Содержание

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания

Наименование объекта: Бюджетное учреждение

Расчет тепловой нагрузки согласование в МОЭК

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания. Исходные данные.

Настоящий расчет выполнен с целью:

  • Расчет тепловой нагрузки на отопление здания.
  • Определение фактической тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение нежилых помещений.
Заказчик Бюджетное учреждение
Адрес объекта г. Москва
Вид работ Расчет тепловой нагрузки на отопление здания
Этажность здания 3-ех этажное
Этаж на котором расположены обследуемые помещения 1, 2, 3 этаж
Высота этажа 1-3/8 м, 2-3 м, 3-3 м.
Система отопления Двухтрубная
Тип розлива Нижний
Температурный график 95-70 оС
Расчетный температурный график для этажей на которых находятся помещения 95-70 оС
ГВС
Расчетная температура внутреннего воздуха + 18 оС
Представленная техническая документация Поэтажные планы. Строительные чертежи

Посмотреть: как провести энергоаудит отопления

Схема расположения отопительных приборов на этажах

Схема расположения радиаторов отопления 1-го этажа

Схема расположения радиаторов отопления 2-го этажа

Схема расположения радиаторов отопления 3-го этажа

Расчет тепловых нагрузок на отопление здания

№ этажа Расчетный температурный график Тип радиатора Количество радиаторов Количество секций
1 95,0-70,0 оС Чугунные М-140-АО 22 7

Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), таблица 12.1, стр. 42

Схема присоединения чугунных радиаторов к трубам системы водяного отопления

Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), таблица 12.4, стр. 50

Обследование тепловизором – посмотреть

Расход теплоносителя через 1 м.п. чугунных радиаторов

Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), таблица 12.3, стр. 47

Определим расход теплоносителя через одну секцию чугунного радиатора кг/ч

35:10 = 3,5 кг/ч расход теплоносителя через одну секцию (G), где:

10 шт. – количество секций в 1 м.п. радиатора;

35 кг/ч – расход теплоносителя через 1м.п. радиатора.

Расход теплоносителя через 1 м.п. отопительных приборов

Определим расчетную формулу плотности теплового потока на 1 экм нагревательной поверхности отопительных чугунных радиаторов Gотн / Fp ≤ 7 или

Gотн / Fp ≥ 7

Радиаторы М-140-АО

7 секций (22 радиатора)

Gотн / Fp = (3,5 х 7) : 17,4 : 2,54 = 0,55

Итого: 0,55 < 7

Полученное значение меньше 7, дальнейший расчет выполним по формуле из таблицы ниже.

Вычислим теплопередачу чугунных радиаторов.

Расчетная формула плотности теплового потока на 1 экм нагревательной поверхности отопительных приборов

Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), таблица 12.8, стр. 52

Коэффициент φ, учитывающий расход воды в систему

Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), стр. 48

Радиаторы М-140-АО

7 секций (22 радиаторов)

3,5 х 7 = 24,5 кг/ч расход воды в радиаторе

qэ = 1,89/φ·∆tср1,32 = 1,89/1,05 х ((95,0 + 70,0):2 -18)1,32 = 440,4 Ккал/(ч·экм)

0,35х7 = 2,45 экм

440,4х2,45 х22 = 23737,56 Ккал/ч

Расчет биметаллических радиаторов

Технические характеристики секционных радиаторов
Температура теплоносителя, не более, град. С 110
Избыточное рабочее давление, не более, МПА (г/кв. см) 1,6
Межцентровое расстояние ниппельных отверстий, мм 350
Объем теплоносителя секции, л 0,29
Номинальный тепловой поток секции, кВт 0,155

Температурный режим отопительной системы – 95/70/18.

Параметр DT для существующих условий по формуле, °С:

DT = (tпод + tобр) / 2 – tкомн.= (95+70)/2-18=64,5,

где: tпод. – температура воды в подающем трубопроводе;

tобр. – то же, в обратке;

tкомн. – температура внутри комнаты.

Поправочные коэффициенты для систем отопления с разной дельтой температур

Источник: Сравнение теплоотдачи радиаторов отопления

Так как DT не целое число находим среднее значение коэффициента К,

К=(0,89+0,91)/2=0,9.

Тепловая мощность секции биметаллического радиатора при индивидуальной температуре в системе отопления;

Ф = ФS · К ,

где: ФS – номинальная тепловая мощность секции биметаллического радиатора;

К – поправочный коэффициент.

Биметаллические радиаторы установленные на 2-ом этаже:

Ф = (ФS · К) ·nc ·n= (155 · 0,9) ·6·5 = 4185 (Вт) · 0,863 = 3611,66 (Ккал/ч)

Ф = (ФS · К) ·nc ·n= (155 · 0,9) ·10·15 = 20925 (Вт) · 0,863 = 18058,28 (Ккал/ч)

Ф = (ФS · К) ·nc ·n= (155 · 0,9) ·12·4 = 6696 (Вт) · 0,863 = 5778,65 (Ккал/ч)

Биметаллические радиаторы установленные на 3-ом этаже:

Ф = (ФS · К) ·nc ·n= (155 · 0,9) ·6·4 = 3348 (Вт) · 0,863 = 2889,32 (Ккал/ч)

Ф = (ФS · К) ·nc ·n= (155 · 0,9) ·10·17 = 23715 (Вт) · 0,863 = 20466,05 (Ккал/ч)

Ф = (ФS · К) ·nc ·n= (155 · 0,9) ·12·6 = 10044 (Вт) · 0,863 = 8667,97 (Ккал/ч)

где: nc – количество секций биметаллического радиатора, шт;

n – количество биметаллических радиаторов, шт.

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания. Регистры из стальных труб

Теплоотдача регистра из горизонтальных металлических труб Ду 125, L = 3 м.

Исходные данные и расчеты

№ этажа Температурный график Тип радиатора Диаметр трубы регистра Общая длина секций регистра, м.
1 95,0 – 70,0 оC Стальной регистр Ду 125 6,0

Энергопаспорт ТЦ – посмотреть на отчет

Исходные данные

Исходные данные Обозначения Значения Ед. изм.
1 Диаметр труб регистра Dнар. = 140 мм
2 Длина регистра (одной трубы) L = 3 м
3 Количество труб в регистре (N≤4) N = 2 шт
4 Температура воды на “подаче” t п = 95,0 °C
5 Температура воды на “обратке” tо = 70,0 °C
6 Температура воздуха в помещении tв = 18 °C
7 Вид наружной поверхности труб
8 Постоянная Стефана-Больцмана С0 = 0,000000057 Вт/(м2·К4)
9 Ускорение свободного падения g = 9,80665 м/с2

Расчет теплоотдачи регистра

  1. Средняя температура стенок труб tств °C

tст = (tп+tо)/2 = (95,0 + 70,0):2 = 82,5 °C

  1. Температурный напор dtв °C

dt = tст – tв = 82,5 – 18 = 64,5 °C

  1. Коэффициент объемного расширения воздуха βв 1/K

β = 1/(tв+273) = 1/(18,0 + 273) = 0,003436 1/K

  1. Кинематическая вязкость воздуха νв м2/с

ν = 0,0000000001192·tв2 + 0,000000086895·tв + 0,000013306 =

= 0,0000000001192·182 + 0,000000086895·18 + 0,000013306 = 0,00001491 м2/с

  1. Критерий Прандтля Pr

Pr = 0,00000073·tв2 – 0,00028085·tв +0,70934 =

0,00000073·182 – 0,00028085·18 +0,70934 = 0,7045

  1. Коэффициент теплопроводности воздуха λ, Вт/(м·К)

λ = 0,000000022042*tв2+0,0000793717*tв+0,0243834 =

= 0,000000022042·182 + 0,0000793717·18 + 0,0243834 = 0,0258 Вт/(м·К)

  1. Площадь теплоотдающих поверхностей труб регистра Aв м2

A = π · (D/1000)·L·N = 3,14159·(140/1000)·3·2 = 2,6389 м2

  1. Тепловой поток излучения с поверхностей труб регистра отопления Qив Вт

Qи = C0·ε·A· ((tст+273)4– (tв+273)4)·0,93(N-1) =

= 0,000000057·0,810·2,6389·((82,5 + 273)4 – (18 + 273)4)·0,932-1 = 992 Вт

  1. Коэффициент теплоотдачи при излучении αив Вт/(м2·К)

αи = Qи/(dt·A) = 992/(64,5·2,6389) = 5,8 Вт/(м2·К)

  1. Критерий Грасгофа Gr

Gr = g·β·(D/1000)3·dt/ν2 = 9,80665·0,0034·(140/1000)3·64,5: 0,000014912 =2,683Е+7

  1. Критерий Нуссельта Nu

Nu = 0,5·(Gr·Pr)0,25 = 0,5·(2,683Е+7·0,7045)0,25 = 32,9698

  1. Конвективная составляющая теплового потока Qкв Вт

Qк = αк·A·dt = 5,7·2,6389·64,5 = 962 Вт

  1. А коэффициент теплоотдачи при конвекции αкв Вт/(м2·К)

αк = Nu·λ/(D/1000)·0,93(N-1) = 32,9698·0,0258/(140/1000)·0,932-1 = 5,7 Вт/(м2·К)

  1. Полную мощность теплового потока одного регистра отопления Qв Вт и Ккал/час

Q1 = Qи+Qк= 992 + 962 = 1954 Вт

Q1 = Q·0,863 = 1954·0,863 = 1680 Ккал/час

  1. Полная мощность теплового потока 17 регистров отопления Q в Ккал/час

Q= Q1·n = 1680·17 = 28560 Ккал/час

Результаты расчетов Обозначения Значения Ед. изм.
Степень черноты поверхности труб е = 0,810
1 Средняя температура стенок труб tст = 82,5 °C
2 Температурный напор Dt = 64,5 °C
3 Коэффициент объемного расширения воздуха β = 0,00346 1/К
4 Кинематическая вязкость воздуха ν = 0,00001491 м2/с
5 Критерий Прандтля Pr = 0,7045
6 Коэффициент теплопроводности воздуха λ = 0,0258 Вт/(м·К)
7 Площадь поверхности регистра A = 2,6389 м2
8 Тепловой поток излучения Qи = 992 Вт
9 Коэффициент теплоотдачи при излучении αи = 5,8 Вт/(м2·К)
10 Критерий Грасгофа Gr = 2,683Е+7
11 Критерий Нуссельта Nu = 32,9698
12 Конвективный тепловой поток Qк = 962 Вт
13 Коэффициент теплоотдачи при конвекции αк = 5,7 Вт/(м2·К)
14 Полная мощность
теплового потока 1 регистра
Q1 = 1680 Ккал/час
15 Полная мощность

теплового потока 17 регистров

Q 28560 Ккал/час

Максимальный часовой расход на отопление в вертикальных трубопроводах

Кривые для определения теплопередачи 1м вертикальных гладких труб различных диаметров
трубы Ду 20 tтр. = + 82,5 оC tв = + 18 оC
Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.), стр. 56, рис. 12.2

Qтр.Ду20 ´ l1 ´ n= 57,31 ´ 54,0 ´ 2= 6189,48 ккал/ч (0,00618948 Гкал/ч)

Qтр.Ду20= 57,31 ккал/ч – потери тепловой энергии в трубопроводе на один погонный метр;

l1 = 54,0 м – длина трубопровода;

n – двухтрубная система отопления

Максимальный часовой расход на отопление

Обобщенные результаты расчетов

Ккал/ч Гкал/ч
Чугунные радиаторы 23737,56 0,023738
Биметаллические радиаторы 2 этаж 27448,578 0,027449
Биметаллические радиаторы 3 этаж 32023,341 0,032023
Регистры отопительные длиною 1,5 м. 3360 0,00336
Регистры отопительные длиною 3 м. 28560 0,02856
Регистры отопительные длиною 4,5 м. 10080 0,01008
Регистры отопительные длиною 5,5 м. 12320 0,01232
Вертикальные трубопроводы системы отопления 6189,48 0,00618948
Суммарная расход на отопление 143718,959 0,143719

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания – Годовой расход за отопительный период

Qoгод = Qo max´ ((ti – tm)/(ti – tо))´ 24´ Zo´ 10-6 = 143718,959 ´ ´ 24 ´ 214 ´ 10-6 = 338,582 Гкал/год, где:

tm = -3,1 °С – средняя температура наружного воздуха за расчетный период;

ti = 18 °С – расчетная температура внутреннего воздуха в помещениях;

tо = -28 °С – расчетная температура наружного воздуха;

24час. – продолжительность работы системы отопления в сутки;

Zo = 214 сут. – продолжительность работы системы отопления за расчетный период.

Техническое заключение расчет тепловой нагрузки на отопление здания

В результате выполненных расчетов тепловой нагрузки системы отопления нежилых помещений здания получены такие результаты:

№ п.п. Тепловые нагрузки, Гкал/ч Годовое потребление, Гкал/год
Дого-
ворные
Расчетные
Средние Макси-
мальные
Дого-
ворное
Расчетное
1 2 3 4 5 6 7
1 Отопление 0,53 0,143719 1225,822 338,582
2 ГВС 0,009429 0,009429 3,441 3,441
3 Вентиляция
4 Производс-
твенные нужды
Итого: 0,539429 0,153148 1229,263 342,023

Расчет тепловой нагрузки • Согласование в МОЭК

4 Сложная методика

Так как даже при укрупненном расчете погрешность оказывается довольно высокой, приходится использовать более сложный метод определения параметра нагрузки на отопительную систему. Чтобы результаты оказались максимально точными, необходимо учитывать характеристики дома. Среди них важнейшей является сопротивление теплопередачи ® материалов, использовавшихся для изготовления каждого элемента здания — пол, стены, а также потолок.

Эта величина находится в обратной зависимости с теплопроводностью (λ), показывающей способность материалов переносить теплоэнергию. Вполне очевидно, что чем выше теплопроводность, тем активнее дом будет терять теплоэнергию. Так как эта толщина материалов (d) в теплопроводности не учитывается, то предварительно нужно вычислить сопротивление теплопередачи, воспользовавшись простой формулой — R=d/λ.

Рассматриваемая методика состоит из двух этапов. Сначала рассчитываются теплопотери по оконным проемам и наружным стенам, а затем — по вентиляции. В качестве примера можно взять следующие характеристики строения:

На втором этапе рассчитываются теплопотери вентиляционной системы. Известно, что объем дома равен 490 м³, а плотность воздуха составляет 1,24 кг/м³. Это позволяет узнать его массу — 608 кг. На протяжении суток в помещении воздух обновляется в среднем 5 раз. После этого можно выполнить расчет теплопотерь вентиляционной системы — (490*45*5)/24= 4593 кДж, что соответствует 1,27 кВт/час. Остается определить общие тепловые потери строения, сложив имеющиеся результаты, — 4,63+1,27=5,9 кВт/час.

Результат будет максимально точным, если учитывать потери через пол и крышу. Сложные вычисления здесь проводить необязательно, допускается использование уточняющего коэффициента. Процесс расчетов теплонагрузки на систему обогрева отличается высокой сложностью. Однако его можно упростить с помощью программы VALTEC.

Список нормативно-технической и специальной литературы

Расчет тепловой нагрузки на отопление здания посчитан согласно и с учетом требований следующих документов:

  1. Методических указаний по определению расходов топлива, электроэнергии и воды на выработку теплоты отопительными котельными коммунальных теплоэнергетических предприятий (ГУП Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, 2002 г.);
  2. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»;
  3. Расчет систем центрального отопления (Р.В. Щекин, В.А. Березовский, В.А. Потапов, 1975 г.);
  4. Справочник проектировщика «Внутренние санитарно-технические устройства» (И.Г. Староверов, 1975 г.);
  5. СП30.13330 СНиП 2.04.-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий».
  6. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
  7. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
  8. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»
  9. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
  10. ГОСТ Р 54853-2011. Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с помощью тепломера
  11. ГОСТ 26602.1-99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче»
  12. ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные. Общие технические условия»
  13. ГОСТ 30971-2002 «Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам. Общие технические условия»
  14. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ “Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации”.
  15. Приказ Минэнерго России от 30.06.2014 N 400 “Об утверждении требований к проведению энергетического обследования и его результатам и правил направления копий энергетического паспорта, составленного по результатам обязательного энергетического обследования”.

Посмотреть другие отчеты по тепловым нагрузкам.

Попробую здесь рассказать о теплопроводности, тепловом сопротивлении и оценочном расчете последнего для элементарной и сложной цепи применительно к конструкции современного процессора. Общие принципы расчета применимы и в других случаях.

Теплопроводность — это способность вещества пропускать через свой объём тепловую энергию. Теплопроводность обусловлена передачей кинетической (колебательной) энергии атомов (молекул), составляющих тело (вещество), в горячей области к менее нагретым областям. В результате чего, средняя кинетическая энергия атомов (молекул) выравнивается, как и температура в объеме тела (вещества).

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме поток энергии (JE), передающейся посредством теплопроводности, пропорционален градиенту температуры (dT) на единице пути этого потока.

P = — λ * dT/dx

Знак минус указывает, что энергия переносится в направлении убывания температуры.

Коэффициент пропорциональности λ обуславливает взаимосвязь входящих в формулу элементов и служит для количественной оценки способности материала (вещества) проводить тепло. Его называют коэффициентом теплопроводности материала, он имеет размерность Вт/(м·K).

λ = (P*h)/(S*ΔT) (Вт*м/м2*К) или Вт/(м·K)

Когда речь идет о стационарном потоке тепла распространяющимся от одной большой грани параллелепипеда к другой:

Здесь:

P — полная мощность тепловых потерь Вт (тепловой поток дж/сек),
S — площадь области теплообмена м2,
ΔT — перепад температур на контролируемом участке град.С,
h — толщина тепло проводящего слоя м,
λ — коэффициент теплопроводности Вт/(м·K).

Тепловое сопротивление

Тепловое сопротивление определяет падение температуры на пути прохождения теплового потока.

Rt = ΔT/P К/Вт или (°С/Вт)

Это значит Rt — определяется отношением разности температур горячей и холодной поверхности ΔT тепло проводящего материала к проходящему по нему тепловому потоку P.

С другой стороны тепловое сопротивление Rt равно:

Rt=h/λ*S

Тепловая цепь имеет полную аналогию токовой цепи.

Таблица 1.

Все это относится к каждому элементу (слою) тепловой цепи и цепочки элементов составляющих сложную цепь.

Тепловая цепь

Как существует аналогия между параметрами электрической и тепловой цепей, так же можно проводить аналогию между схемой тепловой и электрической цепями.

На рис. 1 показана схема, которая описывает тепловую цепь кулера процессора.

Рисунок 1.

Rкр — тепловое сопротивление кристалла процессора, не может быть равно нулю,

Rти — тепловое сопротивление термоинтерфейса кристалл — тепло распределительная крышка,

RТРк — тепловое сопротивление тепло распределительной крышки процессора,

Rпроц — суммарное тепловое сопротивление процессора (Rпроц = Rкр + Rти + RТРк)

Rти — тепловое сопротивление термоинтерфейса процессор — кулер,

Rкул — тепловое сопротивление кулера.

Эта цепь полностью эквивалентна последовательной электрической цепи с током из 5 (3*) последовательно включенных резисторов.

*- элементы Rкр, Rти, RТРк могут быть заменены элементом Rпроц имеющим параметры эквивалентные суммарным параметрам трех перечисленных элементов.

Тепловое сопротивление каждого входящего в цепь узла (как правило, состоящего из нескольких элементов) может в свою очередь описываться своей схемой из нескольких элементов. Пример Rпроц на рис. 1. Практика расчетов показывает, что чем более подробна схема каждого элемента цепи (содержит больше элементов) тем точнее получается ее расчет.

В тепловой цепи имеет место падение температуры от температуры генератора (источника тепловыделения) к температуре окружающей среды при прохождении теплового потока мощностью Р.

t1 > t2 > t3 > t4 > t5 > tокр.среды

На каждом элементе цепи, в этом случае, имеет место падение температуры Δt. Аналог падению напряжения ΔU в на резисторе при прохождении тока I в электрической цепи.

Например на тепловом сопротивлении термоинтерфейса — Rти (рис.1) при прохождении теплового потока P, имеет место падение температур (Δt) величина которого определяется как:

Δt = t4 — t5

Применение Rt в расчетах тепловых цепей

Параметры элемента тепловой цепи (например — термоинтерфейса) можно рассчитать используя формулы приведенные ниже.

Из имеем выражение для теплового сопротивления:

Rt = h/λ*S (°С/Вт)

Здесь: Rt — тепловое сопротивление участка цепи, h — толщина термоинтерфейса (м), S — площадь эффективной теплопередачи м2, λ — коэффициента теплопроводности Вт/(м·K).

Данная формула позволяет, зная коэффициент теплопроводности, контактную площадь и толщину материала рассчитать его тепловое сопротивление. С учетом некоторых требований описанных в следующем разделе.

Падение температуры на тепловом сопротивлении Rt равно:

Δt = Rt*P (К или °С)

Перепад температуры Δt на пути прохождения теплового потока мощностью Р через участок тепловой цепи c сопротивлением Rt пропорционален его величине (Rt) и проходящему через него тепловому потоку Р.

По приведенным формулам можно рассчитать как Rt и Δt для участка тепловой цепи, так и ее суммарные параметры.

Например имеются данные для полной загрузки процессора:

Температура воздуха на выходе из кулера процессора равна t1=33°С или t1=25°C,
Температура ядра (контролируется встроенным датчиком) процессора 65°С,
TDP (тепловыделение процессора) — 90 Вт.

Суммарное тепловое цепи для T1=33°C равно:
Rt = ΔT/P = 32/90 = 0,35 °С/Вт,

А суммарное тепловое цепи для T1=25°C равно:
Rt = 0,44 °С/Вт.

Результат подтверждает мнение, что:

Чем ниже температура в корпусе компьютера тем меньшие требования могут предъявляться к тепловому сопротивлению системы охлаждения.

Или другой вариант,

Чем ниже температура воздуха в корпусе ПК тем большая мощность может быть отведена от охлаждаемого объекта при прочих равных условиях.

Применение приведенных формул, позволяет оценить:

  1. При измеренном перепаде температур Δt и известном Rt — тепловой поток Р по тепловой цепи,
  2. При известном тепловом потоке Р и Rt перепад температуры Δt на участке тепловой цепи,
  3. При известном перепаде температур Δt на участке тепловой цепи и тепловом потоке Р определить тепловое сопротивление Rt.

Это практически все необходимые параметры при расчете тепловых цепей, которые можно иметь при минимальных измерениях (измерения перепада температур) и знании характеристик тепловыделяющих элементов.

Реальная толщина, площадь элемента тепловой цепи

Часто рассчитанные значения теплового сопротивления не соответствуют практически полученным (измеренным) значениям. На результат, в первую очередь, влияет соответствие используемых величин реальным значениям.

На первый взгляд может показаться что площадь элемента тепловой цепи определить проще всего. Бери штангенциркуль, измеряй размер — это и будет площадь.

Просто только там где есть непосредственно тепловыделяющий элемент (кристалл процессора), там можно измерить площадь поверхности теплообмена.

Но, не просто в современных конструкциях!

Где существуют промежуточные узлы типа тепло распределительных крышек современных процессоров.

Особенно сложно это сделать в некоторых конструкциях процессоров где в качестве термо интерфейса между ТР крышкой и кристаллом процессора используются теплороводящие компаунды, а не пайки.

В том и другом случае трудно оценить их влияние на результат расчетов.

Первый

— сами ТР крышки, которые выполняются из достаточно тонкой (h = 1-1,5 мм) медной пластины с гальваническим покрытием. Площадь контактной поверхности в этом случае не равна площади кристалла, а больше него. В то же время в расчетах нельзя использовать полную площадь ТР крышки. Потому, что тепловое сопротивление тонкой пластины вдоль нее велико и уже на расстоянии 5-10 толщин ТР пластины от источника тепла, его величина соизмерима с тепловым сопротивлением рассматриваемого участка цепи. Поэтому реальная площадь контактной поверхности меньше ТР пластины и ограничена размерами кристалла плюс 5-10h от него.

Другой

— в случае применения компаунда, может оказывать существенное влияние на тепловое сопротивление цепи, поскольку характеристики компаунда неизвестны и обычно компаунды имеют меньшую теплопроводность чем теплопроводность металла.

В случае пайки ТР пластины к кристаллу процессора величина теплового сопротивления контактной поверхности должна учитываться только при точных расчетах, а при прикидочных расчетах его можно считать пренебрежимо малым.

Для точного расчета нужно знать и площадь кристалла и толщину тепло проводящей крышки.
Обычно толщина нормального теплового интерфейса, при заданной его вязкости и расчетном прижимном усилии, лежит в пределах 25 — 75 мкм (см рис 1б по ). Это тоже достаточно большой разброс не только для точных расчетов, но и для оценочных.
Имеет место сильная зависимость толщины теплового интерфейса от его вязкости, что делает нежелательным его применение уже через пару месяцев после вскрытия упаковки, особенно это относится к тепло проводящим пастам имеющих в своем составе легко испаряющиеся компоненты. Признаком их наличия является указанная в их документации задержка в достижении номинального теплового сопротивления через N циклов или через NN часов работы.

Применение нежелательно не по причине неработоспособности термо интерфейса — он может быть и поработает, а по причине непредсказуемого ухудшения его характеристики.

Точные измерения толщины теплового интерфейса требуют специальных методик из нескольких этапов и наличия контрольно — измерительных приборов.

В двух словах:

для измерения толщины теплового интерфейса требуется установка для создания статической прижимной силы и комплекс аппаратуры для измерения емкости теплового интерфейса. Через которую можно установить его толщину.

Учитывая сложность определения реальной площади теплообмена и толщины термо интерфейса для экспериментаторов не имеющих опыта тепловых расчетов и там где производитель не предоставляет этих данных, главным параметром становится температура в заданной точке тепловой цепи. Поэтому можно рекомендовать при практических работах и экспериментах на системах охлаждения использовать Δt формулу . И только при обнаружении «узких мест» (участков с аномально высоким тепловым сопротивлением) применять формулу для оценки влияющих на тепловое сопротивление факторов. При этом необходимо применять паспортные значения теплового интерфейса (в том числе и его толщину).

Иначе необходимо проводить экспериментальные работы по исследованию характеристик конкретного термо интерфейса и оценке площади теплообмена. Это может потребовать больших затрат времени и денег.

Рубрики: Статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *