Calcul d'un radiateur à ailettes en tant qu'élément d'un échangeur de chaleur à convection forcée.

La conception et le calcul thermique d'un système de chauffage est une étape obligatoire dans l'aménagement du chauffage d'une maison. La tâche principale des activités de calcul est de déterminer les paramètres optimaux de la chaudière et du système de radiateurs.

D'accord, à première vue, il peut sembler que seul un ingénieur peut faire un calcul d'ingénierie thermique. Cependant, tout n'est pas si compliqué. Connaissant l'algorithme des actions, il s'avérera d'effectuer indépendamment les calculs nécessaires.

L'article décrit en détail la procédure de calcul et fournit toutes les formules nécessaires. Pour une meilleure compréhension, nous avons préparé un exemple de calcul thermique pour une maison privée.

Normes de régimes de température des locaux

Avant d'effectuer tout calcul des paramètres du système, il est nécessaire, au minimum, de connaître l'ordre des résultats attendus, ainsi que de disposer des caractéristiques standardisées de certaines valeurs tabulaires qui doivent être substituées dans les formules ou laissez-vous guider par eux.

Après avoir effectué des calculs des paramètres avec de telles constantes, on peut être sûr de la fiabilité du paramètre dynamique ou constant recherché du système.

Pour les locaux à diverses fins, il existe des normes de référence pour les régimes de température des locaux résidentiels et non résidentiels. Ces normes sont inscrites dans les soi-disant GOST.

Pour un système de chauffage, l'un de ces paramètres globaux est la température ambiante, qui doit être constante quelles que soient la saison et les conditions ambiantes.

Selon la réglementation des normes et règles sanitaires, il existe des différences de température par rapport aux saisons d'été et d'hiver. Le système de climatisation est responsable du régime de température de la pièce pendant la saison estivale, le principe de son calcul est décrit en détail dans cet article.

Mais la température ambiante en hiver est fournie par le système de chauffage. Par conséquent, nous nous intéressons aux plages de températures et à leurs tolérances pour les écarts pour la saison hivernale.

La plupart des documents réglementaires stipulent les plages de température suivantes qui permettent à une personne d'être à l'aise dans une pièce.

Pour les locaux non résidentiels de type bureau d'une superficie maximale de 100 m2:

• 22 à 24 ° C - température optimale de l'air;
• 1 ° C - fluctuation admissible.

Pour les locaux de type bureau d'une superficie supérieure à 100 m2, la température est de 21-23 ° C. Pour les locaux non résidentiels de type industriel, les plages de température diffèrent considérablement selon la destination des locaux et les normes de protection du travail établies.

Chaque personne a sa propre température ambiante confortable. Quelqu'un aime qu'il fasse très chaud dans la pièce, quelqu'un est à l'aise quand la pièce est fraîche - tout cela est assez individuel

Quant aux locaux d'habitation: appartements, maisons privées, propriétés, etc., il existe certaines plages de températures qui peuvent être ajustées en fonction des souhaits des résidents.

Et pourtant, pour des locaux spécifiques d'un appartement et d'une maison, nous avons:

• 20 à 22 ° C - salle de séjour, y compris la chambre des enfants, tolérance ± 2 ° С -
• 19 à 21 ° C - cuisine, toilette, tolérance ± 2 ° С;
• 24 à 26 ° C - salle de bain, douche, piscine, tolérance ± 1 ° С;
• 16 à 18 ° C - couloirs, couloirs, escaliers, débarras, tolérance + 3 ° С

Il est important de noter qu'il existe plusieurs paramètres de base qui affectent la température dans la pièce et sur lesquels vous devez vous concentrer lors du calcul du système de chauffage: l'humidité (40-60%), la concentration d'oxygène et de dioxyde de carbone dans l'air. (250: 1), la vitesse de déplacement de la masse d'air (0,13-0,25 m / s), etc.

Mécanismes de transfert de chaleur dans le calcul des échangeurs de chaleur

Le transfert de chaleur est effectué à travers trois principaux types de transfert de chaleur. Ce sont la convection, la conduction thermique et le rayonnement.

Dans les processus d'échange de chaleur qui se déroulent selon les principes du mécanisme de conduction thermique, le transfert de chaleur se produit comme un transfert d'énergie des vibrations élastiques des molécules et des atomes. Cette énergie est transférée d'un atome à un autre dans le sens de la diminution.

Lors du calcul des paramètres de transfert de chaleur selon le principe de la conductivité thermique, la loi de Fourier est utilisée:

Pour calculer la quantité de chaleur, des données sur le temps de passage du flux, la surface, le gradient de température, ainsi que sur le coefficient de conductivité thermique sont utilisées. Le gradient de température est compris comme son changement dans le sens du transfert de chaleur par unité de longueur.

Le coefficient de conductivité thermique est compris comme le taux de transfert de chaleur, c'est-à-dire la quantité de chaleur qui traverse une unité de surface par unité de temps.

Tous les calculs thermiques tiennent compte du fait que les métaux ont le coefficient de conductivité thermique le plus élevé. Divers solides ont un rapport beaucoup plus faible. Et pour les liquides, ce chiffre est, en règle générale, inférieur à celui de l'un des solides.

Lors du calcul des échangeurs de chaleur, où le transfert de chaleur d'un milieu à un autre passe à travers la paroi, l'équation de Fourier est également utilisée pour obtenir des données sur la quantité de chaleur transférée. Il est calculé comme la quantité de chaleur qui traverse un plan d'épaisseur infinitésimale:.

Si nous intégrons les indicateurs des changements de température le long de l'épaisseur de la paroi, nous obtenons

Sur cette base, il s'avère que la température à l'intérieur du mur tombe selon la loi de la ligne droite.

Mécanisme de transfert de chaleur par convection: calculs

Un autre mécanisme de transfert de chaleur est la convection. Il s'agit du transfert de chaleur par volumes du milieu grâce à leur mouvement mutuel. Dans ce cas, le transfert de chaleur du milieu au mur et vice versa, du mur au milieu de travail est appelé transfert de chaleur. Pour déterminer la quantité de chaleur transférée, la loi de Newton est utilisée

Dans cette formule, a est le coefficient de transfert de chaleur. Avec un mouvement turbulent du fluide de travail, ce coefficient dépend de nombreuses quantités supplémentaires:

• les paramètres physiques du fluide, en particulier la capacité thermique, la conductivité thermique, la densité, la viscosité;
• les conditions de lavage de la surface de transfert de chaleur avec un gaz ou un liquide, notamment la vitesse du fluide, sa direction;
• conditions spatiales qui limitent l'écoulement (longueur, diamètre, forme de la surface, sa rugosité).

Par conséquent, le coefficient de transfert de chaleur est fonction de nombreuses quantités, ce qui est indiqué dans la formule

La méthode d'analyse dimensionnelle permet de dériver une relation fonctionnelle entre des critères de similitude qui caractérisent le transfert de chaleur avec un écoulement turbulent dans des tuyaux lisses, droits et longs.

Ceci est calculé à l'aide de la formule.

Coefficient de transfert de chaleur dans le calcul des échangeurs de chaleur

En technologie chimique, il existe souvent des cas d'échange d'énergie thermique entre deux fluides à travers une paroi de séparation. Le processus d'échange de chaleur passe par trois étapes. Le flux de chaleur pour un processus en régime permanent reste inchangé.

Le calcul du flux thermique passant du premier fluide de travail à la paroi, puis à travers la paroi de la surface de transfert thermique et ensuite de la paroi au deuxième fluide de travail est effectué.

En conséquence, trois formules sont utilisées pour les calculs:

À la suite de la solution conjointe des équations, nous obtenons

La quantité

et il y a le coefficient de transfert de chaleur.

Calcul de la différence de température moyenne

Lorsque la quantité de chaleur requise a été déterminée à l'aide du bilan thermique, il est nécessaire de calculer la surface d'échange thermique (F).

Lors du calcul de la surface d'échange thermique requise, la même équation est utilisée que dans les calculs précédents:

Dans la plupart des cas, la température du fluide de travail changera au cours des processus d'échange de chaleur. Cela signifie que la différence de température changera le long de la surface d'échange thermique. Par conséquent, la différence de température moyenne est calculée.Et en raison du fait que le changement de température n'est pas linéaire, la différence logarithmique est calculée. Contrairement à un écoulement direct, avec un contre-courant de fluide de travail, la surface requise de la surface d'échange thermique doit être inférieure. Si les flux directs et à contre-courant sont utilisés dans la même course d'échangeur de chaleur, la différence de température est déterminée en fonction du rapport.

Calcul de la perte de chaleur dans la maison

Selon la deuxième loi de la thermodynamique (physique scolaire), il n'y a pas de transfert spontané d'énergie de mini-ou macro-objets moins chauffés vers des mini-ou macro-objets plus chauffés. Un cas particulier de cette loi est «l'effort» pour créer un équilibre de température entre deux systèmes thermodynamiques.

Par exemple, le premier système est un environnement avec une température de -20 ° C, le second système est un bâtiment avec une température interne de + 20 ° C. Selon la loi ci-dessus, ces deux systèmes s'efforceront de s'équilibrer par l'échange d'énergie. Cela se produira à l'aide des pertes de chaleur du deuxième système et du refroidissement du premier.

On peut dire sans équivoque que la température ambiante dépend de la latitude à laquelle se trouve la maison privée. Et la différence de température affecte la quantité de fuites de chaleur du bâtiment (+)

La perte de chaleur signifie le dégagement involontaire de chaleur (énergie) d'un objet (maison, appartement). Pour un appartement ordinaire, ce processus n'est pas si "perceptible" par rapport à une maison privée, car l'appartement est situé à l'intérieur du bâtiment et est "adjacent" à d'autres appartements.

Dans une maison privée, la chaleur «s'échappe» à un degré ou à un autre à travers les murs extérieurs, le sol, le toit, les fenêtres et les portes.

Connaissant la quantité de chaleur perdue pour les conditions météorologiques les plus défavorables et les caractéristiques de ces conditions, il est possible de calculer avec une grande précision la puissance du système de chauffage.

Ainsi, le volume des fuites de chaleur du bâtiment est calculé à l'aide de la formule suivante:

Q = Qfloor + Qwall + Qwindow + Qroof + Qdoor +… + Qioù

Qi - le volume de perte de chaleur dû à l'aspect uniforme de l'enveloppe du bâtiment.

Chaque composant de la formule est calculé par la formule:

Q = S * ∆T / Roù

• Q - fuites thermiques, V;
• S - superficie d'un type de structure spécifique, m2. m;
• ∆T - différence de température entre l'air ambiant et l'air intérieur, ° C;
• R - résistance thermique d'un certain type de structure, m2 * ° C / W.

Il est recommandé de prendre la valeur même de la résistance thermique des matériaux réellement existants dans les tableaux auxiliaires.

De plus, la résistance thermique peut être obtenue en utilisant le rapport suivant:

R = d / koù

• R - résistance thermique, (m2 * K) / W;
• k - coefficient de conductivité thermique du matériau, W / (m2 * K);
• ré Est l'épaisseur de ce matériau, m.

Dans les maisons anciennes avec une structure de toit humide, les fuites de chaleur se produisent par le haut du bâtiment, à savoir par le toit et le grenier. La mise en œuvre de mesures de réchauffement du plafond ou d'isolation thermique du toit du grenier résout ce problème.

Si vous isolez le grenier et le toit, la perte totale de chaleur de la maison peut être considérablement réduite.

Il existe plusieurs autres types de perte de chaleur dans la maison par des fissures dans les structures, un système de ventilation, une hotte de cuisine, l'ouverture des fenêtres et des portes. Mais cela n'a aucun sens de prendre en compte leur volume, car ils ne représentent pas plus de 5% du nombre total de fuites de chaleur principales.

Inspection par imagerie thermique du réseau de chaleur

Le calcul des pertes thermiques dans les réseaux de chaleur a été complété par une étude d'imagerie thermique.

Une étude par imagerie thermique d'un réseau de chauffage permet de détecter les défauts locaux dans les canalisations et l'isolation thermique en vue d'une réparation ou d'un remplacement ultérieur.

L'isolation thermique des canalisations avec caloporteur est endommagée. La température maximale dans les zones ouvertes était de 59,3 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 54,5 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 56,2 ° C

L'isolation thermique des canalisations avec caloporteur est endommagée.La température maximale dans les zones ouvertes était de 66,3 ° C

Sections ouvertes de canalisations sans isolation.

Sections ouvertes de canalisations sans isolation.

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement.

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 62,5 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 63,2 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 63,8 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 66,5 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 63,5 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 69,5 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 62,2 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 52,0 ° C

Sections ouvertes de canalisations sans isolation. La température maximale dans les zones ouvertes était de 62,4 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement sous l'influence de l'environnement.

Renseignez-vous sur l'enquête sur les systèmes d'approvisionnement en eau.

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement sous l'influence de l'environnement.

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 67,6 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement. La température maximale dans les zones ouvertes était de 58,8 ° C

Destruction partielle de l'isolation thermique des canalisations avec un liquide de refroidissement sous l'influence de l'environnement.

Détermination de la puissance de la chaudière

Pour maintenir la différence de température entre l'environnement et la température à l'intérieur de la maison, un système de chauffage autonome est nécessaire pour maintenir la température souhaitée dans chaque pièce d'une maison privée.

Le système de chauffage repose sur différents types de chaudières: à combustible liquide ou solide, électrique ou à gaz.

La chaudière est l'unité centrale du système de chauffage qui génère de la chaleur. La principale caractéristique de la chaudière est sa puissance, à savoir le taux de conversion de la quantité de chaleur par unité de temps.

Après avoir fait des calculs de la charge thermique pour le chauffage, nous obtiendrons la puissance nominale requise de la chaudière.

Pour un appartement ordinaire à plusieurs pièces, la puissance de la chaudière est calculée en fonction de la surface et de la puissance spécifique:

Rboiler = (Sroom * Rudelnaya) / 10où

• Chambres S- la superficie totale de la pièce chauffée;
• Rudellnaya- densité de puissance par rapport aux conditions climatiques.

Mais cette formule ne prend pas en compte les pertes de chaleur, qui sont suffisantes dans une maison privée.

Il existe une autre relation qui prend en compte ce paramètre:

Рboiler = (Qloss * S) / 100où

• Rkotla- puissance de la chaudière;
• Qloss- perte de chaleur;
• S - espace chauffé.

La puissance nominale de la chaudière doit être augmentée. Le stock est nécessaire si vous prévoyez d'utiliser la chaudière pour chauffer l'eau de la salle de bain et de la cuisine.

Dans la plupart des systèmes de chauffage des maisons privées, il est recommandé d'utiliser un vase d'expansion dans lequel une réserve de liquide de refroidissement sera stockée. Chaque maison privée a besoin d'eau chaude

Afin de prévoir la réserve de marche de la chaudière, le facteur de sécurité K doit être ajouté à la dernière formule:

Рboiler = (Qloss * S * K) / 100où

À - sera égal à 1,25, c'est-à-dire que la puissance estimée de la chaudière sera augmentée de 25%.

Ainsi, la puissance de la chaudière permet de maintenir la température standard de l'air dans les pièces du bâtiment, ainsi que d'avoir un volume initial et supplémentaire d'eau chaude dans la maison.

Brève description du réseau de chaleur

Pour couvrir les charges thermiques, une chaufferie de production et de chauffage est utilisée, dont le principal combustible est le gaz naturel.

La chaufferie génère

• vapeur pour les besoins technologiques - toute l'année
• eau chaude pour les besoins de chauffage - pendant la saison de chauffage et
• approvisionnement en eau chaude - toute l'année.
• Le projet prévoit l'exploitation du réseau de chaleur selon un programme de température de 98/60 degrés. AVEC.

Le schéma de raccordement du système de chauffage dépend.

Des réseaux de chaleur, assurant la transmission de chaleur pour les besoins de chauffage de l'ensemble du village et d'alimentation en eau chaude de sa partie rive droite, sont installés en surface et en sous-sol.

Le réseau de chaleur est ramifié, sans issue.

Les réseaux de chaleur ont été mis en service en 1958. La construction s'est poursuivie jusqu'en 2007.

Isolation thermique réalisée

• tapis en laine de verre de 50 mm d'épaisseur, avec une couche de recouvrement en rouleau,
• mousse de polystyrène extrudé type TERMOPLEKS de 40 mm d'épaisseur, avec une couche de revêtement en tôle galvanisée et polyéthylène expansé de 50 mm d'épaisseur.

Au cours de l'opération, certaines sections du réseau de chaleur ont été réparées avec le remplacement des canalisations et de l'isolation thermique.

Caractéristiques de la sélection de radiateurs

Les radiateurs, les panneaux, les systèmes de chauffage par le sol, les convecteurs, etc. sont des composants standard pour fournir de la chaleur dans une pièce Les éléments les plus courants d'un système de chauffage sont les radiateurs.

Le dissipateur thermique est une structure de type modulaire creuse spéciale en alliage à haute dissipation thermique. Il est fait d'acier, d'aluminium, de fonte, de céramique et d'autres alliages. Le principe de fonctionnement d'un radiateur de chauffage est réduit au rayonnement de l'énergie du liquide de refroidissement dans l'espace de la pièce à travers les «pétales».

Un radiateur de chauffage en aluminium et bimétallique a remplacé les radiateurs massifs en fonte. La facilité de production, la dissipation thermique élevée, la bonne construction et la bonne conception ont fait de ce produit un outil populaire et répandu pour rayonner la chaleur à l'intérieur.

Il existe plusieurs méthodes pour calculer les radiateurs de chauffage dans une pièce. La liste des méthodes ci-dessous est triée par ordre croissant de précision de calcul.

Options de calcul:

1. Par zone... N = (S * 100) / C, où N est le nombre de sections, S est la surface de la pièce (m2), C est le transfert de chaleur d'une section du radiateur (W, tiré de ces passeports ou certificat de produit), 100 W est la quantité de flux de chaleur nécessaire pour chauffer 1 m2 (valeur empirique). La question se pose: comment prendre en compte la hauteur du plafond de la pièce?
2. Par volume... N = (S * H ​​* 41) / C, où N, S, C - de la même manière. H est la hauteur de la pièce, 41 W est la quantité de flux thermique nécessaire pour chauffer 1 m3 (valeur empirique).
3. Par cotes... N = (100 * S * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C, où N, S, C et 100 sont similaires. k1 - en tenant compte du nombre de chambres dans l'unité vitrée de la fenêtre de la pièce, k2 - isolation thermique des murs, k3 - le rapport de la surface des fenêtres à la surface de la pièce, k4 - la température moyenne inférieure à zéro pendant la semaine la plus froide de l'hiver, k5 - le nombre de murs extérieurs de la pièce (qui «sortent» de la rue), k6 - le type de pièce en haut, k7 - la hauteur du plafond.

C'est la manière la plus précise de calculer le nombre de sections. Naturellement, les résultats des calculs fractionnaires sont toujours arrondis à l'entier suivant.

Dispositions générales

Toute méthode de calcul simple comporte une erreur assez importante. Cependant, d'un point de vue pratique, il est important pour nous de garantir une puissance calorifique suffisante et garantie. Si cela s'avère plus nécessaire même au plus fort du froid hivernal, et alors?

Dans un appartement où le chauffage est payé à la surface, la chaleur des os ne fait pas mal; et les manettes de régulation et les régulateurs de température thermostatiques ne sont pas quelque chose de très rare et inaccessible.

Dans le cas d'une maison privée et d'une chaudière privée, le prix du kilowatt de chaleur nous est bien connu, et il semblerait que l'excès de chauffage vous touche la poche. En pratique, cependant, ce n'est pas le cas. Toutes les chaudières à gaz et électriques modernes pour chauffer une maison privée sont équipées de thermostats qui régulent le transfert de chaleur en fonction de la température de la pièce.

Le thermostat empêchera la chaudière de gaspiller l'excès de chaleur.

Même si notre calcul de la puissance des radiateurs de chauffage donne une erreur significative dans une large mesure, nous ne risquons que le coût de quelques sections supplémentaires.

À propos: en plus des températures hivernales moyennes, des gelées extrêmes se produisent toutes les quelques années.

On soupçonne qu'en raison des changements climatiques mondiaux, ils se produiront de plus en plus souvent, alors lors du calcul des radiateurs de chauffage, n'ayez pas peur de faire une grosse erreur.

Calcul hydraulique de l'approvisionnement en eau

Bien entendu, le «tableau» du calcul de la chaleur pour le chauffage ne peut être complet sans calculer des caractéristiques telles que le volume et la vitesse du caloporteur. Dans la plupart des cas, le liquide de refroidissement est de l'eau ordinaire à l'état d'agrégation liquide ou gazeux.

Il est recommandé de calculer le volume réel du caloporteur en additionnant toutes les cavités du système de chauffage. Lorsque vous utilisez une chaudière à circuit unique, c'est la meilleure option. Lors de l'utilisation de chaudières à double circuit dans le système de chauffage, il est nécessaire de prendre en compte la consommation d'eau chaude à des fins hygiéniques et à d'autres fins domestiques.

Le calcul du volume d'eau chauffé par une chaudière à double circuit pour fournir de l'eau chaude aux habitants et chauffer le liquide de refroidissement se fait en additionnant le volume interne du circuit de chauffage et les besoins réels des utilisateurs en eau chauffée.

Le volume d'eau chaude dans le système de chauffage est calculé à l'aide de la formule:

W = k * Poù

• W - le volume du caloporteur;
• P - puissance de la chaudière de chauffage;
• k - facteur de puissance (le nombre de litres par unité de puissance est de 13,5, plage - 10-15 litres).

En conséquence, la formule finale ressemble à ceci:

W = 13,5 * P

Le débit du fluide chauffant est l'évaluation dynamique finale du système de chauffage, qui caractérise la vitesse de circulation du liquide dans le système.

Cette valeur permet d'estimer le type et le diamètre du pipeline:

V = (0,86 * P * μ) / ∆Toù

• P - puissance de la chaudière;
• μ - efficacité de la chaudière;
• ∆T - la différence de température entre l'eau d'alimentation et l'eau de retour.

En utilisant les méthodes de calcul hydraulique ci-dessus, il sera possible d'obtenir des paramètres réels, qui sont le «fondement» du futur système de chauffage.

Sur la sélection et le calcul thermique des appareils de chauffage

Un certain nombre de questions ont été débattues lors de la table ronde, telles que, par exemple, la création d'un système de vérification des systèmes d'ingénierie des bâtiments et des structures, le respect par les fabricants, les fournisseurs et les chaînes de vente au détail des exigences de protection des droits des consommateurs, les essais obligatoires des appareils de chauffage avec indication obligatoire des conditions d'essai des appareils, élaboration de règles de conception et utilisation d'appareils de chauffage. Au cours de la discussion, encore une fois, le fonctionnement insatisfaisant des instruments a été noté.

À cet égard, je tiens à noter que le fonctionnement insatisfaisant du système de chauffage peut être jugé non seulement par appareils de chauffage... La raison est également possible dans les données d'ingénierie thermique abaissées (par rapport aux données de conception) des murs extérieurs, des fenêtres, des revêtements et dans l'alimentation en eau du système de chauffage à température réduite. Tout cela doit être reflété dans les matériaux pour une évaluation complète de l'état technique du système de chauffage.

Le transfert de chaleur réel des appareils de chauffage peut être inférieur à celui requis pour diverses raisons. Premièrement, en réalité, les appareils de chauffage sont séparés des différents types de locaux par des clôtures décoratives, des rideaux et des meubles. Deuxièmement, le non-respect des exigences des règles pour le fonctionnement technique des systèmes de chauffage [1].

La dissipation thermique des appareils est influencée, par exemple, par la composition et la couleur de la peinture. Réduit le transfert de chaleur et les radiateurs situés dans les niches.

La méthode de calcul thermique des appareils de chauffage, donnée dans le manuel du concepteur bien connu [2], est actuellement invalide pour un certain nombre de raisons.

Actuellement, les appareils de chauffage sont souvent choisis en fonction de la valeur de son flux thermique nominal, c'est-à-dire sans tenir compte du coefficient complexe d'amener le flux thermique nominal aux conditions réelles, en fonction du système de chauffage (monotube ou bi-tube ), la température du liquide de refroidissement et de l'air dans la pièce, dont la valeur, en règle générale, inférieure à 1. L'ouvrage présente le calcul thermique recommandé des appareils modernes [3].

Le choix des dispositifs consiste à déterminer le nombre de sections d'un radiateur pliable ou le type de radiateur ou convecteur non pliable dont la surface externe de transfert de chaleur doit assurer le transfert d'au moins le flux thermique requis dans la pièce ( Fig. 1).

Le calcul est effectué à la température du liquide de refroidissement avant et après le réchauffeur (dans les bâtiments résidentiels et publics, en règle générale, de l'eau ou un liquide non congélateur est utilisé), la consommation de chaleur de la pièce Qnom, correspondant à la chaleur calculée déficit de celui-ci, rapporté à un appareil de chauffage, à la température de l'air extérieur estimée [quatre].

Le nombre estimé de sections de radiateurs pliables avec une précision suffisante peut être déterminé par la formule suivante:

Le type et la longueur des radiateurs et convecteurs non séparables doivent être déterminés à partir de la condition que leur flux thermique nominal Qpom ne soit pas inférieur au transfert thermique calculé Qopr:

où Qopr est la puissance thermique estimée du réchauffeur, W; qsecr est la densité de flux thermique calculée d'une section de l'appareil, W; Qtr est le transfert de chaleur total des conduites montantes et des raccords, posés ouvertement à l'intérieur des locaux, liés au dispositif de chauffage, W; β est un coefficient qui prend en compte la méthode d'installation, l'emplacement de l'appareil de chauffage [2, 3] (lors de l'installation de l'appareil, par exemple, il est ouvert près de la paroi extérieure β = 1, s'il y a un écran devant les dispositifs avec des fentes dans la partie supérieure β = 1,4, et lorsqu'il est situé convecteur dans la structure du plancher, la valeur du coefficient atteint 2); β1 - coefficient tenant compte de l'évolution du transfert de chaleur du radiateur en fonction du nombre de sections ou de la longueur de l'appareil, β1 = 0,95-1,05; b - coefficient tenant compte de la pression atmosphérique, b = 0,95-1,015; qв et qr - transfert de chaleur de 1 m de tuyaux verticaux et horizontaux à pose ouverte [W / m], pris pour les tuyaux non isolés et isolés selon le tableau. 1 [2, 3]; lw et lg - longueur des tuyaux verticaux et horizontaux à l'intérieur des locaux, m; qnom et Qnom - la densité de flux thermique nominale d'une section d'un appareil de chauffage pliable ou d'un type correspondant non pliable, donnée en [3], dans les Recommandations du laboratoire d'appareils de chauffage "NIisantekhniki" (LLC "Vitaterm") et dans les catalogues des fabricants d'appareils, avec une différence de température moyenne du liquide de refroidissement et de l'air ambiant Δtav égale à 70 ° C, et avec un débit d'eau de 360 ​​kg / h dans l'appareil; Δtav et Gpr - différence de température réelle 0,5 (tg + to) - tv et débit de liquide de refroidissement [kg / h] dans l'appareil; n et p sont des indicateurs numériques expérimentaux qui prennent en compte le changement du coefficient de transfert de chaleur de l'appareil aux valeurs réelles de la différence de température moyenne et du débit du liquide de refroidissement, ainsi que le type et le schéma de raccordement du dispositif aux tuyaux du système de chauffage, adopté selon [3] ou selon les Recommandations du laboratoire d'appareils de chauffage "NIIsantekhniki"; tg, to et tв - les valeurs calculées des températures du liquide de refroidissement avant et après l'appareil et de l'air dans la pièce donnée, ° C; Kopotn est un coefficient complexe permettant d'amener le flux thermique nominal dans des conditions réelles.

Lors du choix du type d'appareil de chauffage [4], il convient de garder à l'esprit que sa longueur dans les bâtiments aux exigences sanitaires élevées doit être d'au moins 75%, dans les bâtiments résidentiels et autres bâtiments publics - au moins 50% de la longueur du puits de lumière

Le débit estimé du fluide chauffant passant à travers le réchauffeur [kg / h] peut être déterminé par la formule:

La valeur de Qpom correspond ici à la charge thermique affectée à un appareil de chauffage (lorsqu'il y en a deux ou plus dans la pièce).

Lors du choix du type d'appareil de chauffage [4], il convient de garder à l'esprit que sa longueur dans les bâtiments aux exigences sanitaires et hygiéniques accrues (hôpitaux, établissements préscolaires, écoles, foyers pour personnes âgées et handicapées) doit être d'au moins 75%, dans les bâtiments résidentiels et autres bâtiments publics - pas moins de 50% de la longueur de l'ouverture lumineuse.

Exemples de sélection d'appareils de chauffage

Exemple 1. Déterminer le nombre requis de sections du radiateur MC-140-M2, installé sans écran sous le rebord de fenêtre d'une fenêtre de 1,5 X 1,5 m, s'il est connu: le système de chauffage est à deux tuyaux, vertical, la pose des tuyaux est ouverte, nominale diamètres des tuyaux verticaux (colonnes montantes) à l'intérieur des locaux 20 mm, horizontaux (connexions au radiateur) 15 mm, la consommation de chaleur calculée Qpom de la pièce n ° 1 est de 1000 W, la température de l'eau d'alimentation calculée tg et celle de l'eau de retour sont égales à 95 et 70 ° C, la température de l'air ambiant tв = 20 ° C, l'appareil est connecté par le schéma "top-down", la longueur des tuyaux verticaux lw et horizontaux lg est de 6 et 3 m, respectivement. Le flux thermique nominal d'une section qnom est de 160 W.

Décision.

1. On retrouve le débit d'eau Gpr traversant le radiateur:

Les indices n et p sont respectivement de 0,3 et 0,02; β = 1,02, β1 = 1 et b = 1.

2. Trouvez la différence de température Δtav:

3. On retrouve le transfert de chaleur des tuyaux Qtr, en utilisant les tableaux de transfert de chaleur des tuyaux verticaux et horizontaux posés à ciel ouvert:

4. Déterminez le nombre de sections Npr:

Quatre sections doivent être acceptées pour l'installation. Cependant, la longueur du radiateur de 0,38 m est inférieure à la moitié de la taille de la fenêtre. Par conséquent, il est plus correct d'installer un convecteur, par exemple "Santekhprom Auto". Les indices n et p pour le convecteur sont pris égaux respectivement à 0,3 et 0,18.

Le transfert thermique calculé du convecteur Qopr est obtenu par la formule:

Nous acceptons un convecteur "Santekhprom Auto" de type KSK20-0.918kA avec un flux thermique nominal Qnom = 918 W. La longueur du boîtier du convecteur est de 0,818 m.

Exemple 2. Déterminer le nombre requis de sections de radiateur MC-140-M2 à la température d'eau d'alimentation calculée tg et de retour à 85 et 60 ° C. Le reste des données initiales est le même.

Décision.

Dans ce cas: Δtav = 52,5 ° C; le transfert de chaleur des tuyaux sera

Six sections sont acceptées pour l'installation. L'augmentation du nombre requis de sections de radiateur dans le deuxième exemple est causée par une diminution des températures de départ et de retour calculées dans le système de chauffage.

Selon les calculs (exemple 5), un convecteur mural "Santechprom Super Auto" avec un flux thermique nominal de 3070 W peut être accepté pour l'installation. À titre d'exemple - un convecteur KSK 20-3070k de profondeur moyenne avec un corps de vanne angulaire en acier KTK-U1 et avec une section de fermeture. Longueur du boîtier du convecteur 1273 mm, hauteur totale 419 mm

La longueur du radiateur de 0,57 m est inférieure à la moitié de la taille de la fenêtre. Par conséquent, vous devez installer un radiateur d'une hauteur inférieure, par exemple du type MC-140-300, le flux thermique nominal d'une section dont qnom est de 0,12 kW (120 W).

On trouve le nombre de sections par la formule suivante:

Nous acceptons huit sections pour l'installation. Le radiateur mesure 0,83 m de long, soit plus de la moitié de la taille de la fenêtre.

Exemple 3. Déterminer le nombre requis de sections du radiateur MC-140-M2, installé sous des appuis de fenêtre sans écran de deux fenêtres mesurant 1,5 x 1,5 m avec un mur, si connu: le système de chauffage est à deux tuyaux, vertical, pose de tuyaux ouverts , diamètres nominaux des tuyaux verticaux dans la pièce 20 mm, horizontaux (connexions avant et après le radiateur) 15 mm, la consommation de chaleur calculée de la pièce Qpom est de 3000 W, les températures calculées de l'eau d'alimentation tg et de l'eau de retour sont de 95 et 70 ° C, la température de l'air dans la pièce est tв = 20 ° C, la connexion de l'appareil

selon le schéma "descendant", la longueur des tuyaux verticaux lw et horizontaux lg est respectivement de 6 et 4 m. Flux thermique nominal d'une section qnom = 0,16 kW (160 W). Décision.

1. Déterminez le débit d'eau Gpr traversant deux radiateurs:

Les indicateurs n et p valent respectivement 0,3 et 0,02; β = 1,02, β1 = 1 et b = 1.

2. Trouvez la différence de température Δtav:

3. On retrouve le transfert de chaleur des tuyaux Qtr, en utilisant les tableaux de transfert de chaleur des tuyaux verticaux et horizontaux posés à ciel ouvert:

4. Déterminez le nombre total de sections Npr:

Nous accepterons pour l'installation deux radiateurs de 9 et 10 sections.

Exemple 4. Déterminer le nombre requis de sections de radiateur MC-140-M2 à la température d'eau d'alimentation calculée tg et inverser à, égal à 85 et 60 ° C. Le reste des données initiales est le même.

Décision.

Dans ce cas: Δtav = 52,5 ° C; le transfert de chaleur des tuyaux sera:

Nous accepterons pour l'installation deux radiateurs de 12 sections.

Exemple 5. Déterminer le type de convecteur aux températures de conception de l'eau d'alimentation tp et de retour à, égales à 85 et 60 ° C, et la consommation de chaleur calculée de la pièce Qpom, égale à 2000 W. Le reste des données initiales est présenté dans l'exemple 3: n = 0,3, p = 0,18.

Dans ce cas: Δtav = 52,5 ° C; le transfert de chaleur des tuyaux sera:

Puis

Il est possible d'accepter pour l'installation un convecteur mural "Santekhprom Super Auto" avec un flux thermique nominal de 3070 W. Convecteur KSK 20-3070k de profondeur moyenne, par exemple, avec un corps de vanne angulaire en acier KTK-U1 et avec une section de fermeture. La longueur du boîtier du convecteur est de 1273 mm, la hauteur totale est de 419 mm.

Il est également possible d'installer un convecteur KS20-3030 fabriqué par NBBK LLC avec un flux thermique nominal de 3030 W et une longueur de boîtier de 1327 mm.

Exemple de conception thermique

À titre d'exemple de calcul de la chaleur, il y a une maison ordinaire d'un étage avec quatre pièces à vivre, une cuisine, une salle de bain, un «jardin d'hiver» et des buanderies.

La fondation est constituée d'une dalle monolithique en béton armé (20 cm), les murs extérieurs sont en béton (25 cm) avec du plâtre, le toit est fait de poutres en bois, le toit est en métal et laine minérale (10 cm)

Désignons les paramètres initiaux de la maison, nécessaires aux calculs.

Dimensions du bâtiment:

• hauteur du sol - 3 m;
• petite fenêtre de l'avant et de l'arrière du bâtiment 1470 * 1420 mm;
• grande fenêtre de façade 2080 * 1420 mm;
• portes d'entrée 2000 * 900 mm;
• portes arrière (sortie sur la terrasse) 2000 * 1400 (700 + 700) mm.

La largeur totale du bâtiment est de 9,5 m2, la longueur est de 16 m2. Seuls les salons (4 pcs.), Une salle de bain et une cuisine seront chauffés.

Pour calculer avec précision la perte de chaleur sur les murs à partir de la surface des murs extérieurs, vous devez soustraire la surface de toutes les fenêtres et portes - il s'agit d'un type de matériau complètement différent avec sa propre résistance thermique

Nous commençons par calculer les surfaces de matériaux homogènes:

• surface au sol - 152 m2;
• surface du toit - 180 m2, en tenant compte de la hauteur du grenier de 1,3 m et de la largeur de la piste - 4 m;
• surface de la fenêtre - 3 * 1,47 * 1,42 + 2,08 * 1,42 = 9,22 m2;
• surface de la porte - 2 * 0,9 + 2 * 2 * 1,4 = 7,4 m2.

La superficie des murs extérieurs sera de 51 * 3-9,22-7,4 = 136,38 m2.

Passons au calcul de la perte de chaleur pour chaque matériau:

• Qpol = S * ∆T * k / d = 152 * 20 * 0,2 / 1,7 = 357,65 W;
• Qroof = 180 * 40 * 0,1 / 0,05 = 14400 W;
• Qwindow = 9,22 * 40 * 0,36 / 0,5 = 265,54 W;
• Qdoor = 7,4 * 40 * 0,15 / 0,75 = 59,2 W;

Et aussi Qwall équivaut à 136,38 * 40 * 0,25 / 0,3 = 4546. La somme de toutes les pertes de chaleur sera de 19628,4 W.

En conséquence, nous calculons la puissance de la chaudière: Рboiler = Qloss * Sheat_room * К / 100 = 19628,4 * (10,4 + 10,4 + 13,5 + 27,9 + 14,1 + 7,4) * 1,25 / 100 = 19628,4 * 83,7 * 1,25 / 100 = 20536,2 = 21 kW.

Nous calculerons le nombre de sections de radiateur pour l'une des pièces. Pour tout le monde, les calculs sont les mêmes. Par exemple, une pièce d'angle (à gauche, coin inférieur du diagramme) fait 10,4 m2.

Par conséquent, N = (100 * k1 * k2 * k3 * k4 * k5 * k6 * k7) / C = (100 * 10,4 * 1,0 * 1,0 * 0,9 * 1,3 * 1,2 * 1,0 * 1,05) /180=8,5176=9.

Cette pièce nécessite 9 sections d'un radiateur de chauffage avec une puissance calorifique de 180 W.

Nous passons au calcul de la quantité de liquide de refroidissement dans le système - W = 13,5 * P = 13,5 * 21 = 283,5 litres. Cela signifie que la vitesse du liquide de refroidissement sera: V = (0,86 * P * μ) / ∆T = (0,86 * 21000 * 0,9) /20=812,7 litres.

En conséquence, un renouvellement complet de la totalité du volume de liquide de refroidissement dans le système équivaudra à 2,87 fois par heure.

Une sélection d'articles sur le calcul thermique aidera à déterminer les paramètres exacts des éléments du système de chauffage:

1. Calcul du système de chauffage d'une maison privée: règles et exemples de calcul
2. Calcul thermique d'un bâtiment: spécificités et formules pour effectuer des calculs + exemples pratiques

Calcul d'un radiateur à ailettes en tant qu'élément d'un échangeur de chaleur à convection forcée.

Une technique est présentée, utilisant un exemple de processeur Intel Pentium4 Willamette 1,9 GHz et d'un refroidisseur B66-1A fabriqué par ADDA Corporation, qui décrit la procédure de calcul des radiateurs à ailettes conçus pour refroidir les éléments générateurs de chaleur des équipements électroniques à convection forcée et à plat. surfaces de contact thermique d'une puissance allant jusqu'à 100 W. Cette technique permet de calculer en pratique des dispositifs modernes de petite taille à hautes performances pour l'évacuation de la chaleur et de les appliquer à l'ensemble du spectre des dispositifs radioélectroniques nécessitant un refroidissement.

Paramètres définis dans les données initiales:

P

= 67 W, la puissance dissipée par l'élément refroidi;

qavec

= 296 ° K, la température du milieu (air) en degrés Kelvin;

qavant que

= 348 ° K, la température limite du cristal;

qR

= nn ° K, température moyenne de la base du radiateur (calculée lors du calcul);

H

= 3 10-2 m, hauteur de l'ailette du radiateur en mètres;

ré

= 0,8 10-3 m, épaisseur de nervure en mètres;

b

= 1,5 10-3 m, la distance entre les nervures;

lm

= 380 W / (m ° K), coefficient de conductivité thermique du matériau du radiateur;

L

= 8,3 10-2 m, la taille du radiateur le long du bord en mètres;

B

= 6,9 10-2 m, la taille du radiateur à travers les ailettes;

MAIS

= 8 10-3 m, l'épaisseur de la base du radiateur;

V

³ 2 m / s, vitesse de l'air dans les canaux du radiateur;

Z

= 27, le nombre d'ailettes de radiateur;

uR

= nn K, la température de surchauffe de la base du radiateur, est calculée lors du calcul;

eR

= 0,7, le degré de noirceur du radiateur.

On suppose que la source de chaleur est située au centre du radiateur.

Toutes les dimensions linéaires sont mesurées en mètres, la température en Kelvin, la puissance en watts et le temps en secondes.

La conception du radiateur et les paramètres requis pour les calculs sont illustrés à la Fig.1.

Image 1.

Procédure de calcul.

1. Déterminez la section transversale totale des canaux entre les nervures par la formule:

Sк = (Z - 1) · b · H [1]

Pour les données initiales acceptées - Sk = (Z - 1) b H = (27-1) 1,5 10-3 3 10-2 = 1,1 10-3 m2

Pour une installation centrale du ventilateur, le flux d'air sort par les deux surfaces d'extrémité et la section transversale des canaux double à 2,2 10-3 m2.

2. Nous fixons deux valeurs pour la température de la base du radiateur et effectuons le calcul pour chaque valeur:

qр = {353 (+ 80 ° С) et 313 (+ 40 ° С)}

À partir de là, la température de surchauffe de la base du radiateur est déterminée. uR

concernant l’environnement.

uр = qр - qс [2]

Pour le premier point, uр = 57 ° K, pour le second, uр = 17 ° K.

3. Déterminez la température q

nécessaire pour calculer les critères Nusselt (Nu) et Reynolds (Re):

q = qс + P / (2 · V · Sк · r · Cр) [3]

Où: qavec
–
température de l'air ambiant, environnement,

V

- vitesse de l'air dans les canaux entre les nervures, en m / s;

Sà

- la section transversale totale des canaux entre les nervures, en m2;

r

- densité de l'air à température
q
Mer, en kg / m3,

q

cf = 0,5 (
qp +qavec)
;

CR

- capacité thermique de l'air à température
q
Mer, en J / (kg x ° K);

P

- la puissance dissipée par le radiateur.

Pour les données initiales acceptées - q = qс + P / (2 V Sк r Cр) = 296 K + 67 / (2 2 m / s 1,1 10-3m2 1,21 1005) = 302, 3 ° C (29,3 ° C)

* La valeur pour un radiateur à ailettes donné avec une installation de ventilateur central, V

d'après les calculs 1,5 - 2,5 m / s (voir appendice 2), d'après les publications [L.3] environ 2 m / s. Pour les canaux courts et en expansion, tels que le refroidisseur Golden Orb, la vitesse de l'air de refroidissement peut atteindre 5 m / s.

4. Déterminez les valeurs des critères Reynolds et Nusselt nécessaires pour calculer le coefficient de transfert de chaleur des ailettes du radiateur:

Re = V · L / n [4]

Où: n

- coefficient de viscosité cinématique de l'air à
qavec,m2/avec
de l'annexe 1, tableau 1.

Pour les données initiales acceptées - Re = VL / n = 2 8,3 10-2 / 15,8 10-6 = 1,05 104

Nu = 0,032 Re 0,8 [5]

Pour les données initiales acceptées - Nu = 0,032 Re 0,8 = 0,032 (2,62 104) 0,8 = 52,8

5. Déterminez le coefficient de transfert de chaleur par convection des ailettes du radiateur:

uneà
=Nu·là/
L W / (m
2
K) [6]

Où, l

- coefficient de conductivité thermique de l'air (W / (m deg)), à
qavec
à partir de l'annexe 1, tableau 1.

Pour les données initiales acceptées - ak = Nu · lv / L = 52,8 · 2,72 10-2 / 8,3 10-2 = 17,3

6. Déterminez les coefficients auxiliaires:

m = (2 · ak / lm · d) 1/2 [7]

on détermine la valeur de mh et la tangente de l'hyperbolique th (mh).

Pour les données initiales acceptées - m = (2 ak / lm d) 1/2 = (2 17,3 / (380 0,8 10-3)) 1/2 = 10,6

Pour les données initiales acceptées - m · H = 10,6 · 3 10-2 = 0,32; th (m H) = 0,31

7. Déterminez la quantité de chaleur dégagée par convection des ailettes du radiateur:

Prc = Z · lm · m · Sр · uр · th (m · H) [8]

Où: Z

- nombre de côtes;

lm

= coefficient de conductivité thermique du métal du radiateur, W / (m
·
° K);

m

- voir formule 7;

SR

- superficie de la section transversale de l'ailette du radiateur, m2,

Sр = L · d [9]

uR

- température de surchauffe de la base du radiateur.

Sp = L d = 8,3 10-2 0,8 10-3 = 6,6 10-5 m2

Prk = Z · lm · m · Sр · uр · th (m · H) = 27 · 380 · 10.6 · 6.6 10-5 · 57 · 0.31 = 127 W.

8. Déterminez la température moyenne de l'ailette du radiateur:

qср = (qр / 2) [1 + 1 / ch (m · H)] [10]

Où: ch
(mH)
- le cosinus est hyperbolique.

Pour les données initiales acceptées - qср = (qр / 2) [1 + 1 / ch (m · H)] = (353/2) [1 + 1 / 1.05] = 344 ° K (71 ° С)

* L'amplitude de la tangente et du cosinus de l'hyperbolique est calculée sur un calculateur d'ingénierie en exécutant séquentiellement les opérations «hyp» et «tg» ou «cos».

9. Déterminez le coefficient de transfert de chaleur rayonnante:

al = eр · f (qср, qс) · j [11]

f (qср, qс) = 0,23 [5 10-3 (qср + qс)] 3

Pour les données initiales acceptées - f (qcr, qc) = 0,23 [5 10-3 (qcr + qc)] 3 = 0,23 [5 10-3 (335 + 296)] 3 = 7,54

Coefficient d'irradiance:

j = b / (b + 2h)

j = b / (b + 2H) = 1,5 10-3 / (1,5 10-3 + 3 10-2) = 0,048

al = eрf (qav, qs) j = 0,7 x 7,54 x 0,048 = 0,25 W / m2 K

10. Déterminez la surface du flux thermique rayonnant:

Sl = 2 L [(Z -1) · (b + d) + d] +2 H · L · Z (m2) [12]

Pour les données initiales acceptées - Sl = 2 L [(Z -1) · (b + d) + d] +2 H · L · Z = 0,1445 m2

11. Déterminez la quantité de chaleur dégagée par le rayonnement:

Pl = al · Sl (qav - qc) [13]

Pour les données initiales acceptées - Pl = alSl (qav - qs) = 0,25 0,1445 (344-296) = 1,73 W

12. La quantité totale de chaleur dégagée par le radiateur à une température de radiateur donnée qр = 353K:

P = Prk + Pl [14]

Pour les données initiales acceptées - P = Prk + Pl = 127 + 1,73 = 128,7 W.

13. Nous répétons les calculs de la température du radiateur q

p = 313K, et nous traçons la caractéristique thermique du radiateur calculé en deux points. Pour ce point, P = 38W. Ici, l'axe vertical représente la quantité de chaleur dégagée par le radiateur.
PR
, et la température horizontale du radiateur est
qR
.

Figure 2

A partir du graphe résultant, on détermine pour une puissance donnée de 67W, qR

= 328 ° K ou 55 ° C

14. En fonction de la caractéristique thermique du radiateur, on détermine qu'à une puissance P donnéeR

= 67W, température du radiateur
qR
= 328,5 ° C Température de surchauffe du radiateur
uR
peut être déterminé par la formule 2.

Il est égal à uр = qр - qс = 328-296 = 32 ° K.

15. Déterminez la température du cristal et comparez-la à la valeur limite fixée par le fabricant

qà
=q
p + P (
r
pc +
r
pr) ° K = 328 + 67 (0,003 + 0,1) = 335 (62 ° C), [15]

Où:

qR
–
température de la base du radiateur pour un point de conception donné,

R

- le résultat du calcul selon la formule 14,

r

pc - résistance thermique du boîtier du processeur - cristal, pour cette source de chaleur est de 0,003 K / W

r

pr - résistance thermique du boîtier-radiateur, pour une source de chaleur donnée est égale à 0,1K / W (avec pâte thermoconductrice).

Le résultat obtenu est inférieur à la température maximale déterminée par le fabricant, et est proche des données [L.2] (environ 57 ° C). Dans ce cas, la température de surchauffe du cristal par rapport à l'air ambiant dans les calculs ci-dessus est de 32 ° C, et en [L.2] 34 ° C.

De manière générale, la résistance thermique entre deux surfaces planes lors de l'utilisation de soudures, pâtes et adhésifs:

r =

ré
à
lk-1
·
Scont
-1
[16]

Où: ré

k est l'épaisseur de l'espace entre le radiateur et le boîtier de l'unité refroidie remplie de matériau conducteur de la chaleur en m,

là

- coefficient de conductivité thermique d'un matériau conducteur de la chaleur dans l'entrefer W / (m K),

Scont

Est l'aire de la surface de contact en m2.

La valeur approximative de rcr avec un serrage suffisant et sans joints ni lubrifiants est

rcr = 2,2 / Scont

Lors de l'utilisation de pâtes, la résistance thermique diminue d'environ 2 fois.

16. Comparer qà

avec
qavant que
, nous avons reçu un radiateur fournissant
qà
= 325 ° K, moins
qavant que=
348 ° K, - le radiateur donné fournit le mode thermique de l'unité avec une marge.

17. Déterminez la résistance thermique du dissipateur thermique calculé:

r =

u
R
/ P (° K / W) [17]

r = uр / P (° / W) = 32/67 = 0,47 ° / W

Résultats:

L'échangeur de chaleur calculé fournit une puissance thermique de 67 W à une température ambiante allant jusqu'à 23 ° C, tandis que la température du cristal de 325 ° K (62 ° C) ne dépasse pas 348 ° K (75 ° C) autorisée pour ce processeur.

L'utilisation d'un traitement de surface spécial pour augmenter la puissance thermique par rayonnement à des températures allant jusqu'à 50 ° C s'est avérée inefficace et ne peut être recommandée, car ne rembourse pas les frais.

J'aimerais que ce matériel vous aide non seulement à calculer et à fabriquer un échangeur de chaleur moderne de petite taille très efficace, similaire à ceux qui sont largement utilisés dans la technologie informatique, mais aussi à prendre des décisions avec compétence sur l'utilisation de ces appareils en relation avec vos tâches .

Constantes pour le calcul de l'échangeur de chaleur.

Tableau 1

Les valeurs des constantes des températures intermédiaires, en première approximation, peuvent être obtenues en traçant les graphiques des fonctions pour les températures indiquées dans la première colonne.

Annexe 2.

Calcul de la vitesse de déplacement de l'air refroidissant le radiateur.

La vitesse de déplacement du liquide de refroidissement lors de la convection forcée dans les gaz:

V = Gv / Sê

Où: Gv est le débit volumétrique du liquide de refroidissement, (pour un ventilateur 70x70, Sp = 30 cm2, 7 pales, Rem = 2,3 W, w = 3500 tr / min, Gv = 0,6-0,8 m3 / min. Ou en fait 0, 2 -0,3 ou V = 2m / sec),

Sк - section transversale du canal libre de passage.

Étant donné que la surface d'écoulement du ventilateur est de 30 cm2 et que la surface des canaux du radiateur est de 22 cm2, la vitesse de soufflage d'air est déterminée comme étant inférieure et sera égale à:

V = Gv / S = 0,3 m3

/ min / 2,2 10
-3
m
2
= 136 m / min = 2,2 m / s.

Pour les calculs, nous prenons 2 m / s.

Littérature:

1. Manuel du concepteur REA, sous la direction de RG Varlamov, M, radio soviétique, 1972;
2. REA Designer Handbook, rédigé par RG Varlamov, M, Radio soviétique, 1980;
3. https://www.ixbt.com/cpu/, Glacières pour Socket 478, printemps-été 2002, Vitaly Krinitsin

   , Publié - 29 juillet 2002;

4. https://www.ixbt.com/cpu/, Mesure des vitesses de l'air derrière les ventilateurs de refroidissement et les refroidisseurs, Alexander Tsikulin, Alexey Rameykin, publié le 30 août 2002.

préparé en 2003 à partir des matériaux L.1 et 2

Sorokin A.D.

Cette technique peut être téléchargée au format PDF ici.

Calcul précis de la puissance calorifique

Pour cela, des facteurs de correction sont utilisés:

• K1 dépend du type de fenêtres. Les fenêtres à double vitrage à deux chambres correspondent à 1, vitrage ordinaire - 1,27, fenêtre à trois chambres - 0,85;
• K2 montre le degré d'isolation thermique des murs. Il est compris entre 1 (béton cellulaire) et 1,5 pour les blocs de béton et 1,5 briques;
• K3 reflète le rapport entre la surface des fenêtres et le sol. Plus il y a de cadres de fenêtre, plus la perte de chaleur est importante. A 20% de vitrage, le coefficient est de 1, et à 50% il passe à 1,5;
• K4 dépend de la température minimale à l'extérieur du bâtiment pendant la saison de chauffage. Une température de -20 ° C est prise comme unité, puis 0,1 est ajouté ou soustrait tous les 5 degrés;
• K5 prend en compte le nombre de murs extérieurs. Le coefficient pour un mur est de 1, s'il y en a deux ou trois, alors il est de 1,2, lorsque quatre - 1,33;
• K6 reflète le type de pièce située au-dessus d'une certaine pièce. S'il y a un étage résidentiel au-dessus, la valeur de correction est de 0,82, un grenier chaud - 0,91, un grenier froid - 1,0;
• K7 - dépend de la hauteur des plafonds. Pour une hauteur de 2,5 mètres, c'est 1,0 et pour 3 mètres - 1,05.

Lorsque tous les facteurs de correction sont connus, la puissance du système de chauffage est calculée pour chaque pièce à l'aide de la formule:

Calcul thermique d'une pièce et d'un bâtiment dans son ensemble, formule de perte de chaleur

Calcul thermique

Ainsi, avant de calculer le système de chauffage de votre propre maison, vous devez trouver des données relatives au bâtiment lui-même.

À partir du projet de la maison, vous apprendrez les dimensions des locaux chauffés - la hauteur des murs, la superficie, le nombre d'ouvertures de fenêtres et de portes, ainsi que leurs dimensions. Comment la maison est située par rapport aux points cardinaux. Soyez conscient des températures hivernales moyennes dans votre région. De quel matériau le bâtiment lui-même est-il construit?

Une attention particulière aux murs extérieurs. Assurez-vous de déterminer les composants du sol au sol, ce qui comprend les fondations du bâtiment. Il en va de même pour les parties supérieures, c'est-à-dire le plafond, le toit et les dalles.

Ce sont ces paramètres de la structure qui vous permettront de procéder au calcul hydraulique. Regardons les choses en face, toutes les informations ci-dessus sont disponibles, il ne devrait donc pas y avoir de problème pour les collecter.

Calcul complet de la charge thermique

Outre la solution théorique des problèmes liés aux charges thermiques, un certain nombre de mesures pratiques sont mises en œuvre lors de la conception. Des études complètes d'ingénierie thermique comprennent la thermographie de toutes les structures du bâtiment, y compris les plafonds, les murs, les portes et les fenêtres. Grâce à ces travaux, il est possible de déterminer et d'enregistrer différents facteurs qui affectent la perte de chaleur d'une maison ou d'un bâtiment industriel.

Les enquêtes thermiques fournissent les données les plus fiables sur les charges thermiques et les pertes de chaleur pour un bâtiment particulier sur une certaine période de temps. Des mesures pratiques permettent de démontrer clairement ce que les calculs théoriques ne peuvent pas montrer - les zones à problèmes de la future structure.

De tout ce qui précède, on peut conclure que les calculs des charges thermiques pour l'alimentation en eau chaude, le chauffage et la ventilation, similaires au calcul hydraulique du système de chauffage, sont très importants et doivent certainement être effectués avant le début de l'arrangement. du système d'alimentation en chaleur dans votre propre maison ou dans une installation à une autre fin. Lorsque l'approche du travail est effectuée correctement, le fonctionnement sans problème de la structure de chauffage sera assuré, et sans frais supplémentaires.

Exemple vidéo de calcul de la charge thermique sur le système de chauffage d'un bâtiment: