Расчет площади радиатора

Читать все новости ➔

Во время работы мощные полупроводниковые приборы выделяют в окружающую среду определенную теплоту. Если не позаботиться об их охлаждении, транзисторы и диоды могут выйти из строя из-за перегрева рабочего кристалла.  Обеспечение нормального теплового режима транзисторов (и диодов) – одна из важных задач. Для правильного решения этой задачи нужно иметь представление о работе радиатора и технически грамотном его конструировании.

Конструкторы чаще выдумывают, чем рассчитывают, какую площадь должен иметь теплоотвод. Из-за этого либо сго­рают транзисторы, либо теплоотводы получаются более громоздкими.

Как известно, любой нагретый предмет охлаждаясь отдает тепло окружающей среде.

ка количество тепла, выделяющегося в транзисторе, больше отдаваемого им среде – температура корпуса транзистора будет непрерывно возрастать. При некотором ее значении наступает так называемый тепловой баланс, то есть равенство количеств рассеиваемого и выделяемого тепла. Если температура теплового баланса меньше максимально допустимой для транзистора – он будет надежно работать. Если эта температура выше допустимой максимальной температуры – транзистор выйдет из строя. Для того, чтобы тепловой баланс наступал при более низкой температуре, необходимо увеличить теплоотдачу транзистора.

Есть такой параметр, как тепловое со­противление. Он показывает, на сколь­ко градусов нагревается объект, если в нем выделяется мощность 1 Вт. К сожа­лению, в справочниках по транзисторам такой параметр приводится редко. На­пример. для транзистора в корпусе ТО-5 тепловое сопротивление равно 220°С на 1 Вт. Это означает, что если в тран­зисторе выделяется 1 Вт мощности, то он нагреется на 220°С. Если допускать на­грев не более чем до 100°С, например, на 80°С относительно комнатной темпе­ратуры, то получим, что на транзисторе должно выделяться не более 80/220 = 0,36 Вт. В дальнейшем будем считать до­пустимым нагрев транзистора или тири­стора не более, чем на 80°С.

Существует грубая формула для рас­чета теплового сопротивления теплоотвода Q = 50/ √S °С/Вт. (1)

где S – площадь поверхности теплоотвода, выраженная в квадратных сантиме­трах. Отсюда площадь поверхности можно рассчитать по формуле:

S = [50/Q]². ( 2 )

Рассмотрим в качестве примера расчет теплового сопротивления конструкции, показанной на рисунке. Конструкция теплоотвода состоит из 5 алюминиевых пластин, собранных в пакет. Предположим, W=20 см, D=10 см, а высота (на рисунке не показана) 12 см. каждый “выступ” имеет площадь 10×12 = 120 см2, а с учетом обеих сторон 240 см². Десять “выступов'” имеют площадь 2400 см², а пластина две стороны х 20 х 12 = 480 см². Итого получаем S=2880 см². По формуле (1) рассчитываем Q=0,93°С/Вт. При допустимом нагреве на 80°С получаем мощность рассеяния 80/0,93 = 90 Вт.

Теперь проведем обратный расчет. Предположим, нужен блок питания с выходным напряжением 12 В и током 10 А. После выпрямителя имеем 17 В. следовательно, падение напряжения на транзисторе составляет 5 В, а значит, мощность на нем 50 Вт. При допустимом нагреве на 80°С получим требуемое тепловое сопротивление Q=80/50= =1.6°С/Вт. Тогда по формуле (2) определим S= 1000 см².

meandr.org

Нередко, проектируя мощное устройство на силовых транзисторах, или прибегая к использованию в схеме мощного выпрямителя, мы сталкиваемся с ситуацией, когда необходимо рассеивать очень много тепловой мощности, измеряемой единицами, а иногда и десятками ватт.

К примеру IGBT-транзистор FGA25N120ANTD от Fairchild Semiconductor, если его правильно смонтировать, теоретически способен отдать через свой корпус порядка 300 ватт тепловой мощности при температуре корпуса в 25 °C! А если температура его корпуса будет 100 °C, то транзистор сможет отдавать 120 ватт, что тоже совсем немало. Но для того чтобы корпус транзистора в принципе смог отдать это тепло, необходимо обеспечить ему надлежащие рабочие условия, чтобы он раньше времени не сгорел.

Все силовые ключи выпускаются в таких корпусах, которые можно легко установить на внешний теплоотвод – радиатор. При этом в большинстве случаев металлическая поверхность ключа или другого устройства в выводном корпусе, электрически соединена с одним из выводов данного устройства, например с коллектором или со стоком транзистора.

Так вот, задача радиатора как раз и состоит в том, чтобы удержать транзистор, и главным образом его рабочие переходы, при температуре, не превышающей максимально допустимую.

Если корпус кремниевого транзистора полностью металлический, то типичная максимальная температура составляет примерно 200 °C, если же корпус пластиковый, то 150 °C. Данные о максимальной температуре для того или иного транзистора вы сможете легко найти в даташите. Например для FGA25N120ANTD лучше если его температура не будет превышать 125 °C.

Зная все основные тепловые параметры, несложно подобрать подходящий радиатор. Достаточно лишь выяснить максимальную температуру окружающей среды, в которой будет работать транзистор, мощность, которую должен будет рассеивать транзистор, затем подсчитать температуру переходов транзистора с учетом тепловых сопротивлений соединений кристалл-корпус, кропус-радиатор, радиатор-окружающая среда, после чего останется выбрать радиатор, с которым температура транзистора будет хотя бы немного ниже максимально допустимой.

Важнейшим параметром при подборе и расчете радиатора является тепловое сопротивление. Оно равно отношению величины перепада температур на поверхности теплового контакта в градусах к передаваемой мощности.

Когда тепло передается посредством процесса теплопроводности, то тепловое сопротивление остается величиной постоянной, которая не зависит от температуры, а зависит лишь от качества теплового контакта.

Если переходов (тепловых контактов) несколько, то тепловое сопротивление перехода, состоящего из нескольких последовательных соединений, окажется равно сумме тепловых сопротивлений этих соединений.

Так, если транзистор будет смонтирован на радиатор, то общее тепловое сопротивление при теплопередаче будет равно сумме тепловых сопротивлений: кристалл-корпус, корпус-радиатор, радиатор-окружающая среда. Соответственно температура кристалла находится в этом случае по формуле:

Для примера рассмотрим случай, когда нам необходимо подобрать радиатор для двух транзисторов FGA25N120ANTD, которые будут работать в схеме двухтактного преобразователя (push-pull), причем на каждом транзисторе будет рассеиваться по 15 ватт тепловой мощности, которую необходимо передать в окружающую среду, то есть от кристаллов транзисторов через радиатор — воздуху.

Поскольку транзисторов два, то сначала найдем радиатор для одного транзистора, после чего просто возьмем радиатор с вдвое большей площадью теплообмена, с вдвое меньшим тепловым сопротивлением (будем использовать изолирующие прокладки).

Пусть наше устройство будет работать при температуре окружающей среды в 45°C. Пусть температура кристалла удерживается не выше 125°C. В даташите видим, что для встроенного диода тепловое сопротивление кристалл-корпус больше теплового сопротивления кристалл-корпус непосредственно IGBT, и оно равно 2 °C/Вт. Это значение и будем брать в расчет в качестве теплового сопротивления кристалл-корпус.

Тепловое сопротивление силиконовой изолирующей прокладки составляет порядка 0,5 °C/Вт — это и будет тепловое сопротивление корпус-радиатор. Теперь, зная рассеиваемую мощность, максимальную температуру кристалла, максимальную температуру окружающей среды, тепловое сопротивление кристалл-корпус и тепловое сопротивление корпус-радиатор, найдем необходимое тепловое сопротивление радиатор-окружающая среда.

Итак, нам необходимо подобрать такой радиатор, чтобы тепловое сопротивление радиатор-окружающая среда получилось в данных условиях 2,833 °C/Вт или меньше. И до какой температуры в этом случае перегреется радиатор по сравнению с окружающей средой?

Возьмем найденное тепловое сопротивление на границе радиатор-окружающая среда, и умножим на рассеиваемую мощность, для нашего примера 15 Вт. Перегрев составит около 43 °C, то есть температура радиатора будет около 88 °C. Поскольку транзисторов в нашей схеме будет два, то и мощности рассеять нужно будет вдвое больше, значит необходим радиатор с тепловым сопротивлением вдвое меньшим, то есть 1,4 °C/Вт или меньше.

Если у вас нет возможности подобрать радиатор именно с найденным тепловым сопротивлением, то можно воспользоваться старым добрым эмпирическим методом — обратиться к графику из справочника. Зная разность температур окружающая среда — радиатор (для нашего примера 43 °C), зная рассеиваемую мощность (для нашего примера для двух транзисторов — два по 15 Вт), находим необходимую площадь радиатора, то есть общую площадь контакта радиатора с окружающим воздухом (для нашего примера — два по 400 кв.см).

Андрей Повный 

electrik.info

Расчет по площади помещения

Чтобы теплоотдача стальных радиаторов была максимальной, можно воспользоваться расчетом их мощностей, исходя из размера комнаты.

Если взять в качестве примера помещение с площадью 15 м2 и потолками высотой 3 м, то, высчитав его объем (15х3=45) и умножив на количество требуемых Вт (по СНиП – 41 Вт/м3 для панельных домов и 34 Вт/ м3 для кирпичных), то получится, что потребляемая мощность равна 1845 Вт (панельное здание) или 1530 Вт (кирпичное).

После этого достаточно проследить, чтобы расчет мощности стальных радиаторов отопления (можно свериться с таблицей, которую предоставляет производитель) соответствовал полученным параметрам. Например, при покупке обогревателя типа 22 нужно отдать предпочтение конструкции, имеющей высоту 500 мм, а длину 900 мм, которой свойственна мощность 1851 Вт.

Если предстоит замена старых батарей на новые или переустройство всей отопительной системы, то следует тщательно ознакомиться с требованиями СНиП. Это избавит от возможных недочетов и нарушений при монтажных работах.

Стальные радиаторы отопления: расчет мощности (таблица)

Определение мощности с учетом теплопотерь

Кроме показателей, связанных с материалом, из которого построен многоквартирный дом и указанных в СНиП, в расчетах можно использовать температурные параметры воздуха на улице. Этот способ основан на учете теплопотерь в помещении.

Для каждой климатической зоны определен коэффициент в соответствии с холодными температурами:

• при -10 ° C – 0.7;
• — 15 ° C – 0.9;
• при — 20 ° C – 1.1;
• — 25 ° C – 1.3;
• до — 30 ° C – 1.5.

Теплоотдача стальных радиаторов отопления (таблица предоставляется фирмой-производителем) должна быть определена с учетом количества наружных стен. Так если в комнате она одна, то результат, полученный при расчете стальных радиаторов отопления по площади, нужно умножить на коэффициент 1.1, если их две или три, то он равен 1.2 или 1.3.

Например, если температура за окном – 25 ° C, то при расчете стального радиатора типа 22 и требуемой мощностью 1845 Вт (панельный дом) в помещении, где 2 наружные стены, получится следующий результат:

• 1845х1.2х1.3 = 2878.2 Вт. Этому показателю соответствуют панельные конструкции 22-го типа 500 мм высоты и 1400 мм длины, имеющие мощность 2880 Вт.

Так подбираются панельные радиаторы отопления (расчет по площади с учетом коэффициента теплопотерь). Подобный подход к выбору мощности панельной батареи обеспечит максимально эффективную ее работу.

Чтобы было легче произвести расчет стальных радиаторов отопления по площади, калькулятор онлайн сделает это в считанные секунды, достаточно внести в него необходимые параметры.

Процентное увеличение мощности

Можно учитывать теплопотери не только по стенам, но и окнам.

Например, прежде чем выбирать стальной радиатор отопления, расчет по площади нужно увеличить на определенное количество процентов в зависимости от количества окон в помещении:

1. При наличии двух наружных стен и одного окна показатель увеличивается на 20%.
2. Если и окон, и стен, выходящих наружу по два, то прибавляется 30%.
3. Когда стены внутренние, но окно выходит на север, то на 10%.
4. Если квартира расположена внутри дома, а обогреватели закрыты решетками, то теплоотдача стальных панельных радиаторов должна быть увеличена на 15%.

Учет подобных нюансов перед установкой панельных батарей из стали позволяет правильно выбрать нужную модель. Это сэкономит средства на ее эксплуатации при максимальной теплоотдаче.

Поэтому не следует думать только о том, как подобрать стальные радиаторы отопления по площади помещения, но и учитывать его теплопотери и даже расположение окон. Такой комплексный подход позволяет учесть все факторы, влияющие на температуру в квартире или доме.

netholodu.com

Расчет радиаторов отопления по площади

Самый простой способ. Посчитать требуемое на обогрев количество тепла, исходя из площади помещения, в котором будут устанавливаться радиаторы. Площадь каждой комнаты вы знаете, а потребность тепла можно определить по строительным нормам СНиПа:

• для средней климатической полосы на отопление 1м² жилого помещения требуется 60-100Вт;
• для областей выше 60^о требуется 150-200Вт.

Исходя из этих норм, можно посчитать, сколько тепла потребует ваша комната. Если квартира/дом находятся в средней климатической полосе, для отопления площади 16м², потребуется 1600Вт тепла (16*100=1600). Так как нормы средние, а погода постоянством не балует, считаем, что требуется 100Вт. Хотя, если вы проживаете на юге средней климатической полосы и зимы у вас мягкие, считайте по 60Вт.

Запас по мощности в отоплении нужен, но не очень большой: с увеличением количества требуемой мощности возрастает количество радиаторов. А чем больше радиаторов, тем больше теплоносителя в системе. Если для тех, кто подключен к центральному отоплению это некритично, то для тех у кого стоит или планируется индивидуальное отопление, большой объем системы означает большие (лишние) затраты на обогрев теплоносителя и большую инерционность системы (менее точно поддерживается заданная температура). И возникает закономерный вопрос: «Зачем платить больше?»

Рассчитав потребность помещения в тепле, можем узнать, сколько потребуется секций. Каждый из отопительных приборов выделять может определенное количество тепла, которое указывается в паспорте. Берут найденную потребность в тепле и делят на мощность радиатора. Результат — необходимое количество секций, для восполнения потерь.

Посчитаем количество радиаторов для того же помещения. Мы определили, что требуется выделить 1600Вт. Пусть мощность одной секции 170Вт. Получается 1600/170=9,411шт. Округлять можно в большую или меньшую сторону на ваше усмотрение. В меньшую можно округлить, например, в кухне — там хватает дополнительных источников тепла, а в большую — лучше в комнате с балконом, большим окном или в угловой комнате.

Система проста, но недостатки очевидны: высота потолков может быть разной, материал стен, окна, утепление и еще целый ряд факторов не учитывается. Так что расчет количества секций радиаторов отопления по СНиП — ориентировочный. Для точного результата нужно внести корректировки.

Как посчитать секции радиатора по объему помещения

При таком расчете учитывается не только площадь, но и высота потолков, ведь нагревать нужно весь воздух в помещении. Так что такой подход оправдан. И в этом случае методика аналогична. Определяем объем помещения, а затем по нормам узнаем, сколько нужно тепла на его обогрев:

• в панельном доме на обогрев кубометра воздуха требуется 41Вт;
• в кирпичном доме на м³ — 34Вт.

Рассчитаем все для того же помещения площадью 16м² и сравним результаты. Пусть высота потолков 2,7м. Объем: 16*2,7=43,2м³.

Дальше посчитаем для вариантов в панельном и кирпичном доме:

• В панельном доме. Требуемое на отопление тепло 43,2м³*41В=1771,2Вт. Если брать все те же секции мощностью 170Вт, получаем: 1771Вт/170Вт=10,418шт (11шт).
• В кирпичном доме. Тепла нужно 43,2м³*34Вт=1468,8Вт. Считаем радиаторы: 1468,8Вт/170Вт=8,64шт (9шт).

Как видно, разница получается довольно большая: 11шт и 9шт. Причем при расчете по площади получили среднее значение (если округлять в ту же сторону) — 10шт.

Корректировка результатов

Для того чтобы получить более точный расчет нужно учесть как можно больше факторов, которые уменьшают или увеличивают потери тепла. Это то, из чего с деланы стены и как хорошо они утеплены, насколько большие окна, и какое на них остекление, сколько стен в комнате выходит на улицу и т.п. Для этого существуют коэффициенты, на которые нужно умножить найденные значения теплопотерь помещения.

Окна

На окна приходится от 15% до 35% потерь тепла. Конкретная цифра зависит от размеров окна и от того, насколько хорошо оно утеплено. Потому имеются два соответствующих коэффициента:

• соотношение площади окна к площади пола:
  • 10% — 0,8
  • 20% — 0,9
  • 30% — 1,0
  • 40% — 1,1
  • 50% — 1,2
• остекление:
  • трехкамерный стеклопакет или аргон в двухкамерном стеклопакете — 0,85
  • обычный двухкамерный стеклопакет — 1,0
  • обычные двойные рамы — 1,27.

Стены и кровля

Для учета потерь важен материал стен, степень теплоизоляции, количество стен, выходящих на улицу. Вот коэффициенты для этих факторов.

Степень теплоизоляции:

• кирпичные стены толщиной в два кирпича считаются нормой — 1,0
• недостаточная (отсутствует) — 1,27
• хорошая — 0,8

Наличие наружных стен:

• внутреннее помещение — без потерь, коэффициент 1,0
• одна — 1,1
• две — 1,2
• три — 1,3

На величину теплопотерь оказывает влияние отапливаемое или нет помещение находится сверху. Если сверху обитаемое отапливаемое помещение (второй этаж дома, другая квартира и т.п.), коэффициент уменьшающий — 0,7, если отапливаемый чердак — 0,9. Принято считать, что неотапливаемый чердак никак не влияет на температуру в и (коэффициент 1,0).

Если расчет проводили по площади, а высота потолков нестандартная (за стандарт принимают высоту 2,7м), то используют пропорциональное увеличение/уменьшение при помощи коэффициента. Считается он легко. Для этого реальную высоту потолков в помещении делите на стандарт 2,7м. Получаете искомый коэффициент.

Посчитаем для примера: пусть высота потолков 3,0м. Получаем: 3,0м/2,7м=1,1. Значит количество секций радиатора, которое рассчитали по площади для данного помещения нужно умножить на 1,1.

Все эти нормы и коэффициенты определялись для квартир. Чтобы учесть теплопотери дома через кровлю и подвал/фундамент, нужно увеличить результат на 50%, то есть коэффициент для частного дома 1,5.

Климатические факторы

Можно внести корректировки в зависимости от средних температур зимой:

• -10^оС и выше — 0,7
• -15^оС — 0,9
• -20^оС — 1,1
• -25^оС — 1,3
• -30^оС — 1,5

Внеся все требуемые корректировки, получите более точное количество требуемых на обогрев комнаты радиаторов с учетом параметров помещений. Но это еще не все критерии, которые оказывают влияние на мощность теплового излучения. Есть еще технические тонкости, о которых расскажем ниже.

Расчет разных типов радиаторов

Если вы собрались ставить секционные радиаторы стандартного размера (с осевым расстоянием 50 см высоты) и уже выбрали материал, модель и нужный размер, никаких сложностей с расчетом их количества быть не должно. У большинства солидных фирм, поставляющих хорошее отопительное оборудование, на сайте указаны технические данные всех модификаций, среди которых есть и тепловая мощность. Если указана не мощность, а расход теплоносителя, то перевести в мощность просто: расход теплоносителя в 1 л/мин примерно равен мощности в 1 кВт (1000 Вт).

Осевое расстояние радиатора определяется по высоте между центрами отверстий для подачи/отведения теплоносителя.

Чтобы облегчить жизнь покупателям на многих сайтах устанавливают специально разработанную программу-калькулятор. Тогда расчет секций радиаторов отопления сводится к внесению данных по вашему помещению в соответствующие поля. А на выходе вы имеете готовый результат: количество секций данной модели в штуках.

Но если просто пока прикидываете возможные варианты, то стоит учесть, что радиаторы одного размера из разных материалов имеют разную тепловую мощность. Методика расчета количества секций биметаллических радиаторов от расчета алюминиевых, стальных или чугунных ничем не отличается. Разной может быть только тепловая мощность одной секции.

Чтобы считать было проще, есть усредненные данные, по которым можно ориентироваться. Для одной секции радиатора с осевым расстоянием 50см приняты такие значения мощностей:

• алюминиевые — 190Вт
• биметаллические — 185Вт
• чугунные — 145Вт.

Если вы пока только прикидываете, какой из материалов выбрать, можете воспользоваться этими данными. Для наглядности приведем самый простой расчет секций биметаллических радиаторов отопления, в котором учитывается только площадь помещения.

При определении количества отопительных приборов из биметалла стандартного размера (межосевое расстояние 50см) принимается, что одна секция может обогреть 1,8м² площади. Тогда на помещение 16м² нужно: 16м²/1,8м²=8,88шт. Округляем — нужны 9 секций.

Аналогично считаем для чугунные или стальные баратери. Нужны только нормы:

• биметаллический радиатор — 1,8м²
• алюминиевый — 1,9-2,0м²
• чугунный — 1,4-1,5м².

Это данные для секций с межосевым расстоянием 50см. Сегодня же в продаже есть модели с самой разной высоты: от 60см до 20см и даже еще ниже. Модели 20см и ниже называют бордюрными. Естественно, их мощность отличается от указанного стандарта, и, если вы планируете использовать «нестандарт», придется вносить коррективы. Или ищите паспортные данные, или считайте сами. Исходим из того, что теплоотдача теплового прибора напрямую зависит от его площади. С уменьшением высоты уменьшается площадь прибора, а, значит, и мощность уменьшается пропорционально. То есть, нужно найти соотношение высот выбранного радиатора со стандартом, а потом при помощи этого коэффициента откорректировать результат.

Для наглядности сделаем расчет алюминиевых радиаторов по площади. Помещение то же: 16м². Считаем количество секций стандартного размера: 16м²/2м²=8шт. Но использовать хотим маломерные секции высотой 40см. Находим отношение радиаторов выбранного размера к стандартным: 50см/40см=1,25. И теперь корректируем количество: 8шт*1,25=10шт.

Корректировка в зависимости от режима отопительной системы

Производители в паспортных данных указывают максимальную мощность радиаторов: при высокотемпературном режиме использования — температура теплоносителя в подаче 90^оС, в обратке — 70^оС (обозначается 90/70) в помещении при этом должно быть 20^оС. Но в таком режиме современные системы отопления работают очень редко. Обычно используется режим средних мощностей 75/65/20 или даже низкотемпературный с параметрами 55/45/20. Понятно, что требуется расчет откорректировать.

Для учета режима работы системы нужно определить температурный напор системы. Температурный напор — это разница между температурой воздуха и отопительных приборов. При этом температура отопительных приборов считается как среднее арифметическое между значениями подачи и обратки.

Чтобы было понятнее произведем расчет чугунных радиаторов отопления для двух режимов: высокотемпературного и низкотемпературного, секции стандартного размера (50см). Помещение то же: 16м². Одна чугунная секция в высокотемпературном режиме 90/70/20 обогревает 1,5м². Потому нам потребуется 16м²/1,5м²=10,6шт. Округляем — 11шт. В системе планируется использовать низкотемпературный режим 55/45/20. Теперь найдем температурный напор для каждой из систем:

• высокотемпературная 90/70/20- (90+70)/2-20=60^оС;
• низкотемпературный 55/45/20 — (55+45)/2-20=30^оС.

То есть если будет использоваться низкотемпературный режим работы, понадобится в два раза больше секций для обеспечения помещения теплом. Для нашего примера на комнату 16м² требуется 22 секции чугунных радиаторов. Большая получается батарея. Это, кстати, одна из причин, почему этот вид отопительных приборов не рекомендуют использовать в сетях с низкими температурами.

При таком расчете можно принять во внимание и желаемую температуру воздуха. Если вы хотите, чтобы в помещении было не 20^оС а, например, 25^оС просто рассчитайте тепловой напор для этого случая и найдите нужный коэффициент. Сделаем расчет все для тех же чугунных радиаторов: параметры получатся 90/70/25. Считаем температурный напор для этого случая (90+70)/2-25=55^оС. Теперь находим соотношение 60^оС/55^оС=1,1. Чтобы обеспечить температуру в 25^оС нужно 11шт*1,1=12,1шт.

Зависимость мощности радиаторов от подключения и места расположения

Кроме всех описанных выше параметров теплоотдача радиатора изменяется в зависимости от типа подключения. Оптимальным считается диагональное подключение с подачей сверху, в таком случае потерь тепловой мощности нет. Самые большие потери наблюдаются при боковом подключении — 22%. Все остальные — средние по эффективности. Приблизительно величины потерь в процентах указаны на рисунке.

Уменьшается фактическая мощность радиатора и при наличии заграждающих элементов. Например, если сверху нависает подоконник, теплоотдача падает на 7-8%, если он не полностью перекрывает радиатор, то потери 3-5%. При установке сетчатого экрана, который не доходит до пола, потери примерно такие же, как и в случае с нависающим подоконником: 7-8%. А вот если экран закрывает полностью весь отопительный прибор, его теплоотдача уменьшается на 20-25%.

Определение количества радиаторов для однотрубных систем

Есть еще один очень важный момент: все вышеизложенное справедливо для двухтрубной системы отопления, когда на вход каждого из радиаторов поступает теплоноситель с одинаковой температурой. Однотрубная система считается намного сложнее: там на каждый последующий отопительный прибор вода поступает все более холодная. И если хотите рассчитать количество радиаторов для однотрубной системы, нужно каждый раз пересчитывать температуру, а это сложно и долго. Какой выход? Одна из возможностей — определить мощность радиаторов как для двухтрубной системы, а потом пропорционально падению тепловой мощности добавлять секции для увеличения теплоотдачи батареи в целом.

Поясним на примере. На схеме изображена однотрубная система отопления с шестью радиаторами. Количество батарей определили для двухтрубной разводки. Теперь нужно внести корректировку. Для первого отопительного прибора все остается по-прежнему. На второй поступает уже теплоноситель с меньшей температурой. Определяем % падения мощности и на соответствующее значение увеличиваем количество секций. На картинке получается так: 15кВт-3кВт=12кВт. Находим процентное соотношение: падение температуры составляет 20%. Соответственно для компенсации увеличиваем количество радиаторов: если нужно было 8шт, будет на 20% больше — 9 или 10шт. Вот тут и пригодится вам знание помещения: если это спальня или детская, округлите в большую сторону, если гостиная или другое подобное помещение, округляете в меньшую. Принимаете во внимание и расположение относительно сторон света: в северных округляете в большую, в южных — в меньшую.

Этот метод явно не идеален: ведь получится, что последняя в ветке батарея должна будет иметь просто огромные размеры: судя по схеме на ее вход подается теплоноситель с удельной теплоемкостью равной ее мощности, а снять все 100% на практике нереально. Потому обычно при определении мощности котла для однотрубных систем берут некоторый запас, ставят запорную арматуру и подключают  радиаторы через байпас, чтобы можно было отрегулировать теплоотдачу, и таким образом компенсировать падение температуры теплоносителя. Из всего этого следует одно: количество или/и размеры радиаторов в однотрубной системе нужно увеличивать, и по мере удаления от начала ветки ставить все больше секций.

Итоги

Приблизительный расчет количества секций радиаторов отопления дело несложное и быстрое. А вот уточнение в зависимости от всех особенностей помещений, размеров, типа подключения и расположения требует внимания и времени. Зато вы точно сможете определиться с количеством отопительных приборов для создания комфортной атмосферы зимой.

Возможно, вам интересно будет прочитать про расчет мощности котла или определение диаметра труб для системы отопления.

 

 

teplowood.ru

Оценка площади охлаждающей поверхности радиатора

Микросхема УМЗЧ обязательно должна быть установлена на радиаторе – ведь даже в состоянии покоя на ней рассеивается мощность, равная P0=UпI0=(2•25)•0,07=3,5 Вт. Чтобы рассчитать необходимую площадь радиатора, вычислим максимальную рассеиваемую мощность для случая работы в идеальном классе В:
где Uп – полное напряжение источника питания, Rн – сопротивление нагрузки, Р0 – мощность, рассеиваемая в режиме покоя.
При полном напряжении источника питания Uп =50 В, Rн =8 Ом на корпусе микросхемы должна рассеиваться мощность около 19,3 Вт. Ясно, что температура кристалла при работе всегда должна быть ниже 150ºС. Примем температуру окружающего воздуха 53 ºС, тогда тепловое сопротивление переход – окружающая среда должно быть меньше, чем: (150-53)/19,3=5,0 ºС/Вт.

Обычно сумма тепловых сопротивлений корпус – радиатор и радиатор – окружающая среда оказываются меньше, чем 2,0 ºС/Вт. Тепловое сопротивление корпус – радиатор зависит от способа установки микросхемы. Если использовано непосредственное соединение металл – металл, тепловое сопротивление будет примерно 1,0 ºС/Вт при использовании теплопроводной пасты и 1,2 ºС/Вт при ее отсутствии.

При наличии слюдяной прокладки между корпусом и радиатором тепловое сопротивление можно считать равным 1,6 ºС/Вт и 3,4 ºС/Вт соответственно при применении теплопроводной пасты и без нее. Рассмотрим для примера крепление микросхемы к радиатору через слюдяную прокладку с применением теплопроводной пасты. Тепловое сопротивление радиатора должно быть меньше чем 5,0 – 2,0 – 1,6 = 1,4 ºС/Вт. Это рекомендуемое тепловое сопротивление радиатора для данной конструкции.

Полезно оценить результаты расчетов радиатора с помощью какой-нибудь программы, например, [4]. Самый прикидочный расчет площади охлаждающей поверхности радиатора: 20 квадратных сантиметров на каждый ватт рассеиваемой микросхемой мощности.
Для радиаторов, выполненных из алюминиевых сплавов с ребрами не тоньше 3 мм при шаге ребер не менее 10 мм и свободном потоке воздуха площадь радиатора можно оценить следующей приближенной формулой: S[кв см]≈600/Rθр-с[ºС/Вт]=600/1,4=430 кв см.
Как уже указывалось, микросхема LM1875 снабжена эффективной схемой тепловой защиты. Когда температура кристалла микросхемы достигнет 170 ºС, схема тепловой защиты срабатывает, и усилитель выключается. Включение происходит после понижения температуры кристалла до 145 ºС. Однако, если температура кристалла снова начнет повышаться, то теперь отключение произойдет уже при 150 ºС.

http://*****/teplootvod. html

ОУ, выходная мощность которых превышает 1 Вт, обычно требуют установки теплоотвода (радиатора) для охлаждения кристалла. Напомню, что усилитель, работающий в режиме AB, имеет КПД около 50%. Это означает, что он выделяет столько же мощности в виде тепла, сколько отдает в нагрузку. Поэтому для охлаждения кристалла микросхемы (транзистора) необходимо использовать теплоотвод.

Максимальная температура, при которой кристалл близок к разрушению, но еще сохраняет работоспособность, составляет 150 °С. При этом температура корпуса ниже в связи с тепловыми потерями при переходе от кристалла к корпусу и, как правило, не превышает 100 °С. Нормальная температура кристалла составляет 75 °С, а радиатора -50-60 °С. Такая температура соответствует болевому порогу кожи человека, поэтому есть очень простое правило: если вы не обжигаетесь, коснувшись радиатора рукой, его температура находится в норме (конечно, при условии хорошего контакта между радиатором и тепловыделяющим элементом).

Стоит также отметить, что срок службы микросхемы напрямую зависит от ее температуры. Существует правило, гласящее, что при увеличении температуры кристалла на 10 °С срок его службы падает вдвое. Это значит, что при увеличении температуры кристалла с 60 до
100 °С срок его службы снизится уже в 1 б раз! Поэтому эффективное. охлаждение — залог надежной и долгой работы устройства.

Радиаторы, используемые для охлаждения радиоэлементов, классифицируются по строению на:

•  ребристые (рис. 2.17, а);

•  игольчатые (рис. 2.17, б).
По типу вентиляции:

•  с естественной вентиляцией;

•  с принудительной вентиляцией.

Эти типы радиаторов отличаются плотностью расположения ребер или игл. Для радиаторов с естественной вентиляцией расстояние между ребрами (иглами) должно быть не менее 4 мм. К тому же такие радиаторы рассчитаны для работы только в вертикальном положении, когда воздух под действием естественных сил движется между ребрами. Если расстояние между ребрами (иглами) составляет около 2 мм, то такой радиатор рассчитан на принудительную вентиляцию и требует установки вентилятора.

По применяемым материалам:

•  цельные алюминиевые;

•  цельные медные;

•  алюминиевые с медным основанием.

Существуют методики точного расчета радиаторов, учитывающие рассеиваемую мощность, параметры окружающей среды, конфигурацию, материал радиатора и т. д. Однако эти методики нужны на этапе проектирования теплоотвода. Радиолюбители редко самостоятельно изготавливают радиаторы, чаще используя готовые, взятые из старой радиоаппаратуры. В конечном итоге нас интересует только один параметр — максимальная рассеиваемая мощность для этого радиатора. Чтобы определить его, достаточно знать всего две характеристики: тип
вентиляции и площадь рассеивающей поверхности (проще говоря, площадь радиатора).

Площадь ребристого радиатора вычисляется как сумма площадей всех его ребер и площади основания. Заметьте, что у одного ребра две излучающие поверхности. Это значит, что ребро размером 1×1 см имеет площадь 2 см2. Площадь игольчатого радиатора вычисляется как сумма площадей всех его игл и площади основания. Площадь одной иглы можно вычислить по формуле:

S=π (r1+ r2) l

(r1 – радиус нижнего основания усеченного конуса; r2 – радиус верхнего основания усеченного конуса; l – образующая усеченного конуса (длина боковой стороны))

После этого допустимая рассеиваемая мощность может быть оценена по формуле:

где Р — допустимая рассеваемая мощность, Вт; S — площадь радиатора, см2; к — коэффициент, учитывающий тип вентиляции. Для естественной вентиляции к = 33, для принудительной вентиляции к = 11.

Тепловое сопротивление радиатора может быть оценено по формуле Rth=(51*k)/S, описанной здесь: http://forum. /index. php? showtopic=32031

Размерность теплового сопротивления – градус/Ватт. То есть насколько температура кристалла будет выше температуры корпуса при выделении 1 Вт тепла.
Тепловое сопротивление перехода корпус – окружающая среда можно посчитать по приблизительной формуле: Rth=(51*k)/S, где Rth – тепловое сопротивление радиатора в C/W, S – площадь радиатора (в данном случае – площадь детали) в см2, k – коэффициент, учитывающий тип вентиляции (Для естественной вентиляции k = 33, для принудительной вентиляции k = 11).
Тепловые сопротивления детали и радиатора нужно сложить, задать температуру окружающей среды и выделяемую мощность, чтобы получить температуру кристалла.
Чтобы не ломать сильно голову по поводу теплопроводности материалов, скажу что тепловое сопротивление перехода кристалл – корпус обычно находится в пределах от 1 C/W для мощных ИС, и до 3 C/W для маломощных.

В последние годы в радиолюбительской практике все чаще применяются системы охлаждения для процессоров персональных компьютеров (cooler — кулеры). Кулеры современных процессоров рассчитаны на рассеивание мощности около 100 Вт даже при небольшой вентиляции.

Для крепления микросхемы к основанию радиатора можно использовать шурупы с плоской шляпкой либо, при наличии метчика, нарезать резьбу в радиаторе и закрепить микросхему винтом. Между основанием радиатора и корпусом микросхемы обязательно должен быть слой термопасты для улучшения теплопроводности. Наилучшие показатели теплопроводности показывают пасты типа КПТ-81 или «Алсил-3». Их можно купить в любом компьютерном магазине или магазине радиодеталей. Теплопроводность термопаст составляет при-
мерно 0,7- с учетом того, что площадь контакта — 1 -2 см2, тепловое сопротивление термопасты — примерно 10~4 °С/Вт (несоизмеримо мало по сравнению с тепловым сопротивлением перехода кристалл-подложка либо радиатора и окружающей среды), поэтому при тепловом расчете системы охлаждения этой потерей можно пренебречь.

http://forum. /index. php? showtopic=32031

Что бы совсем разобратся нужно на конкретном примере. К примеру есть ИМС длина 2см ширина 1см толщина 0,5 см Мощность 535 мВт Температура воздуха 22 по цельсию. Как считать?

Определяем излучающую площадь микросхемы. Учтем, что она брюхом скорее всего будет прилегать к плате, так что там конвекции не будет. Возьмем эквивалентную площадь брюха как ½ от геометрической площади:
2(2*0,5)+2(1*0,5)+1*2+1*1=2+1+2+1=6 см2 – полная излучающая площадь микросхемы
2. Подсчитаем тепловое сопротивление перехода корпус – воздух:
Rth=(51*k)/S=(51*33)/6=280,5 C/W
3. Микросхема судя по всему маломощная, прими её тепловое сопротивление равным 3 C/W (или можно рассчитать точно, если знаете как)
4. Общее тепловое сопротивление равно 280,5+3=283,5 C/W Это значит что температура кристалла будет на 283,5 градуса выше температуры окр. среды при выделении 1 Вт. тепла.
5. Определяем температуру кристалла: 283,5*0,535+22=173 =)
6. Определяем температуру корпуса: 280,5*0,535+22=172

Резонный вопрос – есть ли здесь ошибка? Ошибка может быть в определении Rth корпуса микросхемы… эта формула используется для определения теплового сопротивления ребристых радиаторов, по этому в области малых значений площади может давать не верный результат. Еще недостатком методики является то, что мы не учитываем охлаждения микросхемы через саму плату.

P. S. хотя если предположить, что микросхема обдувается (k=11). то получается вполне вменяемый результат – 93 C/W

pandia.ru