток всех приборов из цветных металлов – чувствительность к условиям эксплуатации – ограничивает сферу применения медных регистров.



Конструктивное исполнение

Наиболее характерные конструкции традиционных стальных регистров можно разделить на 2 типа:

  • Секционные;
  • Змеевиковые.

Для первого свойственно горизонтальное расположение трубопроводов и применение вертикальных узких перемычек между ними. Второй предусматривает использование прямых и дугообразных элементов одного диаметра, которые соединяются змейкой с помощью сварки. При использовании нержавейки или цветных металлов трубы просто изгибаются для придания требуемой конфигурации.


Существует три варианта исполнения присоединительных патрубков:

  • Резьбовой;
  • Фланцевый;
  • Под сварку.

Они могут располагаться как с одной стороны прибора, так и с разных. Выход теплоносителя предусматривается под подачей или по диагонали от нее. Иногда встречается нижнее подключение магистралей, но в этом случае существенно снижается теплоотдача.

В секционных регистрах выделяют 2 вида соединений в зависимости от способа расстановки перемычек:

  • «Нитка»;
  • «Колонка».

*

Регистры из гладких труб могут использоваться как регистры основной системы отопления или как отдельные обогреватели. Для автономной работы внутрь прибора устанавливается ТЭН необходимой мощности и выполняется подключение к сети. В качестве теплоносителя для переносных электрических регистров из стали часто используют антифриз или масло, т.к. оно не замерзает при хранении либо аварийном отключении электроэнергии.

При использовании отдельно от общей системы отопления обязательно дополнительное размещение расширительного бачка  в верхней части прибора. Это позволяет избежать повышения давления вследствие увеличения объема при нагреве. Размер емкости подбирается, исходя из возможности вместить около 10 % общего количества жидкости в нагревателе.

Для автономного использования регистра из стальных труб к нему привариваются ножки высотой 200 – 250 мм. Если же прибор является частью контура отопления, его перемещение не планируется и стены достаточно крепкие, то используется стационарное крепление с помощью кронштейнов. Иногда для очень массивных регистров применяют комбинированный вариант установки, т.е. прибор ставится на стойки и дополнительно фиксируется на стене.

Технические характеристики

Технические требования к отопительным приборам, в том числе и к трубчатым радиаторам нормируются ГОСТ 31311-2005. Согласно этому стандарту для их изготовления должны применяться трубы по ГОСТ 3262, ГОСТ 8734, ГОСТ 10705, ГОСТ 10706 с толщиной стенки не меньше 1,25 мм. При этом полотенцесушители разрешается производить из углеродистой стали со стенкой не меньше 3 мм, нержавеющей стали, а также латуни (медно-цинковых сплавов) по ГОСТ 15527.

Допускается использовать и другие материалы, если отопительные приборы будут соответствовать всем положениям стандарта и иметь необходимые характеристики прочности. Конструкция приборов не нормируется и остается на усмотрение производителя при соблюдении основных требований. Это дает полную свободу для творчества и позволяет создавать уникальные дизайнерские конфигурации трубчатых радиаторов, что значительно расширяет сферу их применения.

*

Характеристики регистров отопления из гладких труб зависят от выбранного материала, размера и конфигурации. Они определяются по специальным формулам, таблицам или материалам производителя.

Рассмотрим основные параметры обычных стальных регистров. Для них характерно применение труб большого диаметра, преимущественно в диапазоне 32 – 219 мм. Они выдерживают рабочее давление до 100 Па (10 кгс/м²). Теплоносителем могут быть как разнообразные жидкости – вода, антифриз, масло – так и пар высокой температуры.

Имея подробный чертеж, регистр из гладких стальных труб может изготовить своими руками любой мастер с навыками выполнения сварочных работ. Для этого достаточно найти исходный материал, сварочный аппарат и угловую шлифмашинку. Можно также  заказать регистр на заводе по индивидуальным чертежам.

Важно! Необходимо выдерживать не только длину, диаметр и количество труб, но и расстояние между ними. Слишком близкое расположение существенно снижает теплоотдачу прибора из-за взаимного влияния элементов. Если же расстояние сделать слишком большим, то высота прибора может выйти огромной и не удобной в установке и использовании. Оптимальным шагом расположения рядов отопительного регистра считается 1,5 радиуса, но не менее 50 мм.


Для получения наилучших результатов все параметры необходимо определять на основании теплотехнических расчетов, исходя из требуемой теплоотдачи и особенностей помещения. Без грамотного расчета даже хорошо сделанный регистр может не справиться с обогревом имеющейся площади.

Расчет регистров отопления из гладких труб

Расчет регистров отопления выполняется для определения количества тепла, поступающего от существующего регистра, а также для определения требуемых размеров прибора для обеспечения необходимой тепловой мощности.

Совет: перед тем как приступать к расчету параметров регистра  следует четко определиться с температурным режимом и теплопотерями помещения. Методика их расчета – это отдельная тема, но если нужно качественное отопление, то стоит разобраться в этом вопросе, чтоб потом не переделывать.

Количество тепла (Вт), поступающее от трубы определяется по формуле:

Q=K ·F · ∆t,

где:

K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 · 0С), принимается в зависимости от материала трубы и параметров теплоносителя;

F – площадь поверхности трубы, м2, рассчитываемая как произведение π·d·l,

где π = 3,14, а d и l – диаметр и длина трубы соответственно, м;

∆t – температурный перепад, 0С, определяемый в свою очередь по формуле:.

∆t= 0,5·(t1 + t2) – tк,

где:     t1 и t2 – температуры на входе в котел и выходе из него соответственно;

tк – температура в отапливаемой комнате.

На заметку: Для одиночной стальной трубы, наполненной водой, коэффициент теплопередачи к воздуху в общем случае равен 11,3 Вт/(м2 · 0С). Для регистра с несколькими рядами ориентировочно принимается понижающий коэффициент 0,9 на каждую нитку.

Значения коэффициентов теплопередачи для стальных гладкотрубных регистров приведены в таблице.

*

Для определения размеров регистра необходимая тепловая мощность делится на теплоотдачу погонного метра трубы. Это даст примерную суммарную длину ниток. Далее с учетом габаритов помещения принимается ширина прибора и рассчитывается количество рядов.

Совет: так как увеличение диаметров ниток и их количества снижает эффективность прибора, то теплоотдачу регистра следует увеличивать в первую очередь за счет увеличения его длины.

Для более быстрых расчетов можно воспользоваться онлайн-калькулятором, но есть большой риск получения ошибочного результата. Поэтому перед тем как пользоваться автоматическим расчетом, стоит хотя бы один выполнить вручную и сверить результаты.

Незамерзающие жидкости имеют меньшую теплоемкость и отдают меньше тепла, чем вода. Таким образом, регистры с антифризом должны иметь повышенную площадь поверхности по сравнению с работающими на воде. Для их расчета необходимо учитывать свойства самой жидкости.

Преимущества и недостатки

Регистры отопления из гладких труб имеют массу преимуществ:

  • Для помещений большой площади являются одним из лучших вариантов отопительных приборов. За счет значительной протяженности они обеспечивают равномерный прогрев и создают комфортные условия. Обогрев получается не локальным, а обширным.
  • Гидравлическое сопротивление очень маленькое по сравнению с чугунными или стальными радиаторами. Это позволяет заметно уменьшить потери давления в системе, а соответственно и затраты на перекачку теплоносителя. Эта же особенность дает возможность применять для больших помещений открытую систему отопления с естественной циркуляцией.
  • Прямые участки труб больших диаметров менее подвержены заиливанию и зарастанию в отличие от радиаторов сложной формы. Поэтому регистры отопления практически не нуждаются в промывке.
  • Простая конструкция может быть изготовлена своими руками из доступных материалов с получением существенной экономии.
  • Срок службы достаточно большой, минимум 25 лет. Степень надежности зависит в основном от качества сварных швов.
  • Гладкая поверхность обеспечивает удобство очистки. Эта особенность позволяет использовать регистры в помещениях с повышенными санитарными нормами.
  • Удобны для сушки полотенца, белья и одежды.

*

К недостаткам регистров из гладких труб можно отнести:

  • Малая поверхность нагрева на единицу длины, что заставляет применять приборы больших габаритов;
  • Большая металлоемкость;
  • Большие диаметры заставляют использовать большой объем теплоносителя, что делает систему очень инерционной и трудно регулируемой;
  • Непривлекательный внешний вид бюджетных моделей и огромная цена нестандартных дизайнерских конфигураций.

Заключение

Регистры отопления из гладких труб являются долговечными «неубиваемыми» приборами с хорошими эксплуатационными характеристиками. Они имеют относительно простую конструкцию, их расчет и сборку вполне можно выполнить самостоятельно.

Особенности гладкотрубных регистров обуславливают их сферу применения. Эти отопительные приборы можно встретить в общественных зданиях, лечебных учреждениях, складах, мастерских, гаражах, оранжереях, теплицах, ангарах, промышленных цехах. Трубные радиаторы являются идеальным решением для ванных комнат, больших помещений и нестандартных архитектурных форм. В отдельных случаях может быть оправдана их установка для отопления частного дома.

Регистры отопления

Регистры отопленияп

Регистры отопления из горизонтально расположенных гладких труб, соединенных между собой отводами, или перемычками для циркуляции теплоносителя.

Регистр отопления изготавливают из гладкой стальной трубы диаметром от 25 до 219 мм. Регистр отопления представляет собой ряд труб (иногда это всего одна труба), соединенных параллельно, имеющих один входной и один выходной патрубок, а также штуцер с резьбой для присоединения воздухоотводчика. Патрубки входа и выхода теплоносителя могут быть изготовлены как под приварку, так и в резьбовом или фланцевом исполнении. Максимальное рабочее давление, на которое рассчитан регистр системы отопления, составляет 1 МПа (10 кгс/см2)

 

Регистры отопления из стальных электросварных труб применяются для обогрева зданий. Большой объем теплоносителя и размеры позволяют регистрам обогревать помещения большой площади: склады, производственные цеха, мойки, гаражи, хозяйственные и промышленные объекты.


 

 

Основные рабочие параметры регистров отопления:

  • Материал: сталь Ст3сп, Ст20, 09Г2С, нержавеющая сталь 12Х18Н10Т
  • Присоединение: фланцевое, внешняя резьба или под приварку
  • Рабочая среда: пар, вода
  • Регистры подвергаются гидравлическим испытаниям давлением 16 кгс/см²
  • Диаметр труб: от 25 до 150 мм
  • Расстояние между секциями: от 50 мм (рекомендуемое)
  • Теплоотдача 1 м: до 550 Вт

Мы изготавливаем регистры отопления различных конструкций и назначений, секционные, змеевиковые, регистры с колонками, регистры отопления по чертежам заказчика, а так же защитные ограждения для регистров.

 

 

 

Пример обозначения:

РГ 3-133х4,0-1800 Ду20

РГ — регистр отопления горизонтальный
3 — количество секций (труб)
133х4,0 — диаметр и толщина стенки труб
1800 — длинна регистра отопления
Ду 20 — диаметр патрубков подключения

 

Теплоотдача (кВт/м) 1 метра трубы регистра отопления

Диаметр трубы, Ду мм.

25

32

40

50

65

80

100

125

150

Теплоотдача кВт/м 1-го рядного регистра

0,157

0,179

0,22

0,29

0,372

0,436

0,529

0,651

0,779

Теплоотдача кВт/м 2-х и более рядного регистра

0,131

0,165

0,18

0,238

0,305

0,357

0,434

0,558

0,668

Площадь обогрева 1 м трубы регистра отопления

Диаметр трубы регистра, мм

25

32

45

57

76

89

108

133

159

Площадь обогрева, м²

0,5

0,56

0,69

0,94

1,19

1,37

1,66

2,0

2,3

Трубы для регистров отопления ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80

Диаметр трубы, мм

Вес 1 м трубы, кг

Объем 1 м трубы, л

45х3,0

3,1

1,25

57х3,5

4,6

1,96

76х3,5

6,2

3,42

89х3,5

7,4

5,02

108х3,5

9

7,85

133х4,0

12,7

12,27

159х4,0

15,3

17,67

 

 

Регистры отопления из гладких труб

        Здравствуйте, друзья! Водяные регистры отопления — это система труб одного диаметра, сечения и длины, находящихся параллельно друг другу и скрученных (либо сваренных) между собой специальными перемычками. Эта система имеет приток горячего теплоносителя и отвод уже остывшего. Также в регистры отопления вваривается или вкручивается кран для спуска воздуха.

      Основными видами регистров отопления являются секционный

и змеевиковый регистры.

Сфера применения этих систем отопления очень велика. В своем большинстве их используют в промышлености (отопление складских помещений, гаражей и так далее), а также они отлично подходят для отопления подьездов домов с центральным отоплением. Преимуществами регистров отопления являются:

— Способность отапливать большие помещения;

— Способность создавать эффект «мягкого тепла». То есть из-за своей длины отопительные регистры занимают значительную площадь, а как известно, теплоотдача идет по всей площади регистра;

— Удобство ухода и обслуживания данной системы;

— Надежность и долговечность.

       Еще одним плюсом регистров водяного отопления является простота их изготовления. При наличии навыков работы со сваркой их вполне можно сделать самостоятельно. Необходимо лишь помнить некоторые тонкости этого процесса. Для изготовления отопительных регистров необходимо применять трубы диаметром от 30 до 200 мм, но сечение не должно быть очень толстым, так как чем толще труба, тем большее количество тепла понадобится для ее нагрева. Трубы лучше использовать стальные или чугунные (при изготовлении из чугунных труб технология усложняется). Также трубы могут быть как гладкие, так и армированные.

       Перед началом изготовления необходимо приготовить отрезки труб одинаковой длины и диаметра. Регистр может состоять из 2 и более труб в ряд. Затем на концы труб навариваются заглушки. В заглушках или в самих трубах (в зависимости от выбранного способа соединения труб между собой) подготавливаются отверстия под перемычки для параллельного соединения труб между собой. Перемычки либо ввариваются, либо вкручиваются в трубы. Следующим шагом является вваривание или вкручивание в заглушки регистра подвода теплой воды и отвода, а также крана воздухоотвода.

       Трубы в регистре отопления должны располагаться друг от друга на определенном расстоянии для лучшей теплоотдачи. Это расстояние равно диаметру трубы плюс 5 см. Также необходимо рассчитать размер регистров, необходимый для определенного помещения. Для этого правильнее всего сделать расчет теплопотерь через наружные ограждения, или теплотехнический расчет по другому, и по просчитанному значению теплопотерь подбирать регистры.Теплоодачу регистров по диаметрам труб следует смотреть в справочной литературе.

       Регистры отопления, в основном благодаря простоте своего изготовления, являются неплохим вариантом для реализации внутренней системы отопления.


Регистры отопительные стальные | Свердловский завод теплотехнического оборудования и металлоконструкциий

Регистры отопления из гладких труб  — отопительный прибор, элемент системы отопления. Конструктивно, регистры отопления, представляют собой параллельно расположенные трубы, соединенные между собой перемычками с помощью сварки. С одной стороны в них поступает горячая вода из отопления, с другой уходит уже остывший теплоноситель. Регистры отопительные выполняют такую же роль, что и радиаторы отопления, и могут быть использованы вместо них. Как правило, отопление из регистров используется в промышленных помещениях, цехах, некоторых общественных зданиях и т.д.

Регистры отопления: разновидности и типы


Секционные регистры отопления Змеевиковые регистры отопления

Особенности применения регистров отопления:
  • возможность обогрева помещений большой площади – цехов, складов и других аналогичного назначения;
  • использование для обогрева так называемого «мягкого» тепла. Дело в том, что любые, в том числе самодельные, регистры отопления отличаются значительной длиной и занимают, как правило, достаточно обширную площадь. Благодаря этому источник тепла в большом помещении получается не точечный, а протяженный, и обогрев осуществляется не локально, а по всему его объему;
  • простоту ухода. Поверхность регистров из-за использования обычных труб ровная, на ней не образуется труднодоступных мест для скапливания пыли, что не создает трудностей при уборке;
  • способность при качественном изготовлении выдерживать значительные давления и температуры.

Регистры отопления: техническая информация

В зависимости от размера стального отопительного регистра и диаметра применяемой трубы, меняется уровень теплоотдачи.

Учитывая расчетные сведения, следует отметить, что один метр регистров отопления из трубы диаметром 60 мм превосходно справится с обогревом 1 м2 площади помещения.

Диаметр трубы регистра, Ду мм

Площадь, м²

Теплоотдача, Вт/м

tвн=5С, tпр=82,5C

tвн=10С, tпр=82,5C

tвн=16С, tпр=82,5C

tвн=18С, tпр=82,5C

50

0,19

214

196

175

169

89

0,28

314

288

257

248

108

0,34

380

348

311

300

133

0,42

472

433

386

373

159

0,5

562

515

460

444

219

0,69

776

711

635

613

Информация предоставлена для справки. Характеристики могут меняться, учитывая условия установки и окружающей среды.

Как заказать и купить регистры отопления?

Все регистры отопления изготавливаются на заказ, так как каждому Заказчику требуются индивидуальные размеры, диаметр трубы регистра,а также индивидуальное расположение патрубков.

Цена регистров отопления формируется в зависимости от количества труб в секции, диаметра и толщины стенки указанных труб, а так же количества секции.

Вы можете запросить расчет стоимости регистров отопления, направив необходимые Вам параметры изделия в отдел продаж нашего завода с помощью формы ОН-ЛАЙН ЗАКАЗ на сайте, либо по эл.почте: [email protected]

Отгрузка продукции осуществляется в регионы РФ  и Республику Казахстан транспортными компаниями. Стоимость транспортных расходов рассчитывается дополнительно.

Пример изготавливаемой продукции:

Изображение размещенное на сайте, представлено для ознакомления и может отличаться от вида готового изделия (цвет, размер, и прочие параметры).

Вас так же может заинтересовать другая продукция из раздела теплообменного оборудования:

Механизм рассеивания тепла | Renesas

Одна из важных функций корпусов — отвод тепла, выделяемого полупроводниковыми приборами, в которых они находятся.

Производство тепла

Тепловыделение влияет на безопасность, надежность и производительность.

Тепло выделяется, когда через резистор в электрической цепи протекает ток.

Полупроводниковое устройство можно рассматривать как тип резистора, который выделяет тепло пропорционально сопротивлению включения (внутреннему сопротивлению, когда ток течет через устройство), когда ток течет через него.

Тепло может отрицательно повлиять на само полупроводниковое устройство, а также на электронную систему, которая использует это устройство. В частности, это может серьезно снизить безопасность, производительность и надежность.

Избыточный нагрев, вызванный плохой конструкцией отвода тепла, может привести к выделению дыма или возгоранию, а также к снижению производительности устройства, например, к снижению скорости его работы и, в худшем случае, к повреждению устройства или к выходу его из строя. Даже если удастся избежать наихудшего случая, на надежность отрицательно повлияют сбои в работе устройства и сокращение срока службы системы.

Чтобы избежать этих неблагоприятных эффектов, для корпусов полупроводников важна тепловая конструкция.

Тепло выделяется тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Тепло передается тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. на изображении ниже показано, как тепло течет от источника (то есть чипа) к конечному пункту назначения, атмосфере, в контексте реальной рабочей среды, которая включает печатную монтажную плату (PWB) и атмосферу.

Рисунок 1 Пути рассеивания тепла и причины термического сопротивления

Отвод тепла в основном осуществляется через печатную плату.

Поскольку тепловое излучение эффективно только тогда, когда площадь поверхности корпуса достаточно велика, следующие три пути, показанные на диаграмме ниже, вносят основной вклад в отвод тепла.

  • Конвекция от верхней поверхности упаковки в атмосферу
  • Проводимость от внешних штифтов / шариков к печатной плате и затем конвекция в атмосферу
  • Конвекция от боковых сторон упаковки в атмосферу

Рисунок 2 Пути теплового потока

Из этих трех путей, путь отвода тепла через канал является наиболее эффективным и, согласно некоторым расчетам, составляет 80% от общего тепловыделения.Фактический анализ рассеивания тепла показывает, что 90% тепла выделяется через 352-контактный PBGA, установленный на 4-слойном корпусе, и только 10% тепла рассеивается с поверхности корпуса.

Термическое сопротивление

Определения термических сопротивлений и параметров тепловых характеристик для IC

Методы измерения и определения термического сопротивления показаны ниже на основе спецификаций JEDEC.

Рисунок 3 Определения термических сопротивлений и параметров тепловых характеристик

θj θja — это термическое сопротивление между температурой перехода микросхемы и температурой окружающей среды, когда корпус установлен на PWB.К условиям измерения будет применяться естественная конвекция или принудительная конвекция. θja используется для сравнения тепловых характеристик различных корпусов.
jt,
Ψjb
Ψjt — это параметр тепловых характеристик по отношению к общей потребляемой мощности (P) устройства, указывающий разницу температур между переходами микросхемы (Tj) и центром верхней поверхности корпуса (Tt). Ψjb — это тепловой параметр, характеризующий общую потребляемую мощность (P) устройства, указывающий на разницу температур между переходами микросхемы (Tj) и печатной платой рядом с корпусом (Tb).Ψjt и jb используются для оценки Tj из P, Tt и Tb
θjc,
θjb
θjc — это тепловое сопротивление между Tj и температурой поверхности корпуса (Tc), когда все тепло течет от стыков к верхней поверхности корпуса. θjc в основном используется в модели с двумя резисторами для оценки Tj, когда большая часть тепла течет от стыков к верхней поверхности корпуса. θjb — тепловое сопротивление между Tj и Tb, когда все тепло течет от стыков к плате. θjb используется для модели с двумя резисторами.

Ссылка: JEDEC JESD51

Примечания:

  • Термическое сопротивление и тепловые характеристики существенно зависят от условий окружающей среды.
  • По этой причине JEDEC указывает определенные условия окружающей среды для определения каждого термического сопротивления.
  • Тепловой расчет системы должен выполняться с учетом условий использования.
  • В частности, θjc может быть чрезмерно оценен в отношении условий использования, таких как способность теплоотвода.

Определения термических сопротивлений для дискретных устройств

Переходные тепловые сопротивления, в дополнение к устойчивым тепловым сопротивлениям, имеют решающее значение для дискретных и силовых устройств из-за их более высокого тепловыделения.

Определение тепловых параметров для дискретных устройств

Символ Описание
Номинальная мощность P T или P ch P T или P ch — это верхний предел мощности, применимый к дискретному устройству, который в основном определяется способностью рассеивания тепла.
T C или T c T C of T c — это температура в центральной точке нижней поверхности упаковки или у основания вывода для слива.

*: C или c: case

T A или T a T A или T a — температура окружающей среды.

*: A или a: окружающий

Номинальная температура T шасси (макс.) T ch (max) — верхний предел температуры канала (микросхемы) MOSFET.Обычно это
T stg T stg — допустимый диапазон температур при хранении устройств MOSFET или модуля или устройств, содержащих MOSFET.
Переходное термическое сопротивление р т (т) r th (t) — величина, обратная теплопроводности потерь мощности для прямоугольного импульсного источника питания.
Устойчивое тепловое сопротивление R th (ch-C) или θ ch-c R th (ch-C) или θ ch-c — это тепловое сопротивление между каналами и корпусом.
R th (ch-A) или θ th R th (ch-A) или θ th — это тепловое сопротивление между каналами и температурой окружающей среды.

R th (ch-C) или R th (ch-A) можно получить из абсолютно максимального номинала, PT и Tch (max), в соответствии со следующей формулой.

*: символ может отличаться в зависимости от продукта.

Рисунок 4 Определение тепловых параметров для дискретных устройств

тепла, рассеиваемого резисторами | Блестящая вики по математике и науке

Из микроскопической интерпретации закона Ома сопротивление в классической формуле V = IRV = IRV = IR для тока в цепи при заданном управляющем напряжении может быть расширено как:

V = I (mne2τ) La, V = I (\ frac {m} {n {e} ^ {2} \ tau}) \ frac {L} {a}, V = I (ne2τm) aL,

, где mmm и eee — масса и заряд электрона соответственно, LLL и aaa — длина и площадь проводящего материала, составляющего резистор, nnn — плотность носителей заряда, а τ \ tau τ — интервал времени между два столкновения электронов в резисторе.Сопротивление также можно расширить до:

R = ρLA, R = \ frac {\ rho L} {A}, R = AρL,

, где ρ \ rhoρ — это удельное сопротивление , , свойство материала резистора, а LLL и AAA — длина и площадь поперечного сечения соответственно резистора.

Неупругие столкновения электронов, движущихся по проводнику, являются причиной сопротивления. Кристаллическая структура атомов металла в проводнике препятствует прохождению через него электронов. В любой данный момент электроны имеют определенную вероятность неупругого рассеяния от металлической решетки, передавая часть своей энергии решетке в виде кинетической энергии, т.е.е. высокая температура. Это рассеяние тепла в решетке, называемое нагревом Джоулей , является источником рассеивания мощности в резисторе. Обратите внимание, что хотя межэлектронные столкновения могут давать свою собственную связанную тепловую энергию движения, эта энергия остается внутренней по отношению к системе до тех пор, пока она не рассеивается в металлической решетке, которая не переносит ток.

Расчет среднего времени свободного пробега электронов, движущихся по проводнику, показывает, что электроны проходят через большое количество узлов решетки, прежде чем существенно взаимодействуют с катионами металлов.Объяснение этому факту исходит из квантовой механики и дуализма волна-частица. Из-за волновой природы электрона электроны могут распространяться без неупругого рассеяния на большее расстояние через решетку, чем ожидалось, и вероятность рассеяния гораздо более чувствительна к дефектам решетки, чем плотность решетки.

Контроль рассеивания тепла в электронных системах

Основная цель теплового проектирования — ограничить температуру перехода интегральных схем.В своих списках абсолютных максимальных номиналов (, таблица 1, ) все производители ИС включают максимальную рабочую температуру перехода. Таким образом, если система должна поддерживать производительность и надежность, разработчик на уровне платы должен обеспечить, чтобы температура перехода IC не превышала ее абсолютный максимум.

Прямое измерение температуры перехода ИС затруднено, поскольку его корпус блокирует доступ к переходу. В качестве альтернативы вы можете рассчитать температуру перехода, используя тепловое сопротивление перехода к корпусу (θ JC ) и тепловое сопротивление перехода к окружающей среде (θ CA ), как показано на Рис.1 . Термическое сопротивление является наиболее важным параметром при определении температуры перехода ИС: (θ JA = θ JC + θ CA ).

Таблица 1. Абсолютные максимальные значения температуры MAX1811 ограничивают температуру перехода до 150 ° C.
Непрерывное рассеяние мощности (T A = + 70 ° C) 8-контактный SO (пониженные характеристики на 17,5 мВт / ° C выше + 70 ° C) 1,4 Вт
Диапазон рабочих температур От -40 ° C до + 85 ° C
Температура хранения от -65 ° C до + 150 ° C
Максимальная температура матрицы + 150 ° C
Температура вывода (пайка, 10 с ) + 300 ° C

Производители ИС, которые не предоставляют θ JA , вероятно, предоставляют обратный θ JA , который является коэффициентом снижения мощности рассеиваемой мощности.Например, коэффициент снижения мощности рассеиваемой мощности MAX1811 составляет 17,5 мВт / ° C (, таблица 1, ). Обратное значение 17,5 мВт / ° C дает θ JA = 57 ° C / Вт.

Тепловая модель в Рис. 1 аналогична закону Ома, когда вы приравниваете температуру к напряжению и мощность к току. Это сходство показано в следующем примере, в котором рассчитывается температура перехода (T J ) для MAX1811, рассеивающего 1 Вт (P D ) при температуре окружающей среды 30 ° C:

В = I * R (закон Ома)

T = P * θ (тепловая модель)

T J = P D * (θ JC + θ CA ) + T A

T J = 1 Вт * 57 ° C / Вт + 30 ° C

T J = 87 ° C

Для лучшего понимания тепловой модели Рис.1 , рассмотрим, что на самом деле представляют θ JC и θ CA . θ JC определяется такими характеристиками корпуса ИС, как размер кристалла, выводная рамка и материал корпуса. Эти характеристики относятся к корпусу IC и не могут быть изменены. θ CA , с другой стороны, напрямую связано с внешними переменными, такими как принудительное воздушное охлаждение, монтаж корпуса, ширина дорожек и внешние радиаторы. Таким образом, θ CA представляет путь теплопередачи от ИС (собранной и смонтированной) в атмосферу.

При расчете пути теплопередачи электронной системы вы должны учитывать теплопроводность материалов на этом пути. Теплопроводность измеряет способность материала проводить тепло. Как показано в таблице 2 , теплопроводность происходит в основном через металлические части системы; части из пластика (эпоксидной смолы) мало участвуют в прохождении тепла.

Поскольку θ CA зависит от внешних переменных, θ JA изменяется в зависимости от окружающей среды.По этой причине производители ИС обеспечивают правильные и содержательные данные, поддерживая стандартные условия испытаний во время измерения θ JA . Эти стандартные условия испытаний описаны в нескольких документах под названием JESD51, которые выпускаются Electronic Industries Alliance (EIA) и JEDEC Solid State Technology Association. Все эти документы можно скачать на сайте www.jedec.org.

Величина θ JA , предоставленная производителями ИС и измеренная в соответствии с JESD51, может использоваться для сравнения тепловых свойств различных устройств, размещенных в одном и том же электронном корпусе, и для аналогичных устройств, размещенных в разных электронных корпусах.Рассмотрим, например, тепловые свойства динамика (MAX4366), размещенного в разных корпусах:

  • θ JA для MAX4366 в восьмиконтактном корпусе SOT23 составляет 103 ° C / Вт.
  • θ JA для MAX4366 в 8-выводном корпусе Thin QFN составляет 41 ° C / Вт.

Очевидно, что тонкий восьмиконтактный корпус QFN превосходит восьмиконтактный SOT23 в отводе тепла от кристалла MAX4366. Для MAX4366, помещенного в тонкий корпус QFN с восемью выводами и работающего в стандартной среде JESD51, мы можем оценить, что температура его перехода поднимается на 41 ° C выше температуры окружающей среды на каждый ватт, рассеиваемый в кристалле.

Таблица 2. Теплопроводность материалов обычных электронных систем.
Материал Теплопроводность (Вт / м * ° C)
Алюминий (Al) 216
Медь (Cu) 393
Золото (Au ) 291
Серебро (Ag) 417
Кремний (Si) 145
Эпоксидный 0.2
Теплопроводящая эпоксидная смола 0,8
Воздух 0,03

Соблюдайте осторожность при оценке температуры перехода с использованием значения θ JA , указанного производителем, потому что любое различие между вашим приложением и производителем Тестовая среда может выдавать различные значения θ JA . Например, если производитель соблюдает стандарт JESD51 и измеряет θ JA с устройством, работающим в одном кубическом футе неподвижного воздуха, это значение не будет точно предсказывать тепловое поведение того же устройства, работающего в сотовом телефоне, где величина неподвижного воздуха ограничено.

Измерение термического сопротивления в приложениях

Поскольку θ JA зависит от компоновки и других физических факторов в конструкции, значение θ JA , указанное с использованием стандарта JESD51, может не применяться в данном приложении. Как уже упоминалось, стандартная среда JESD51 представляет собой один кубический фут неподвижного воздуха, при этом устройство установлено на относительно большой стандартной печатной плате — условия отличаются от условий многих современных приложений. КПК, ноутбуки, сотовые телефоны и цифровые камеры устанавливают множество микросхем на небольшие печатные платы в очень маленьких корпусах.

Для прототипирования вы можете гарантировать соответствие абсолютным максимальным характеристикам ИС, измерив θ JA напрямую, даже в суровых условиях, зависящих от конкретного приложения. (Поскольку описанная ниже процедура может вызвать чрезмерную нагрузку на устройство, оно считается инструментом для создания прототипов и не рекомендуется для производственных устройств.) При измерении θ JA :

необходимы три параметра.

, где P D = рассеиваемая мощность IC

T A = температура окружающей среды

T J = температура перехода IC.

P D и T A легко получить, но T J нелегко измерить, потому что корпус IC блокирует доступ к внутреннему переходу. Однако вы можете измерить T J , используя имеющийся на кристалле диод в качестве датчика температуры. Большинство микросхем содержат диод для защиты от электростатического разряда (ESD), который также подходит для использования в качестве устройства измерения температуры.

Таблица 3. Значение абсолютного максимума MAX1811 показывает «0.3 В », указывающие на наличие антистатических диодов.
IN, BATT, SELI, CHG, EN для GND от -0,3 В до 7 В
SELV на GND -0,3 В до (V IN + 0,3 В)

Температурные диоды ESD

Чтобы определить температуру перехода (T J ) ИС, необходимо уравнение поведения диода ESD в зависимости от температуры. Получение этого уравнения диода представляет собой четырехэтапный процесс.Затем вы используете уравнение для расчета T J как функции прямого напряжения на диоде ESD.

Шаг 1. Найдите подходящий диод ESD в IC . Во-первых, найдите внутренний диод ESD, который может быть смещен в прямом направлении во время работы ИС. Некоторые ИС могут не иметь диода ESD, подходящего для измерения температуры перехода, но в некоторых таблицах данных явно указано расположение внутренних диодов ESD (например, см. Рис. 6 в листе данных MAX1169). В противном случае вы всегда можете определить расположение диодов ESD из таблицы абсолютных максимальных значений IC.

Сильный ключ к поиску диодов ESD с использованием абсолютных максимальных номиналов — это число «0,3 В», которое представляет собой прямое напряжение для диода при максимальной температуре перехода (θ обычно 150 ° C для устройств Maxim). Таблица 3 , например, включает три числа 0,3 В, которые указывают на расположение диодов. На рис. 2 показано, что клеммы IN, BATT, SELI, CHG, EN и SELV включают в себя ESD-диоды, которые ограничивают напряжение на этих контактах до уровня не более чем на диод, падающий ниже земли.SELV также включает в себя диод, который ограничивает его напряжение не более чем на диодном падении выше V IN .

Чтобы убедиться, что вы правильно интерпретировали таблицу абсолютных максимальных номинальных значений и что рассматриваемые ESD-диоды подходят для использования в качестве датчиков температуры, проверьте их с помощью стандартного мультиметра в режиме проверки диодов. Антистатические диоды, которые фиксируют цифровые входы на GND, хорошо подходят для использования в качестве датчиков температуры.

Шаг 2: Определите характеристики ESD-диода по температуре .Когда вы найдете подходящий диод ESD, вы должны охарактеризовать его по температуре. Для точных измерений вы должны (в идеале) охарактеризовать каждое устройство отдельно. Но если необходимо протестировать большое количество устройств, обычная практика состоит в том, чтобы представить всю партию, охарактеризовав от 10 до 12 частей и усреднив данные. Любое межкомпонентное несовпадение в таком случае вызвано разбросом характеристик диода (фактором идеальности). При тестировании большого количества устройств этот фактор в конечном итоге определяет погрешность измерения температуры.

Характеристические кривые для диода MAX1811 ESD ( Рис. 3 ) были сняты на диоде между SELV и GND. Тестируемое устройство (в данном случае MAX1811) должно быть отключено от питания, все контакты должны быть свободными, за исключением тех, которые используются для подключения к датчику температуры ( Рис. 4 ).

Определяя характеристики антистатического диода с помощью устройства, не подключенного к источнику питания, и позволяя температуре стабилизироваться перед выполнением измерений, вы гарантируете, что температура окружающей среды равна температуре перехода.Самонагрев отсутствует, потому что единственная мощность, рассеиваемая в ИУ, — это мизерная величина в диоде. В результате температура диода равна температуре окружающей среды.

Как показано на рис. 4 , ESD-диод возбуждается источником тока. Несколько факторов определяют амплитуду тока возбуждения. Он должен быть достаточно большим, чтобы игнорировать влияние шума и токов утечки диодов (для большинства устройств это означает, что ток возбуждения должен быть больше 50 нА).Он должен быть достаточно маленьким, чтобы соответствовать максимальным характеристикам устройства. (Для устройств Maxim это обычно означает, что ток возбуждения должен быть менее 2 мА.)

Ток возбуждения также должен быть достаточно малым, чтобы не влиять на работу устройства. Этот предел может быть обнаружен экспериментально, отслеживая жизненно важные характеристики устройства, пропуская ток через диод ESD. Для MAX1811 токи более 3 мкА увеличивают ток заряда сверх нормальных рабочих условий.

Ток возбуждения должен быть достаточно малым, чтобы избежать значительного саморазогрева, но это явление обычно не проявляется, учитывая максимальный предел 2 мА, указанный выше. Калибровочные кривые MAX1811 сняты при токах возбуждения от 1 мкА до 1000 нА.

Калибровочные кривые для ESD-диода MAX1811 ( Рис. 3 ) показывают, что прямое напряжение для заданного прямого тока уменьшается с температурой.

Шаг 3: Получите тестовую кривую для проверки характеристических данных .Данные, полученные на шаге 2, были получены с обесточенного устройства. Чтобы гарантировать отсутствие значительных сдвигов при подаче питания на ИУ, получите тестовую кривую при включенном устройстве в состоянии наименьшего энергопотребления (в состоянии покоя).

Рис. 5 сравнивает характеристическую кривую для MAX1811 (T A = 75 ° C) с тестовой кривой при T A = 75 ° C для детали, запитанной в состоянии покоя. При питании от 5 В в состоянии покоя MAX1811 потребляет около 1 мА. Используя значение θ JA , данное Максимом (57 ° C / Вт), эта рассеиваемая мощность 5 мВт должна привести к повышению температуры перехода выше окружающего 0.3 ° С. Поскольку тестовая кривая на рис. 5 показывает небольшое повышение температуры без значительных сдвигов в форме кривой, данные калибровки считаются заслуживающими доверия.

Шаг 4: Создайте уравнение диода из характеристических данных . Теперь, когда на шаге 3 были подтверждены данные характеристик, следующим и последним шагом является создание уравнения диода.

Рис. 6 представляет те же данные, что и Рис. 3 , но отображает график зависимости напряжения диода от температуры при постоянном токе диода.Наклон линии, изображенной на рис. 6 , — это коэффициент K, который показывает, что прямое напряжение на диоде уменьшается на 1,746 мВ / ° C, когда прямой ток является постоянным 900 нА. Поскольку это значение (900 нА) слишком велико, чтобы быть вызвано шумом или токами утечки, и слишком мало, чтобы вызвать нагрузку на диод ESD или вызвать значительный самонагрев, оно может служить током возбуждения.

Измерение T

J с внутренним диодом ESD

Вычислить температуру перехода MAX1811 просто, если использовать уравнение диода MAX1811 для рис.6 . При нормальных условиях эксплуатации ( Рис. 7 ) при температуре окружающей среды 60 ° C и токе возбуждения 900 нА прямое напряжение на диоде ESD между SELV и GND составляет 233,6 мВ. Используя уравнение, полученное на шаге 4 и показанное на рис. 6 , , температура перехода рассчитывается следующим образом:

для тока возбуждения 900 нА. Таким образом,

Замена на V D ,

Следовательно,

Теперь, когда температура перехода (T J ) известна, вы можете рассчитать θ JA для конкретного приложения следующим образом:

Maxim дает MAX1811 θ JA как 57 ° C / Вт, но рассчитанное выше значение для конкретного приложения составляет 71.4 ° C / Вт, что означает значительное снижение теплопроводности. Уменьшение является разумным, учитывая разницу в условиях, указанных в JESD51, и в тех, в которых устройство тестировалось. Основными факторами, снижающими значение θ JA для конкретного приложения по сравнению с опубликованным значением θ JA , являются размер корпуса, количество меди на плате (для распространения тепла) и площадь поверхности платы, подверженной воздействию атмосферы.

Тестирование контура терморегулирования MAX1811

MAX1811 включает в себя контур терморегулирования, который поддерживает T J ≤ 125 ° C, обычно, путем ограничения тока заряда батареи.Эту функцию можно легко протестировать, используя приведенную выше информацию. Чтобы гарантировать, что IC ограничивает T J до ≤125 ° C, увеличивайте рассеиваемую мощность до тех пор, пока ток заряда не начнет ограничиваться. Один набор условий, при которых запускается работа контура терморегулирования: T A = 60 ° C, V IN = 5,5 В и V BATT = 2,7 В. В этой операционной среде MAX1811 снижает обычную батарею. -зарядный ток от 439 мА до 340 мА ( рис. 8 ).

Когда контур терморегулирования активен при температуре окружающей среды 60 ° C, прямое напряжение на диоде ESD между SELV и GND составляет 193.24 мВ при токе возбуждения 900 нА. Используя уравнение, полученное на шаге 4 и показанное на Рис.6 , вы можете рассчитать температуру перехода следующим образом:

(для тока возбуждения 900 нА).

Приведенные выше расчеты подтверждают, что контур терморегулирования MAX1811 ограничивает T J до ≤125 ° C (типичное значение).

Поскольку тестовая среда MAX1811 для получения данных нормальной работы была такой же, как тестовая среда, используемая для тестирования контура терморегулирования, значения θ JA для этих двух конфигураций аналогичны, и небольшие отклонения можно отнести к изменениям в рассеиваемой мощности.θ JA для работы теплового контура рассчитывается следующим образом:

Удачная тепловая конструкция позволяет рассеивать достаточно тепла, чтобы ни один из компонентов не превышал максимально допустимую температуру. Наиболее важным параметром теплового расчета для этой цели является θ JA . Поскольку θ JA зависит от факторов окружающей среды, таких как воздушный поток, установка корпуса и печатная плата, вам следует измерять его в условиях конечного применения.

Как показано в примерах, вы можете измерить θ JA для окружающей среды продукта, используя встроенные ESD-диоды в качестве чувствительных к температуре элементов. Экспериментальные результаты показывают, что такие значения θ JA на 14 ° C / Вт выше, чем значения, измеренные в стандартных условиях окружающей среды JESD51. Измерение θ JA в окружающей среде продукта также дает более точные значения для использования в тепловом расчете, что в конечном итоге обеспечивает надежность системы за счет использования более эффективных механизмов рассеивания тепла.Следовательно, вы можете сократить расходы за счет использования оптимизированных радиаторов, вентиляторов и печатной платы с точными размерами. Дополнительная литература доступна на сайте www.maxim-ic.com.

Артикул:

  1. EIA / JESD51, Методология тепловых измерений комплектных компонентов (одно полупроводниковое устройство), стр. 2, раздел 3. (1995), www.jedec.org.

  2. HFAN-08.1: Температурные аспекты QFN и других пакетов с открытыми лопастями, стр.4. (2001), www.maxim-ic.com.

  3. EIA / JESD51. Методика тепловых измерений компонентных пакетов (одиночный полупроводниковый прибор), стр. 2, раздел 3. (1995), www.jedec.org.

  4. EIA / JESD51-1, Метод измерения температуры интегральных схем — Метод электрических испытаний (одиночный полупроводниковый прибор), стр. 1, раздел 1.1. (1995), www.jedec.org.

  5. EIA / JESD51-1, Метод измерения температуры интегральных схем — Метод электрических испытаний (одиночный полупроводниковый прибор), стр.16, раздел 3.3 (1995), www.jedec.org.

  6. MAX1811 Li + Зарядное устройство с питанием от USB, стр. 6, Thermal-Control Circuitry, www.maxim-ic.com.

Для получения дополнительной информации об этой статье, CIRCLE 331 на сервисной карте считывателя

Как выбрать теплоотвод

С увеличением теплоотдачи от устройств микроэлектроники и уменьшением общих форм-факторов управление температурой становится более важный элемент дизайна электронного продукта.

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 является наименее эффективной 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. Для 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

Were 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 e , определяемому по закону Ома:

R e = V / I

При В — это разность напряжений, а I — ток.

Рисунок 1: Схема термического 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, отводится 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 считается, что R jc находится за пределами возможностей пользователя изменять или контролировать.

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

.

R cs = (T cs ) / Q = (T c — T s ) / 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 находится 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.

Материал Электропроводность
Вт / дюйм ° C
Толщина
дюймов
Сопротивление
дюйм 2 ° C / Вт
There-O-Link
Термический состав
0.010 0,002 0,19
Высокопроизводительный
Термический состав
0,030 0,002 0,07
Кон-Дукс 0,030 0,005 0,17
A-Dux 0,008 0,004 0,48
1070 Ручка Ther-A-Grip 0,014 0,006 0,43
1050 Ручка Ther-A-Grip 0.009 0,005 0,57
1080 Ручка Ther-A-Grip 0,010 0,002 0,21
1081 Ручка Ther-A-Grip 0,019 0,005 0,26
A-Phi 220 @ 20 фунтов на кв. Дюйм 0,074 0,020 0,27
1897 в Силь-8 0,010 0,008 0,81
1898 в Силь-8 0.008 0,006 0,78
Таблица 1: Термические свойства интерфейсных материалов 1

Когда все параметры в правой части выражения R sa определены, оно становится требуемым максимальным тепловым сопротивлением радиатора для данного приложения. Другими словами, значение теплового сопротивления выбранного радиатора для данного приложения должно быть равно или меньше значения R sa , чтобы температура перехода поддерживалась на уровне или ниже указанного 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 для данного радиатора никогда не может быть одного значения теплового сопротивления, поскольку тепловое сопротивление изменяется в зависимости от внешних условий охлаждения.

При выборе радиатора необходимо классифицировать воздушный поток как естественный, смешанный с малым расходом 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 показаны приблизительные диапазоны объемного теплового сопротивления типичного радиатора при различных условиях потока.

Условия потока
м / с (лфм)
Объемное сопротивление
см3 ° C / Вт (в 3 ° C / Вт)
естественная конвекция 500-800 (30-50)
1.0 (200) 150–250 (10-15)
2,5 (500) 80–150 (5-10)
5,0 (1000) 50-80 (3-5)
Таблица 2: Диапазон объемного термического сопротивления

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 теплоотвода 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 в таблице 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.

Длина ребра, мм (дюйм)
Условия потока
м / с (лфм)
75
3.0
150
6,0
225
9,0
300
12,0
Естественная конвекция 6,5
0,25
7,5
0,30
10
0,38
13
0,50
1,0 (200) 4.0
0,15
5,0
0,20
6,0
0,24
7,0
0,27
2,5 (500) 2,5
0,10
3,3
0,13
4,0
0,16
5,0
0,20
5.0 (1000) 2,0
0,08
2,5
0,10
3,0
0,12
3,5
0,14
Таблица 3: Расстояние между ребрами (в мм / дюймов ) в зависимости от расхода и длины ребер

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, лучше 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, потому что 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 штифтовыми 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. Чтобы количественно оценить эффективность различных типов радиаторов, объемную эффективность теплопередачи можно определить 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.

Тип радиатора n диапазон, %
Штамповка и плоские пластины 10-18
Ребристые профили 15–22
Ударный поток
Радиаторы вентилятора
25-32
Полностью вытяжные профили 45-58
Канальный штифт-ребро,
Склеенные и загнутые ребра
78-90
Таблица 4: Диапазон эффективности теплопередачи

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

График температурных характеристик

Графики производительности, типичные для тех, которые публикуются поставщиками радиаторов, показаны на рис. 3. Графики представляют собой композицию двух отдельных кривых, объединенных в один рисунок. Предполагается, что охлаждаемое устройство правильно установлено, а радиатор находится в своей обычно используемой монтажной ориентации по отношению к направлению воздушного потока. Первый график, перемещающийся из нижнего левого угла в верхний правый, представляет собой кривую естественной конвекции повышения температуры радиатора, T sa , по сравнению с Q .Кривые естественной конвекции также предполагают, что радиатор окрашен или анодирован в черный цвет. Кривая сверху слева направо вниз представляет собой кривую принудительной конвекции теплового сопротивления в зависимости от скорости воздуха. При принудительной конвекции T sa линейно пропорционально Q , следовательно, R sa не зависит от Q и становится функцией только скорости потока. Однако явление естественной конвекции является нелинейным, поэтому необходимо представить T sa как функцию от Q.
Рисунок 3: Типовые графики производительности

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

Напоминаем читателям, что кривые естественной конвекции предполагают произвольную 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 теплоотвода 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. .

Высота
м / футов
Фактор
0, уровень моря 1,00
1000 3000 0,95
1500 5000 0,90
2000 7000 0,86
3000 10000 0.80
3500 12000 0,75
Таблица 5: Коэффициенты снижения номинальных характеристик на высоте

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. S. Lee, 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.

Теплопередача — обзор

Теплопередача путем конвекции

Теплообмен путем конвекции происходит в результате движения жидкости в макроскопическом масштабе в виде вихревых и циркуляционных токов.Это конвективное движение может принимать две формы:

1.

Естественная конвекция: эти токи возникают в результате самого процесса нагрева из-за разницы в плотности между нагретой жидкостью и окружающей более холодной жидкостью, что вызывает подъем первой. , а последний тонет, чтобы занять место первого.

2.

Принудительная конвекция: в этом типе конвекции токи создаются внешним устройством, например, циркуляционным насосом, вызывающим турбулентный поток в трубе.

Когда теплопередача происходит от поверхности к телу жидкости, потоки естественной конвекции наиболее слабые на поверхности, которая покрыта тем, что фактически является статической пленкой. Следовательно, передача тепла через эту пленку может происходить только за счет теплопроводности, и, как упоминалось выше, теплопроводность жидкостей низкая. Следовательно, основное сопротивление теплопередаче в жидкость в трубе — это пленка, прилегающая к стенке трубы. Увеличение скорости жидкости, движущейся по трубе, уменьшит толщину этой статической пленки и приведет к общему увеличению теплопередачи в жидкость.

Теоретически тепловая нагрузка, передаваемая через эту пленку, определяется как в уравнении (1). Однако на практике трудно рассчитать толщину пленки, X , поэтому используется следующее соотношение:

4Q = -hAT,

, где h — коэффициент теплопередачи.

Таким образом, тепловое сопротивление обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи, т. Е. 1⧸ ч .

Принудительная конвекция имеет большее значение, чем естественная конвекция, в промышленных процессах и оборудовании пищевых продуктов, где жидкости находятся в условиях турбулентного потока.Однако следует отметить, что испарители можно классифицировать как системы с «естественной циркуляцией» или «с принудительной циркуляцией». В первом случае описанные выше вихревые и циркуляционные токи значительно усиливаются токами, вызванными поднимающимися пузырьками, возникающими в процессе кипения.

По возможности следует избегать или, по крайней мере, минимизировать условия обтекаемого потока, поскольку коэффициенты теплопередачи жидкостей (при конвективной теплопередаче) намного превышают коэффициенты теплопроводности (при кондуктивной теплопередаче).В случае очень вязких жидкостей (например, пищевых паст и суспензий) турбулентный поток может создаваться только за счет высокого перепада давления на теплопередающем устройстве (например, за счет ввода большого количества энергии насоса).

В трубчатом теплообменнике (например, испарителе), где, возможно, одна жидкость течет внутри трубы и нагревается (или охлаждается) другой снаружи, необходимо учитывать теплопередачу как внутри, так и снаружи трубы. В последнем случае поток может быть либо продольным по трубе (в любом направлении), либо под прямым углом к ​​отдельной трубе или пучку труб.

Кроме того, жидкости, проходящие по длине теплообменной трубки (внутри или снаружи), будут испытывать повышение или понижение температуры, очевидно, из-за теплопередачи. Это означает, что для того, чтобы правильно количественно оценить эту теплопередачу, сначала необходимо определить разницу температур между жидкостями, учитывая, что она не только будет изменяться в разных точках по длине трубы, но также будет меняться в зависимости от того, используется прямоточный или противоточный поток.Необходимо рассчитать «среднее» значение разницы температур, и обычно используется коэффициент, который является логарифмической средней разностью температур (LMTD):

4aLMTD = {(T1 − T3) — (T2 − T4) loge (T1− T3) / (T2-T4) (прямоток) (T2-T3) — (T1-T4) loge (T2-T3) / (T1-T4) (противоток)

, где T — температура (см. Рисунок 3 для определения индексов)

Рисунок 3. Средняя логарифмическая разница температур. Воспроизведено с помощью испарения: основные принципы Энциклопедия пищевых наук, пищевых технологий и питания , Макрэ Р., Робинсон Р.К. и Сэдлер М.Дж. (ред.), 1993, Academic Press.

Управление температурным режимом

По мере того, как геометрия процесса ИС сокращается до 90 нм и ниже, а плотность ПЛИС увеличивается, управление мощностью становится важным фактором при проектировании ПЛИС. В то время как мощность традиционно была проблемой третьего или четвертого порядка для большинства проектов FPGA, сегодня группы разработчиков сталкиваются с дилеммой: как обеспечить все функции, требуемые рынком, не превышая бюджета мощности. Чем больше энергии потребляет устройство, тем больше тепла оно выделяет. Это тепло необходимо отводить для поддержания рабочих температур в пределах спецификации.

Управление температурой является важным аспектом конструкции 90-нм устройств Stratix ® II. Пакеты устройств Intel ® FPGA предназначены для минимизации теплового сопротивления и максимального увеличения рассеиваемой мощности. Некоторые приложения рассеивают больше энергии и требуют внешних систем охлаждения, включая радиаторы.

Рассеивание тепла

Излучение, теплопроводность и конвекция — это три способа отвода тепла от устройства. В конструкциях печатных плат используются радиаторы для улучшения рассеивания тепла.Эффективность передачи тепловой энергии радиаторами обусловлена ​​низким тепловым сопротивлением между радиатором и окружающим воздухом. Термическое сопротивление — это мера способности вещества рассеивать тепло или эффективность передачи тепла через границу между различными средами. Радиатор с большой площадью поверхности и хорошей циркуляцией воздуха (воздушный поток) обеспечивает лучший отвод тепла.

Радиатор помогает поддерживать в устройстве температуру перехода ниже рекомендованной рабочей температуры.При использовании радиатора тепло от устройства течет от соединения кристалла к корпусу, затем от корпуса к радиатору и, наконец, от радиатора к окружающему воздуху. Поскольку целью является снижение общего теплового сопротивления, разработчики могут определить, требуется ли устройству радиатор для управления температурой, рассчитав тепловое сопротивление с использованием моделей и уравнений тепловой цепи. Эти модели тепловых цепей аналогичны цепям резисторов, использующих закон Ома. На рисунке 1 показана модель тепловой цепи для устройства с теплоотводом и без него, отражающая путь теплопередачи через верхнюю часть корпуса.

Рисунок 1. Модель теплового контура

В таблице 1 указаны параметры тепловой цепи. Тепловое сопротивление устройства зависит от суммы тепловых сопротивлений модели тепловой цепи, показанной на рисунке 1.

Минимизация потерь энергии в воздуховодах

При строительстве нового дома или при его модернизации решающее значение имеет правильная конструкция системы воздуховодов.В последние годы в энергосберегающих конструкциях стремятся включить воздуховоды и системы отопления в кондиционируемое пространство.

Эффективные и хорошо спроектированные системы воздуховодов правильно распределяют воздух по всему дому без утечек, чтобы поддерживать во всех комнатах комфортную температуру. Система должна обеспечивать сбалансированный приток и возврат для поддержания нейтрального давления в птичнике.

Даже хорошо загерметизированные и изолированные воздуховоды будут протекать и терять немного тепла, поэтому во многих новых энергоэффективных домах система воздуховодов размещается в кондиционируемом пространстве дома.Самый простой способ добиться этого — спрятать воздуховоды в подвесных потолках и в углах комнат. Воздуховоды также могут быть расположены в герметичном и изолированном желобе, выходящем на чердак или встроенном в фальшполы. В обоих последних случаях необходимо соблюдать осторожность во время строительства, чтобы подрядчики не использовали желоба для проводов или других инженерных коммуникаций.

В любом случае должны использоваться настоящие воздуховоды — желоба и полости в полу не должны использоваться в качестве воздуховодов. Независимо от того, где они установлены, воздуховоды должны быть хорошо герметизированы.Хотя воздуховоды могут быть сконфигурированы различными способами, конфигурации «ствол и ответвление» и «радиальная» конфигурация воздуховодов наиболее подходят для воздуховодов, расположенных в кондиционируемых помещениях.

Системы воздуховодов для возврата воздуха могут быть сконфигурированы двумя способами: в каждой комнате может быть обратный канал, который отправляет воздух обратно в оборудование для отопления и охлаждения, или же решетки возврата могут быть расположены в центральных местах на каждом этаже. В последнем случае необходимо установить либо решетки, чтобы воздух мог выходить из закрытых помещений, либо можно установить короткие «перемычки» для соединения вентиляционного отверстия в одной комнате с другой, позволяя воздуху возвращаться к центральным возвратным решеткам. .Поднутрения дверей помогают, но их обычно недостаточно для возврата воздуха.

Вы можете выполнить простую проверку достаточной пропускной способности возвратного воздуха, выполнив следующие действия:

  1. Закройте все внешние двери и окна
  2. Закройте все внутренние двери комнат
  3. Включите центральный кондиционер
  4. «Трещины» внутренние двери 1 по одному и наблюдайте, закроется ли дверь или откроется ли она «сама по себе».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *