Уклон труб отопления: Уклон трубопроводов отопления — Система отопления

Разводка системы отопления, схемы: нижняя, двухтрубная, однотрубная

Содержание статьи:

Любая схема водяного отопления включает в себя трубопроводы. От правильности их проектирования и выбора материалов зависит КПД теплоснабжения, его функциональные и эксплуатационные свойства. Есть несколько способов разводки системы отопления: нижняя, двухтрубная, однотрубная схемы. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

Основные параметры выбора разводки труб отопления

Возможные варианты разводки труб отопления зависят от нескольких факторов. Главными из них являются параметры дома или квартиры, где будет установлено теплоснабжение. Поэтому на первом этапе проектирования за основу берется план здания.

Водяное отопление дома

Трубопроводы предназначены для транспортировки горячей воды от теплообменника котла к батареям и радиаторам. При этом необходимо обеспечить оптимальное тепловое распределение по всей площади помещений. Важно, чтобы температура теплоносителя была максимально стабильна на всех участках системы. Именно поэтому необходимо знать, как правильно сделать разводку отопления.

Определяющими факторами выбора конкретной схемы трубопроводов являются:

• Тип системы. Для домов с большой площадью применяется схема разводки отопления от котла с принудительной циркуляцией. Альтернативой ей может быть открытая система теплоснабжения с гравитационным движением теплоносителя;
• Режим работы теплоснабжения. Это значение температуры теплоносителя в подающей и обратной трубе котла. Чем выше первый показатель, тем сильнее теплоотдача. Однако это отражается на расходе топлива для котла. Схема разводки системы отопления в частном доме должна быть адаптирована под фактические характеристики работы теплоснабжения;
• Общая площадь дома. Чем она больше, тем длиннее будет магистраль. Соответственно увеличится скорость остывания горячей воды во время ее продвижения. Схема разводки водяного отопления должна компенсировать это явление;
• Этажность здания. Провести трубы на второй или третий этаж не составляет особого труда. Намного сложнее добиться равномерного теплового распределения по комнатам дома.

Помимо этих факторов на выбор проекта водяного отопления влияют материал изготовления труб, степень утепления здания, вероятность воздействия на магистраль отрицательных температур. Однако на практике учитывают только оптимальное тепловое распределение.

Для увеличения надежности схема разводки отопления двухэтажного дома может включать в себя управляющие компоненты – терморегуляторы, запорную арматуру, датчики температуры и давления. Это снизит вероятность возникновения аварийных ситуаций

Однотрубная разводка отопления

Самый простой метод обустройства теплоснабжения заключается в установке одной подающей магистрали. Правильно спроектированное однотрубное отопление с нижней разводкой рекомендуется использовать для небольших домов и квартир.

Схема однотрубного отопления

Особенностью этой системы является монтаж только одного контура, который проходя по всем помещениям дома (квартиры) подключается к обратному патрубку котла или центрального стояка. При этом в однотрубном отоплении с нижней разводкой подключение радиаторов выполняется последовательно. Т.е. общий поток теплоносителя проходит поэтапно через каждую батарею.

Такой метод обустройства теплоснабжения имеет ряд преимуществ и недостатков, которые следует учитывать при составлении схемы. В любом случае правильная разводка отопления в доме должна быть предварительно рассчитана.

Особенности проектирования, установки и эксплуатации однотрубной схемы:

• Минимальный расход материала. Это существенное преимущество, так как оно отражается на бюджете отопления. Именно небольшое количество труб является определяющим фактором выбора этой схемы;
• Максимальная длина магистрали. Если делается отопление с нижней разводкой с принудительной циркуляцией – этот показатель равен 50 м.п. Для гравитационной системы ограничение на протяженность трубопроводов составляет 30 м.п.;
• Ремонтопригодность теплоснабжения. В случае возникновения аварийных ситуаций (течь в трубе, выход из строя радиатора) – для проведения ремонтных работ необходимо остановить всю систему. Для предотвращения подобного рекомендуется в схеме разводки водяного отопления установить байпасы для каждой батареи;
• Большое значение гидравлического сопротивления. Это объясняется поэтапным прохождением теплоносителя через каждый радиатор.

Чаще всего однотрубное отопление с нижней разводкой применяется для квартир и небольших частных домов. В случае надобности оно может быть модернизировано. Для этого следует установить вторую обратную магистраль и переключить радиаторы.

В комплектацию байпасов рекомендуется включить не только запорную арматуру, но и терморегуляторы. С их помощью можно контролировать степень нагрева радиаторов.

Двухтрубная отопительная разводка

Для улучшения качества работы теплоснабжения рекомендуется двухтрубная разводка системы отопления. Ее отличие от вышеописанной схемы заключается в наличии обратной магистрали. Благодаря ей можно более рационально подключить радиаторы.

Схемы двухтрубного отопления

Наиболее популярной является двухтрубная система отопления с нижней разводкой. Она предназначена не только для одноэтажных, но и многоэтажных строений. В этом случае радиаторы подключаются параллельно.

От основной подающей трубы идет патрубок к батарее, который и обеспечивает подачу горячей воды. При этом поток теплоносителя разделяется, что делает двухтрубное отопление с нижней разводкой более эффективным в плане распределения тепловой энергии.

На этапе проектирования следует рассчитать рациональность использования данной схемы. Для этого нужно учитывать такие особенности двухтрубной разводки системы отопления:

• Увеличенный расход материала по сравнению с однотрубной схемой. Это относится не только к трубам, но и остальным комплектующим – запорной арматуре, датчикам давления и т.д.;
• Равномерное тепловое распределение. Разделение теплоносителя для этого варианта разводки труб отопления является решающим фактором выбора. Это дает возможность обеспечить равномерную тепловую нагрузку для всех помещений в доме;
• Ремонтопригодность. В случае выхода из строя радиатора не понадобится останавливать всю систему. Достаточно отключить приток горячей воды в батарею для двухтрубной системы отопления с нижней разводкой. Дальнейшие работы можно проводить при активном теплоснабжении;
• Возможность подключения системы водяного теплого пола. Для этой схемы разводки отопления двухэтажного дома есть варианты обустройства теплого пола. Однако при этом увеличится объем теплоносителя в системе, что скажется на требуемой мощности котла.

Наличие второй магистрали прямым образом отразится на сложности монтажа. Если для однотрубной схемы разводки отопления от котла можно скрыть подающую линию в стене или фальш-панели, то для двухтрубной такой вариант будет проблематичен. Выходом из этой ситуации является монтаж системы в пол. При этом обязательно в двухтрубном отоплении с нижней разводкой устанавливаются ревизионные люки для контроля состояния системы на ключевых участках.

Для двухтрубной разводки системы гравитационного типа устанавливают трубы большого диаметра – 40 мм. Это позволит уменьшить гидравлическое сопротивление и повысит скорость движения горячей воды.

Вертикальное размещение трубопроводов

Как самому сделать разводку отопления двух или трехэтажного дома? Оптимальный вариант в этом случае – вертикальная схема. Она заключается в установке одного или нескольких стояков теплоснабжения, к которым подключаются остальные контуры.

Вертикальная разводка отопления

На практике в системе присутствуют горизонтальные каналы, которые располагаются в самой высокой точке схемы. Они предназначены для подачи теплоносителя в помещения, находящиеся ниже. Для правильной разводки отопления в доме следует точно рассчитать все показатели теплоснабжения.

К ним относятся давление, гидравлическое и тепловое распределение. Особенностью этой системы является большое сопротивление воды, которое нужно преодолеть для циркуляции жидкости. Поэтому для того, чтобы правильно сделать разводку отопления следует рассчитать параметры насоса. В случае гравитационной системы вертикальный стояк будет выполнять функцию разгонного. Для него следует использовать трубы большого диаметра.

Кроме этого для вертикальной схемы разводки системы отопления в частном доме характерны такие особенности:

• Прокладка труб в чердачном помещении. Если оно имеет плохую теплоизоляцию – необходимо защитить конструкции от воздействия отрицательных температур. Поэтому до того как самому сделать разводку отопления следует продумать систему утепления магистралей, либо установить греющий кабель;
• Функционирование в режиме естественной циркуляции. Даже у правильной разводки теплоснабжения в доме могут возникнуть ситуации, когда невозможна работа циркуляционного насоса. В этом случае температурное расширение воды в разгонном стояке должно хотя бы частично компенсировать остановку насоса;
• Минимальная вероятность образования воздушных пробок. Для этого необходимо установить воздухоотводчики в схеме разводки теплоснабжения двухэтажного дома на горизонтальной магистрали – в начале и конце.

Недостатком этой системы является размещение труб вдоль стены. Скрыть их проблематично, так как делать штробы на несущей стене запрещено. Обустройство фальш-панелей уменьшит полезную жилую площадь. Именно поэтому чаще всего встречается нижняя разводка системы отопления, которая более эстетически привлекательна, чем вышеописанная.

Минимальная протяженность разгонного стояка должна составлять 3 м.п. Только такая правильная разводка отопления создаст нужное давление в системе для циркуляции жидкости.

Нижняя разводка труб отопления

Чаще всего для систем с принудительной циркуляцией применяется схема отопления с нижней разводкой. Она отличается месторасположением магистралей – они монтируются у основания пола или под декоративной поверхностью.

Схемы отопления с нижней разводкой

Преимуществом этой схемы является возможность выбора расположения подающих и обратных магистралей. Для этого можно использовать лучевую или последовательную нижнюю разводку системы отопления. В первом случае распределение происходит за счет коллектора или системы тройников, установленных в системе. От них идут отдельные магистрали для каждого радиатора или группы батарей.

Для такой двухтрубной системы отопления с нижней разводкой свойственно равномерное тепловое распределение. Но при этом повышается расход материала, увеличивается вероятность возникновения аварийных ситуаций.

Чаще всего делают классическое двухтрубное теплоснабжение с нижней разводкой, когда подающая магистраль и обратная магистрали проходят вдоль стен в доме. Такая методика уменьшает трудоемкость установки отопления, повышает его надежность и безопасность.

Преимущества и недостатки нижней разводки системы теплоснабжения заключаются в следующем:

• Уменьшение тепловых потерь. Они свойственны только для верхнего варианта разводки труб отопления, когда магистрали проходят в чердачном помещении;
• Распределение тепловой энергии по комнатам в доме. Для этого необходимо установить специальные устройства – терморегуляторы. Монтаж выполняется как в обвязке радиаторов, так и на отдельных участках трубопроводов;
• Запуск до завершения ремонтных работ. Это относится к схеме разводки водяного теплоснабжения как с открытым, так и со скрытым монтажом;
• Неравномерное давление на участках. Это обусловлено параллельным подключением радиаторов. Для минимизации этого явления рекомендуется установка в теплоснабжении с нижней разводкой гидравлического распределителя;
• Повышенная вероятность появления воздушных пробок. Во избежание этого следует во время запуска системы открыть краны Маевского на всех радиаторах и дождаться удаления воздуха.

Также в подобной схеме разводки отопления от котла обязательно устанавливается группа безопасности. Она включает в себя воздухоотводчик, спускной клапан и манометр. В случае критического увеличения давления эти устройства стабилизируют параметры системы.

Следует соблюдать минимальные расстояния между подающей и обратной трубой. Это зависит от их материала изготовления и диаметра. Рекомендуемое отдаление должно составлять минимум 7 см.

Правила монтажа труб отопления

После выбора оптимальной схемы разводки системы теплоснабжения в частном доме можно приступать к процессу установки. Для уменьшения трудоемкости и лучшей организованности этого процесса рекомендуется ознакомиться с советами профессионалов.

Установка труб отопления

Сначала следует составить схему расположения магистралей и обозначить месторасположение основных компонентов – радиаторов, регулирующей и запорной арматуры, а также котла. Для этого рекомендуется взять за основу план дома или квартиры. На нем должны быть нанесены все детали проекта. После этого можно приступать к установке.

Правила монтажа напрямую зависят от выбранной схемы отопления. Это может быть система с принудительной или естественной циркуляцией, однотрубная или двухтрубная. Ниже приведены общие рекомендации по самостоятельной разводке труб отопления:

• Уклон трубопроводов в схеме с естественной циркуляцией. Он должен составлять около 5-8 мм на 1 м.п. магистрали. Рекомендуется сделать это и для системы с принудительной циркуляцией. Таким образом можно обеспечить работоспособность отопления даже при отсутствии электроэнергии;
• Соблюдение расстояния между креплениями трубопроводов. Оно зависит от диаметра. Для труб от 16 до 25 мм оно составляет 2,5 м. Если используются изделия диаметром от 25 до 40 мм – расстояние между точками крепления должно быть не менее 3 м;
• Минимальное количество поворотных узлов. Это уменьшит гидравлическое сопротивление в системе;
• Высокотемпературная система. В качестве прокладочного материала необходимо использовать асбестовый шнур. В отличие от резиновых прокладок он не потеряет своих свойств даже при достижении температурного воздействия +100°С.

После окончательного монтажа делается опрессовка системы. Это необходимо для проверки качества всех соединений. Только после этого можно выполнять пробный запуск отопления.

Для проверки правильности составления схемы разводки труб топления рекомендуется загрузить проект в программу для вычисления параметров теплоснабжения. Результат поможет определить слабые места и еще на этапе проектирования можно будет улучшить систему.

В видеоматериале можно ознакомиться с особенностями составления схемы однотрубного и двухтрубного отопления:

Самотечная система отопления с естественной циркуляцией – расчеты, уклоны, виды

Для частных загородных домов и дач, часто устанавливается система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя. Данное решение имеет свои положительные и отрицательные стороны. Схему выполняют четырьмя различными способами.

Система с гравитационной циркуляцией чувствительна к ошибкам, допущенным во время монтажа отопления.

Принцип работы системы с естественной циркуляцией

Схема отопления частного дома с естественной циркуляцией пользуется популярностью благодаря следующим преимуществам:

• Простой монтаж и обслуживание.
• Отсутствие необходимости в установке дополнительного оборудования.
• Энергонезависимость – во время работы не требуются дополнительные расходы на электроэнергию. При отключении электричества, система обогрева продолжает работать.

Принцип работы водяного отопления, с использованием самотечной циркуляции, основан на физических законах. При нагревании уменьшается плотность и вес жидкости, а при остывании жидкостной среды, параметры возвращаются в первоначальное состояние.

При этом, давление в системе отопления практически отсутствует. В теплотехнических формулах принимается соотношение 1 атм., на каждые 10 м. напора водяного столба. Расчет системы отопления 2-х этажного дома покажет, что гидростатическое давление не превышает 1 атм., в одноэтажных зданиях 0,5-0,7 атм.

Так как при нагреве жидкость увеличивается в объеме, для естественной циркуляции, обязательно потребуется расширительный бак. Вода, проходящая через водяной контур котла, нагревается, что приводит к увеличению в объеме. Расширительный бачек должен находиться на подаче теплоносителя, в самом верху системы отопления. Задачей буферной емкости является компенсация увеличения объема жидкости.

Система отопления с самоциркуляцией может применяться в частных домах, делая возможным следующие подключения:

• Подсоединение к теплым полам – требует установить циркуляционный насос, только на водяной контур, уложенный в пол. Остальная система продолжит работать с естественной циркуляцией. После отключения электричества, помещение продолжит отапливаться с помощью установленных радиаторов.
• Работа с бойлером косвенного нагрева воды – подключение к системе с естественной циркуляцией возможно, без необходимости в подключении насосного оборудования. Для этого бойлер устанавливают в верхней точке системы, чуть ниже воздушного расширительного бака закрытого или открытого типа. Если это невозможно, тогда насос устанавливают непосредственно на накопительную емкость, дополнительно устанавливая обратный клапан, чтобы избежать рециркуляции теплоносителя.

В системах с гравитационной циркуляцией, движение теплоносителя осуществляется самотеком. Благодаря естественному расширению, нагретая жидкость поднимается вверх по разгонному участку, а после, под уклоном «стекает», через трубы, подключенные к радиаторам, обратно к котлу.

Виды систем отопления с гравитационной циркуляцией

Несмотря на простое устройство системы водяного отопления с самоциркуляцией теплоносителя, существует как минимум четыре, пользующихся популярностью, схемы монтажа. Выбор типа разводки зависит от характеристик самого здания и ожидаемой производительности.

Чтобы определить, какая схема будет работоспособной, в каждом отдельном случае требуется выполнить гидравлический расчет системы, учесть характеристики отопительного агрегата, рассчитать диаметр трубы и т.п. При выполнении вычислений может потребоваться помощь профессионала.

Закрытая система с самотечной циркуляцией

В странах ЕС, системы закрытого типа пользуются наибольшей популярностью среди других решений. В РФ схема пока не получила широкого применения. Принципы действия водяной системы отопления закрытого типа с безнасосной циркуляцией заключается в следующем:

• При нагревании теплоноситель расширяется, происходит вытеснение воды из контура отопления.
• Под давлением жидкость поступает в закрытый мембранный расширительный бак. Конструкция емкости представляет полость, разделенную мембраной на две части. Одна половина бачка заполнена газом (в большинстве моделей используется азот). Вторая часть остается пустой для наполнения теплоносителем.
• При нагревании жидкости создается давление, достаточное, чтобы продавить мембрану и сжать азот. После остывания, происходит обратный процесс, и газ выдавливает воду из бачка.

В остальном, системы закрытого типа, работают, как и остальные схемы отопления с естественной циркуляцией. В качестве минусов можно выделить зависимость от объема расширительного бака. Для помещений с большой отапливаемой площадью, потребуется установить вместительную емкость, что не всегда целесообразно.

Открытая система с самотечной циркуляцией

Система отопления открытого типа отличается от предыдущего типа только конструкцией расширительного бака. Данная схема чаще всего использовалась в старых зданиях. Преимуществами открытой системы является возможность самостоятельного изготовления емкости из подручных материалов. Бачок, обычно имеет скромные габариты и устанавливается на кровле или под потолком жилой комнаты.

Главным недостатком открытых конструкций является попадание воздуха в трубы и радиаторы отопления, что приводит к усилению коррозии и быстрому выходу из строя греющих элементов. Завоздушивание системы также частый «гость» в схемах открытого типа. Поэтому, радиаторы устанавливаются под углом, обязательно предусматриваются краны Маевского, для стравливания воздуха.

Однотрубная система с самоциркуляцией

Однотрубная горизонтальная система с естественной циркуляцией имеет низкую теплоэффективность, поэтому используется крайне редко. Суть схемы такова, что подающая труба последовательно подключена к радиаторам.

Нагретый теплоноситель поступает в верхний патрубок батареи и выводится через нижний отвод. После этого тепло поступает к следующему узлу отопления и так до последней точки. От крайней батареи к котлу возвращается обратка.

Преимуществ у данного решения несколько:

1. Отсутствует парный трубопровод под потолком и над уровнем пола.
2. Экономятся средства на монтаж системы.

Недостатки такого решения очевидны. Теплоотдача радиаторов отопления и интенсивность их нагрева снижается по мере отдаленности от котла. Как показывает практика, однотрубная система отопления двухэтажного дома с естественной циркуляцией, даже при соблюдении всех уклонов и подбора правильного диаметра труб, зачастую переделывается (посредством монтажа насосного оборудования).

Двухтрубная система с самоциркуляцией

Двухтрубная система отопления в частном доме с естественной циркуляцией, имеет следующие конструктивные особенности:

1. Подача и обратка проходят по разным трубам.
2. Подающий трубопровод подсоединен к каждому радиатору через входной отвод.
3. Второй подводкой батарея подключается к обратке.

В результате, двухтрубная система радиаторного типа дает следующие преимущества:

1. Равномерное распределение тепла.
2. Отсутствие необходимости в добавлении секций радиатора для лучшего прогрева.
3. Проще выполнить регулировку системы.
4. Диаметр водяного контура, по крайней мере, на размер меньше чем в однотрубных схемах.
5. Отсутствие строгих правил установки двухтрубной системы. Допускаются небольшие отклонения относительно уклонов.

Главным достоинством двухтрубной системы отопления с нижней и верхней разводкой является простота и одновременно эффективность конструкции, что позволяет нивелировать ошибки, допущенные в расчетах или во время проведения монтажных работ.

Как правильно сделать водяное отопление с естественной циркуляцией

Все гравитационные системы объединяет общий недостаток – отсутствие давления в системе. Любые нарушения во время проведения монтажных работ, большое количество поворотов, несоблюдение уклонов, моментально отражаются на работоспособности водяного контура.

Чтобы сделать грамотно отопление без насоса, учитывается следующее:

1. Минимальный угол уклонов.
2. Тип и диаметр труб, используемых для водяного контура.
3. Особенности подачи и вид теплоносителя.

Какой уклон труб нужен при самотечной циркуляции

Нормы проектирования внутридомовой системы отопления с гравитационной циркуляцией, подробно прописаны в строительных нормах. В требованиях учитывается, что движению жидкости внутри водяного контура будет мешать гидравлическое сопротивление, препятствия в виде углов и поворотов, и т.д.

Уклон отопительных труб регламентируется в СНиП. Согласно указанным в документе нормам, на каждый погонный метр требуется сделать наклон в 10 мм. Соблюдение данного условия гарантирует беспрепятственное движение жидкости в водяном контуре.

Нарушение наклона при прокладке труб, приводит к завоздушиванию системы, недостаточному прогреву отдаленных от котла радиаторов, и, как следствие, снижению теплоэффективности.

Нормы уклона труб при естественной циркуляции теплоносителя указаны в СП 60.13330 (ранее СНиП 41-01-2003) «Прокладка трубопроводов отопления».

Какие трубы применяют для монтажа

Выбор труб для изготовления отопительного контура имеет важное значение. Каждый материал имеет свои теплотехнические характеристики, гидравлическую сопротивляемость и т.д. При самостоятельном выполнении монтажных работ, дополнительно учитывают сложность монтажа.

Чаще всего используют следующие строительные материалы:

• Стальные трубы – к достоинствам материала следует отнести: доступную стоимость, устойчивость к высокому давлению, теплопроводность и прочность. Недостатком стали является сложный монтаж, невозможный, без применения сварочного оборудования.
• Металлопластиковые трубы – имеют гладкую внутреннюю поверхность, не дающую контуру засориться, небольшой вес и линейное расширение, отсутствие коррозии. Популярность металлопластиковых труб несколько ограничивает небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая стоимость материала.
• Полипропиленовые трубы – получили широкое применение благодаря простоте монтажа, высокой герметичности и прочности, длительному сроку эксплуатации и устойчивости к размерзанию. Трубы из полипропилена монтируются с помощью паяльника. Срок службы не менее 25 лет.
• Медные трубы – не получили широкого распространения за счет большой стоимости. Медь имеет максимальную теплоотдачу. Выдерживает нагрев до + 500°С, срок эксплуатации свыше 100 лет. Особенной похвалы достоин внешний вид трубы. Под воздействием температуры, поверхность меди покрывается патиной, что только улучшает внешние характеристики материала.

Какого диаметра должны быть трубы при циркуляции без насоса

Правильный расчет диаметров труб на водяное отопление с естественной циркуляцией осуществляется в несколько этапов:

• Подсчитывается потребность помещения в тепловой энергии. К полученному результату добавляют около 20%.
• СНиП указывает соотношение тепловой мощности к внутреннему сечению трубы. Высчитываем по приведенным формулам сечение трубопровода. Чтобы не выполнять сложные вычисления, стоит воспользоваться он-лайн калькулятором.
• Диаметр труб системы с естественной циркуляцией должен быть подобран согласно теплотехническим расчетам. Чрезмерно широкий трубопровод приводит к снижению теплоотдачи и увеличению расходов на отопление. На ширину сечения влияет тип используемого материала. Так, стальные трубы не должны быть уже 50 мм. в диаметре.

Существует еще одно правило, помогающее усилить циркуляцию. После каждого разветвления трубы, диаметр сужают на один размер. На практике это значит следующее. К котлу подключена двухдюймовая труба. После первого разветвления контур сужают до 1 ¾, дальше до 1 ½ и т.д. Обратку наоборот собирают с расширением.

Если расчеты диаметра были выполнены верно, и соблюдены уклоны трубопроводов при проектировании и выполнении монтажных работ системы отопления с самотечной циркуляцией, проблемы в работе встречаются крайне редко и в основном происходят по причине неправильной эксплуатации.

Какой розлив лучше сделать – нижний или верхний

Естественная циркуляция воды в системе отопления одноэтажного дома во многом зависит и от выбранной схемы подачи теплоносителя непосредственно к радиаторам. Принято классифицировать все типы подключения или розлива на две категории:

• Система с нижним розливом – имеет привлекательный внешний вид. Трубы располагаются на уровне пола. Однотрубная система с нижней разводкой имеет малую теплоэффективность и требует тщательного планирования и проведения расчетов. Схемы с нижним розливом наиболее востребованы для трубопроводов высокого давления.
• Система с верхним розливом – данное решение оптимально подходит для частного дома. Подача горячей воды осуществляется посредством трубы, расположенной под потолком. Поступающий сверху теплоноситель, вытесняет скопившийся воздух (воздух стравливается через краны Маевского). Однотрубная система водяного отопления с верхним розливом, также отличается эффективностью.

Ошибки в выборе типа розлива приводят к необходимости модифицировать водяной контур посредством установки циркуляционного оборудования.

Какой теплоноситель лучше для систем с самоциркуляцией

Оптимальный теплоноситель для системы отопления с естественным движением жидкости – это вода. Дело в том, что антифриз имеет большую плотность и меньшую теплоотдачу. Для нагрева гликолевых составов до необходимого состояния, требуется больше времени, сжигаемого топлива, при этом теплоотдача остается на уровне воды.

За использование незамерзающей жидкости, в качестве довода можно привести два довода:

1. Высокая текучесть материала, улучшающая циркуляцию.
2. Способность сохранять текучесть при достижении -10°С, -15°С.

Антифриз используют, если планируется в течение долгого времени не отапливать помещение, или делать это с периодичностью, а постоянно сливать жидкость из системы нет возможности.

Какое отопление лучше выбрать – естественное или принудительное?

Конструктивные особенности системы с естественной гравитационной циркуляцией, простота монтажа и возможность самостоятельного выполнения работ, сделали такую схему достаточно популярной у отечественного потребителя.

Но самоциркулирующая конструкция проигрывает по сравнению с контуром, подключенным к насосному оборудованию, в следующих аспектах:

• Начало работы – система отопления с естественной циркуляцией начинает работать при температуре теплоносителя около 50°С. Это необходимо, чтобы вода расширилась в объеме. При подключении к насосу, жидкость двигается по водяному контуру сразу после включения.
• Падение мощности отопительных приборов при естественной циркуляции теплоносителя по мере отдаленности от котла. Даже при грамотно собранной схеме, разница температуры составляет порядка 5°С.
• Влияние воздуха – основной причиной отсутствия циркуляции является завоздушивание части водяного контура. Воздух в системе отопления может образовываться из-за несоблюдения уклонов, использования открытого расширительного бачка и других причин. Чтобы продавить систему, приходится включать котел на максимальную мощность, что приводит к существенным затратам.
• Отопление двухэтажного дома при естественной циркуляции теплоносителя затруднено по причине существующих препятствий для движения жидкости.
• Относительно регуляции нагрева, самоциркулирующие системы также уступают контурам, подключенным к насосам. Современное циркуляционное оборудование подключается к комнатным термостатам, что обеспечивает точность теплоотдачи и нагрев температуры в помещении с погрешностью до 1°С. Установка терморегуляторов допускается и в схемах с самоциркуляцией, но погрешность настроек составит 3-5°С.

Выбрать систему с естественной циркуляцией, оправдано, в случае отопления небольших одноэтажных зданий. Если требуется отапливать коттеджи и загородные дома площадью более 150-200 м², нужна установка циркуляционного оборудования.

Главным достоинством схем с самоциркуляцией является их энергонезависимость, но произведя несложные расчеты, можно прийти к выводу, что экономия на электроэнергии не оправдывает потери тепла в процессе самостоятельного движения теплоносителя. Схемы с принудительной циркуляцией имеют большую теплоотдачу и эффективность.

Уклон труб в системе отопления

Уклон труб – важный критерий, зачастую влияющий на эффективность работы, ремонтопригодность и безопасность систем отопления водяного или парового типа. В зависимости от вида и схемы комплекса обогрева выбирается соответствующий конкретным условиям уклон трубопроводов – обзору этого вопроса и посвящен материал данной статьи.

Значение уклона труб в отоплении

Уклон трубопроводов в системах водяного и парового отопления имеет различные значения и участвует в решении следующих технических задач:

1. Обеспечение естественной циркуляции теплоносителя под воздействием силы гравитации;
2. Вывод из системы воздуха;
3. Возможность слива теплоносителя из оборудования и трубопроводов;
4. Обеспечение безаварийного движения конденсата в паровых системах отопления.

Уклон труб в схеме с естественной циркуляцией теплоносителя

 

Движение теплоносителя в комплексах с естественной циркуляцией теплоносителя обеспечивается за счет разницы плотностей холодной и горячей воды. Соблюдение уклона здесь является сопутствующим фактором, улучшающим режим движения теплоносителя – под воздействием гравитации вода перемещается по трубам несколько быстрее. Горизонтальное расположение или обратный уклон в открытых схемах не допускается – возможна полная остановка циркуляции.

Нормативное значение уклона труб в схеме с гравитационной циркуляцией варьируется от 5 до 10 мм на 1 метр погонной длины трубопровода. При монтаже трубы прокладываются с уклоном в сторону движения теплоносителя – прямой трубопровод наклонен к отопительным приборам, обратная магистраль сооружается с уклоном от отопительных приборов к котлу, расположенному в нижней точке системы. Вторая задача уклона в системе открытого типа – обеспечение слива оборудования через нижнюю точку, расположенную около котла.

Уклон в системе с принудительной циркуляцией

В системах с принудительной циркуляцией, обеспечиваемой силой напора циркуляционного насоса, уклон труб имеет 3 вариации:

1. Горизонтальное расположение магистралей;
2. Уклон в сторону движения теплоносителя;
3. Обратный уклон.

Горизонтальная ориентация трубопроводов разрешена при нормативном значении движения теплоносителя не менее 0, 25 м/с – в этом случае пузырьки воздуха уносятся силой потока и не скапливаются в крупные объемы. Здесь следует отметить, что горизонтальная компоновка труб ухудшает качество и скорость слива теплоносителя при подготовке оборудования к ремонту.

Второй вариант – уклон магистралей в сторону движения теплоносителя. Его величина обычно составляет 2 – 3 мм на 1 метр длины трубопровода – такое значение препятствует образованию скопления воздуха и улучшает возможности по сливу воды.

Обратный уклон в системах с принудительной циркуляцией теплоносителя также допускается – но в этом случае в верхних точках и «мешках» устанавливаются воздухоотводящие устройства, прямые и подающие линии прокладываются с параллельным уклоном. Во всех случаях – при попутном или обратном наклоне общий уклон магистралей ориентируют к общей точке слива теплоносителя.

В паровых системах, где теплоноситель (пар) сам обладает движущей силой, уклон трубопроводов соблюдают в сторону движения рабочей среды. Это необходимо для попутного движения образующегося конденсата вместе с паровой фазой – обычно величина уклона здесь составляет 1 – 2%. В ином случае при работе оборудования могут наблюдаться гидравлические удары, способные разгерметизировать или разрушитель трубопроводы и рабочие узлы.

(Просмотров 301 , 1 сегодня)

Рекомендуем прочитать:

Правила подбора уклона труб отопления в различных случаях

11.10.2017 Опубликовано в рубрике:&nbspОтопление и вентиляция

Для беспрепятственной циркуляции теплоносителя по системе правильный наклон в сторону течения воды будет равен 10 мм на 1 м трубопровода. Расчет актуален для направления от нагревательного котла к радиаторам отопления и при выводе из системы.
В конструкциях с принудительной циркуляцией теплоносителя при помощи насоса уклон магистралей применять необязательно. Здесь трубопровод будет проложен горизонтально. Уклон можно сделать минимальным в 2-3 мм в сторону сливной запорной арматуры. Это поможет удалить воду с труб перед проведением ремонта либо во избежание повреждений при длительном простое в холодное время года.
Для горизонтального отвода при подключении к батарее вертикальных трубопроводов с длиной более 0,5 м допускается откос в 10 мм по направлению течения воды. Если длина отвода меньше, то и уклон делать не следует.
Для однотрубных и двухтрубных систем, где применяется принудительная насосная циркуляция, все эти требования к монтажу водопроводов совсем необязательны. Монтаж всех магистралей устанавливается либо прямолинейно, либо с незначительным скатом в 2-3 мм в сторону слива. Таким образом, если планируется проведение ремонтных работ или простой системы на протяжении длительного времени в зимнее время, то слив большей части теплоносителя производится без труда в нижней точке.

Уклон труб в зависимости от условий и системы отопления Схемы монтажа отвода трубы

Самые обычные условия монтажа предусматривают наклон более 1% (0,01). В этом случае все то сопротивление, которое вызвано гидравлическим трением и активным движением воды, будет гораздо меньше подъемной силы.
Паровые системы отопления требуют уклона горизонтальных соединений, для того чтобы при эксплуатации и опорожнении отопительной конструкции выводился конденсат. Трубопровод для такой паровой системы прокладывают с наклоном по направлению движения пара. Это необходимо для того, чтобы обеспечить самотечное движение попутного конденсата, который образуется через стенки труб с потерей тепла. Если же в одной магистрали движение пара и конденсата будет встречным, то оно сопровождается гидравлическими ударами. По этой причине крайне не рекомендуется делать уклон паропровода против направления движения пара.
Для самотечных конденсаторных магистралей уклон устремляют в сторону стока конденсата. А вот для напорных труб возможно произвольное направление. Таким образом, при опорожнении происходит спуск конденсата.
Для всех магистралей: паровых и напорных конденсаторных, а также водяных в насосных режимах — специалисты рекомендуют ориентировать уклон в 3 мм, а в некоторых случаях опускать на 2 мм.

Схема самотечной системы отопления с естественной циркуляцией

В небольших одноэтажных частных домах нередко применяют самотечные отопительные системы. Это значит, что теплоноситель циркулирует за счет разницы температуры жидкости. Самотечная система отопления имеет свои плюсы и минусы. Существует четыре разных схемы устройства контуров с естественной циркуляцией. Для надежной и эффективной работы отопительной сети нужно правильно подобрать трубопроводы, определиться с видом теплоносителя и вариантом подключения подачи.

Принцип работы отопительных систем с естественной циркуляцией

Самотечная система отопления частного дома организована с учетом физических законов. Разность между плотностью и весом нагретой и охлажденной жидкости способствует естественному току теплоносителя в сети. Давление в контуре практически отсутствует и составляет всего 0,5-0,7 атмосфер.

Поскольку в процессе нагревания объем жидкости увеличивается, в контуре устанавливается расширительный бак. Главное его назначение в уравновешивании давления в системе. Излишек расширившейся жидкости поступает в эту емкость, а при снижении давления в сети вода из бака переходит обратно в трубопроводы. Расширительный бак устанавливается в самой верхней точке сети после разгонного вертикального стояка.

К самотечному контуру можно подключать теплые полы. При этом требуется установить насосное оборудование только на трубопровод в полу, а в разводке отопительных приборов теплоноситель будет циркулировать естественным образом.

Также гравитационную схему можно использовать в комплексе с бойлером косвенного нагрева. Это оборудование устанавливают в наивысшей точке разводки, но ниже расширительного бака. При этом не придется использовать насосное оборудование. Если такую схему применить не получается, то насос монтируется только на накопительную емкость. В этом случае обязательно устанавливают обратный клапан для защиты от рециркуляции теплового носителя.

Важно! В самотечных контурах обязательно делают уклон трубопровода с обраткой в сторону котла, чтобы обеспечить движение охлажденной жидкости.

Плюсы и минусы самотечной системы

Преимущества гравитационного тока:

1. Простота монтажа, эксплуатации и обслуживания сети.
2. Не нужно монтировать циркуляционное оборудование и систему безопасности.
3. Это полностью энергонезависимая схема, которая может работать при отключении подачи электроэнергии.

Недостаток контуров с естественным током в том, что они не подходят для больших и многоэтажных домов, потому что из-за низкой скорости движения теплоносителя не смогут эффективно и равномерно обогревать постройку.

Разновидности гравитационных схем

Существует четыре схемы монтажа контуров с гравитационной циркуляцией. Выбор определенной разновидности делают с учетом особенностей постройки и требуемой производительности. Для выбора схемы выполняют гидравлический расчет, оценивают параметры котла и определяют диаметр трубопровода.

Закрытая

Принцип работы контуров закрытого типа следующий:

• Нагретый и расширившийся теплоноситель вытесняет воду из отопительного контура.
• Вытесненная вода попадает в расширительный бак закрытого типа. Это емкость с эластичной мембранной перегородкой, разделяющей газовую и водяную камеры.
• Поступившая под давлением жидкость продавливает мембрану и сжимает газ в воздушной камере. При остывании теплоносителя давление снижается, и газ выдавливает жидкость из емкости в трубопроводы.

Главный недостаток такой схемы в зависимости работы сети от объема расширительного бака. В доме большой площади с протяженным контуром придется устанавливать вместительную емкость.

Рекомендуем к прочтению:

Открытая

Если используется отопление самотеком, схема открытого типа отличается от предыдущей разновидности только конструкцией расширительного бака. В этом случае расширительную емкость можно изготовить самостоятельно из подходящих материалов. Бачок небольшого размера устанавливают на чердаке или высоко под потолком.

Главный минус открытого контура в том, что через расширительную емкость в сети попадает кислород, который способствует коррозии трубопроводов и радиаторов. Еще один недостаток в завоздушивании системы, поэтому на каждый прибор монтируют кран Маевского.

Двухтрубная

Двухтрубная схема системы отопления частного дома с естественной циркуляцией делается с использованием подающего и отводящего трубопровода, то есть все радиаторы подключаются к разводке параллельно, что способствует равномерному прогреву каждой комнаты и всего дома.

Преимущества двухтрубной разводки:

1. Тепло равномерно распределяется по всему строению.
2. Не нужно устанавливать дополнительные секции для регулировки теплоотдачи приборов.
3. Отрегулировать работу сети с двухтрубной разводкой намного проще.
4. Можно использовать трубы меньшего диаметра, чем при использовании однотрубной разводки.
5. Эффективность и простота конструкции.

Главный недостаток в высокой материалоемкости системы. Перед монтажом нужно провести расчеты. От правильности их проведения и соблюдения технологии монтажа зависит эффективность отопительной сети.

Однотрубная

Однотрубная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией применяется редко, потому что не отличается эффективностью. В такой сети каждый отопительный прибор последовательно подключается к трубопроводу. Из-за этого в каждую последующую батарею поступает жидкость с меньшей температурой, чем в предыдущий. Для компенсации тепловых потерь приходится увеличивать количество секций в дальних радиаторах.

Преимущества однотрубной разводки:

• Простота монтажа и использования. Не нужно проводить сложные расчеты для прокладки сети.
• Экономия на материалах, потому что прокладывается только один трубопровод, к которому подключаются все приборы. Обратка поступает от последнего радиатора к котлу.

Главный недостаток однотрубной разводки в необходимости увеличения количества секций в дальних радиаторах, а также в неравномерном прогреве постройки. Удаленные от котла комнаты отапливаются хуже.

Какая схема лучше, принудительная или естественная?

Естественная система лучше в том случае, если нужно организовать отопление небольшого одноэтажного частного дома. В этом случае нет смысла тратиться на насосное оборудование, когда и естественного тока теплоносителя будет достаточно для обогрева всей постройки.

Контуры с принудительной циркуляцией лучше использовать в больших одноэтажных или многоэтажных домах. Благодаря быстрому движению теплового носителя в сети постройки значительных размеров будут хорошо и равномерно прогреваться. Контуры с естественной циркуляцией с этой задачей не справятся.

Правила монтажа контура без насоса

Рекомендуем к прочтению:

Теперь поговорим, как сделать циркуляцию воды без насоса. Любая разновидность гравитационной схемы имеет общий минус, который заключается в отсутствии давления в сети. Именно поэтому работоспособность системы снижается из-за повышенного количества поворотов трубопроводов, неправильного уклона и других погрешностей во время монтажа.

Для правильной организации контуров без насоса придерживайтесь следующих требований:

1. Соблюдайте минимально необходимый уклон обратного трубопровода в сторону нагревательного оборудования.
2. Для устройства разводки выбирайте трубы подходящего диаметра и типа.
3. Учитывайте используемый тип теплоносителя и особенности его подачи.

Важно! Чтобы обеспечить уклон обратного трубопровода в сторону котла, нагревательное оборудование устанавливают в подвале или цокольном этаже либо делают пониженный уровень пола в котельной на первом этаже.

Подбор трубопроводов и их уклона

Чтобы обустроить водяное отопление в частном доме без насоса, нужно правильно подобрать диаметр трубопровода и рассчитать его уклон.

Для организации самотечной сети можно использовать следующие виды труб:

• Стальные трубопроводы стоят недорого, достаточно прочные, выдерживают высокое давление. Главный недостаток в низкой коррозионной стойкости, особенно в завоздушенных сетях.
• Металлопластиковые конструкции благодаря гладкой внутренней поверхности не так быстро засоряются. Они мало весят, не подвержены коррозии и имеют небольшое линейное расширение.
• Полипропиленовые трубопроводы обладают высокой герметичностью, прочностью. Они просто монтируются, служат долго и устойчивы к замерзанию. Для монтажа трубопровода понадобится специальное паяльное оборудование.
• Медные трубы стоят очень дорого, поэтому применяются редко. Это самые долговечные и красивые трубопроводы с хорошей теплоотдачей.

Важно! Минимальный уклон обратной магистрали при естественном токе теплоносителя составляет 0,5% на погонный метр. При неправильном уклоне сети быстро завоздушиваются, дальние радиаторы плохо прогреваются.

Выбор диаметра трубопровода производится на основе теплотехнического расчета. При превышении сечения магистрали увеличиваются расходы на отопление, а теплоотдача снижается. Диаметр стального трубопровода не должен быть меньше 50 мм.

Выбор теплоносителя

Естественная циркуляция в системе отопления частного дома может быть организована с использованием жидкого теплоносителя – воды или антифриза. Чаще используют воду, потому что меньшая теплоотдача и большая плотность антифриза повышают расходы топлива и времени на обогрев дома.

Антифриз стоит выбрать в том случае, если дом в холодный сезон будут надолго покидать либо посещать его с определенной периодичностью, а постоянно сливать воду из системы не хочется. В пользу антифриза говорит его лучшая текучесть, облегчающая циркуляцию теплоносителя, а также устойчивость к замерзанию.

Выбор нижнего или верхнего подключения подачи

Отопление самотеком можно организовать с нижним и верхним подключением подачи теплоносителя к отопительным приборам.

Особенности каждой подачи следующие:

1. При нижней подаче теплоносителя трубопроводы прокладываются на уровне пола, поэтому не портят интерьер помещения. Однако однотрубные системы с нижней разводкой отличаются низкой тепловой эффективностью, поэтому такое подключение используют при высоком давлении в сети.
2. Верхняя подача теплоносителя более всего подходит для устройства в частном доме с естественной циркуляцией. Трубопроводы прокладываются под потолком. Поскольку жидкость в радиаторы подается сверху, через краны Маевского легко стравливается воздух. Однотрубная разводка с верхней подачей более эффективная, чем с нижним подключением.

Ошибки при подборе способа подачи могут привести к низкой эффективности системы. Решить проблему получится только установкой циркуляционного насоса для создания лучшего тока теплового носителя.

Уклон канализационной трубы по СНИП на 50, 110, 150, 200 мм

Канализационная система состоит из вертикальных и горизонтальных участков. В канализации самотечного типа на горизонтальных участках делают небольшой уклон канализационной трубы.

Типы канализационных систем

По способу перемещения сточных вод существует два типа канализационных систем – самотечные и напорные.

Самотечная канализация использует принцип перемещения стоков в направлении сброса под действием собственной массы. Движение провоцируется наклонным расположением трубопровода. Это наиболее распространенный тип канализационных систем.

Схема самотечной канализации с использованием септика

Напорная канализация перемещает сточные воды принудительным путем, с помощью насоса. Фекальный насос поднимает сточную массу на нужную высоту. Напорную канализацию применяют в тех случаях, когда расположить трубопровод под нужным уклоном нельзя, соответственно,самотечный сброс невозможен.

Схема отвода стоков жилого дома с применением напорной канализации

Причины замены самотечной канализации напорной:

• Коллекторная труба находится ниже уровня централизованной канализационной сети. Подобная ситуация возникает при расположении здания в низине или наличии в подвале точек сброса стоков, например бассейна или сауны.
• Дом построен на участке с неровным рельефом (холмы, складки местности). Привязка к рельефу лишает возможности проложить трубопровод под нужным уклоном.
• По техническим условиям приходится применять трубы меньшего диаметра, чем положено в соответствии с расчетами. В этом случае при самотечном сбросе долго проходит вода и забивается канализация.
• Характеристики грунта не позволяют вырыть для коллектора траншею нужной глубины.

Стоимость оборудования и затраты на эксплуатацию напорной канализации выше по сравнению с самотечной. Для исправного функционирования системы необходима электроэнергия и трубы повышенной прочности. По этой причине самотечной канализации отдают предпочтение, если существуют условия для ее обустройства.

Зачем нужно рассчитывать уклон

Уклон трубы должен обеспечивать быстрый отвод воды и отсутствие отложений. При недостаточном уклоне плохо проходят стоки, труба быстро забьется. Если трубопровод наклонен в обратную сторону по отношению к направлению сброса, самотечная система вовсе неработоспособна.

Канализационная труба, засоренная отложениями

Решение расположить трубопровод под максимальным углом наклона кажется очевидным только на первый взгляд. Чересчур сильно наклоненная труба слабо заполняется, резко уменьшается транспортирующая способность. Сточный поток пролетает настолько быстро, что вода не успевает захватить более плотные фракции, которые откладываются на стенках. Из-за недостаточного напора застревает габаритный мусор. Постепенно трубопровод заиливается и забивается.

Как нельзя укладывать канализационные трубы

Кроме того, при быстром сливе вследствие резкого перепада давления из гидрозатворов сантехники буквально высасывает воду. Неприятный воздух из канализации попадает в помещения.

Гидрозатвор в сливном шланге под кухонной мойкой

Существует еще один негативный эффект от недостаточного заполнения трубы. Дополнительный приток выделяющихся едких газов к металлическим поверхностям вызывает ускоренную коррозию, сокращается срок службы.

Каким должен быть уклон канализационной трубы

Нормативные показатели уклона самотечных трубопроводов вычисляются по формулам из СП 40-102-2000 либо устанавливаются по таблицам в приложении В к СП 40-107-2003.С увеличением диаметра нормативные значения уклона становятся меньше.

Данный параметр показывает, насколько изменяется положение трубы по высоте в расчете на 1 погонный метр. Для практических целей такая единица измерения удобнее градусов.

Рекомендуемые значения уклона для труб разного диаметра

Фактический уклон вычисляется по формуле:

где i– уклон, ∆h_в– перепад высот на концах трубы в м, l – длина трубы в м.

Также уклон измеряют в процентах. Для перевода в процентные единицы дробное значение надо умножить на 100%.

Для сохранения канализации в работоспособном состоянии фактическое значение должно соответствовать нормативному. Зная требуемую величину уклона и длину трубы, можно рассчитать перепад высот на концах трубы.

Пример

Уклон канализационной трубы 50 мм составляет 0.03, что соответствует 30 мм на 1 погонный метр. Общая протяженность 6.7 м. Рассчитать перепад высот по всей длине.

Таким образом, трубунадо монтировать с разницей высот на концах в0.201 м, или 20.1 см. При переводе в проценты 0.201 × 100% = 20.1%.

Прокладывать трубопровод с отличающимся углом наклона на отдельных отрезках недопустимо. В этом случае некоторые участки будут заиливаться.

Уровень наполнения

Диаметр и угол наклона трубы влияют на уровень наполнения стоками. С увеличением данных параметров при постоянном объеме сточных воднаполнение уменьшается.

Уровень наполнения Yопределяется следующим соотношением:

где h_с – высота уровня стоков в трубе в м, d – диаметр трубы в м.

Показатель уровня наполнения, равный 0, говорит о том, что труба пустая. Показатель, равный 1, свидетельствует о полном заполнении.

Трубопровод не должен быть заполнена 100%, частичное наполнение обеспечивает отвод скопившихся газов. Также остается запас для пропуска дополнительного неучтенного объема сточных вод. Минимально допустимый уровень наполнения – 0.3.

Помимо фактического уровня наполнения Y существует оптимальный (обозначается K). При оптимальном уровне наполнения самотечный трубопровод функционирует в режиме самоочищения.

Оптимальный уровень наполнения для трубопроводов из полимеров составляет 0.5, из иных материалов – 0.6.

Разница в величинах объясняется тем, что на шероховатых стенках труб из асбестоцемента или чугуна сильнее оседают отложения. Для самоочищения трубопровода нужен более мощный поток.

Соотношение между оптимальным (K) и фактическим (Y) уровнем наполнения следующее:

где V– скорость движения стоков в м/с.

Средняя скорость прохождения стоков должна составлять не менее 0.7 м/с. При движении потока с такой скоростью твердые включения остаются во взвешенном состоянии и не прилипают к стенкам.

Пример

При уклоне канализационной трубы 110 мм из пластика, равном 0.02, и уровне наполнения 0.7 поток движется со скоростью 0.733 м/с. Проверить, выполняется ли соотношение между оптимальным и фактическим уровнем наполнения.

Для пластика K равно 0.5. Поскольку 0.5≤0.61, соотношение выполняется.

Уклон при монтаже внутренней канализации

К внутренней канализации относится часть общей канализационной системы от точек сброса стоков внутри здания до первого колодца в наружной сети. Сюда входят отводы, стояки и коллекторы (выпуски). Отводы соединяют сифоны сантехоборудования с вертикальными стояками, а коллекторы принимают сточные воды из стояков и сбрасывают в наружную канализационную сеть. При монтаже отводов или коллекторов необходимо располагать трубу под уклоном.
Общая схема внутренней канализации

Уклон коллекторов располагается в интервале 0.01–0.05. Оптимальное значение – 0.02.Уклон отводов составляет 0.01–0.05 для невентилируемых отводов и не менее 0.005 для вентилируемых.

Максимальная величина уклона – 0.15 (за исключением отводных трубопроводов длиной до 1.5 м). На подрабатываемых территориях углы наклона отводов и коллекторов устанавливают с учетом предполагаемой осадки земной поверхности.

Организация уклона в частном доме

Объем стоков в загородном доме значительно меньше, чем в многоквартирном жилом здании. В этих условиях даже при минимальном уклоне, определяемом по таблице для гидравлического расчета или формуле, уровень наполнения будет недостаточным для самоочищения трубы.

Уменьшать же уклон еще сильнее нельзя, поскольку скорость стоков станет слишком медленной. Песок с другими твердыми включениями будет оседать на дне, труба наверняка забьется. В такой ситуации нужный угол наклона трубопровода определяют безрасчетным методом.

Безрасчетная методика определения уклона

Согласно нормативным документам, безрасчетная методика применяется в тех случаях, когда ввиду малого объема стоков невозможно выполнить условие по соотношению между оптимальным и фактическим уровнем наполнения.

В старом варианте СНиП 2.04.01-85 излагались следующие рекомендации по уклону для безрасчетных участков самотечных трубопроводов:

• Диаметр трубы 40 или 50 мм – 0.03
• Диаметр трубы 85 или 100 мм – 0.02

Актуализированная редакция этого СНиП, изложенная в СП 30.13330.2016, предлагает минимальное значение уклона для безрасчетных участков трубопровода считать равным1/d, где d– наружный диаметр трубы в мм.

Рекомендации специалистов по прокладке коллектора от индивидуального загородного дома к септику:

• Дом средней площади с двумя санузлами – труба 110 мм с уклоном 0.02
• Дом с тремя и более санузлами – труба 160 мм с уклоном 0.08

Соблюдение предложенных параметров сохраняет транспортирующую способность потока жидкости в трубопроводе.

Проверка уклона

Лучшим прибором для проверки угла наклона служит нивелир. Прибором замеряют глубину траншеи под трубопровод в контрольных точках, величину перепада сравнивают с требуемой. При отклонении от расчетного значения глубину траншеи корректируют.

Для проверки уклона без нивелира пользуются простым способом с применением подручных средств. В дно траншеи на обоих концах втыкают два штыря. Между штырями натягивают трос, строительным уровнем проверяют горизонтальное положение. Если необходимо, делают выравнивание.

Затем возле обоих штырей замеряют высоту от дна до троса. После выяснения величины перепада действуют так же, как в ситуации с нивелиром.

На изображенном ниже рисунке начальная глубина траншеи составляет 0.5 м. Исходя из рекомендуемого для трубы 110 мм уклона 0.02 получаем:

Прибавляем к начальной глубине 0.5 м вычисленную величину перепада глубин 0.6 м и получаем глубину траншеи в конечной точке трубопровода 1.1 м.

Решение проблемы крутого склона

Если в направлении прокладки коммуникаций крутизна склона превышает нормативный уклон, то в какой-то момент более полого расположенный трубопровод выйдет на поверхность. Проблема решается двояко.

Первый вариант – по мере приближения к поверхности в трубопроводе делают вертикальные понижающие участки. Во втором варианте сразу делают большое вертикальное понижение, которого хватит на всю протяженность коллектора.

Схема понижения по первому и второму варианту

Ливневая канализация зданий и ее уклон

Ливневая канализация, или ливневка, служит для сбора и отвода воды, выпадающей в виде атмосферных осадков. Ливневка призвана защитить здание от неприятных последствий – размыва основания фундамента, затопления подвала, заводнения прилегающей территории, заболачивания почвы.

Системы ливневой и бытовой канализации функционируют раздельно, по нормам СНиП объединение в общую сеть запрещено. В ливневой канализации закрытого типа стекающие на землю потоки воды попадают через дождеприемники в сеть подземных трубопроводов, откуда сбрасываются в централизованную канализационную сеть или близлежащие водоемы.

Ливневка заполняется крайне неравномерно, в периоды пиковой нагрузки количество стоков резко возрастает.

Правила прокладки ливневки

Трубы соединяются как по прямой, так и под углом. Если участок имеет уклон в сторону, противоположную сбросу, для компенсации перепада уровня земли используют фитинги-угольники 90°.

Компенсация перепада высот фитингами

Для трубопроводов ливневой канализации диаметром не более 250 мм максимальный уровень наполнения составляет 0.6.

Минимальная скорость движения стоков для ливневки с периодом однократного превышения расчетной интенсивности дождя 0.33 года – 0.6 м/с. Максимальная скорость для труб из металла, полимеров или стеклокомпозитных материалов составляет 10 м/с, для труб из бетона, железобетона или хризотилцемента – 7 м/с.

Каких правил надо придерживаться при определении уклона

Резюмируя сказанное, можно составить перечень основных правил в отношении угла наклона для канализационной трубы.

Список правил:

• Наклон на горизонтальных участках необходим только для трубопроводов самотечного типа.
• И слишком маленький, и чересчур большой угол наклона негативно отражаются на пропускной способности канализационной системы.
• В большинстве случаев рекомендуемые значения уклона лежат в интервале 0.01–0.05. Оптимальная величина 0.02, максимальная 0.15.
• При прокладке трубопровода надо стремиться к оптимальному уровню заполнения трубы.

Перед началом работ рекомендуется начертить профиль сети с основными данными для прокладки трубопровода и по будущей канализационной системе. Указания по содержанию этого документа прописаны в ГОСТ 21.604-82.

Заключение

Угол наклона трубопровода самым непосредственным образом отражается на эффективности работы канализационной системы. Соблюдение предписанных норм и правил обеспечит беспроблемный слив стоков, обезопасит сеть от возникновения чрезвычайных ситуаций.

Как рассчитать уклон дренажной трубы

Прокладка дренажных труб — дело профессионалов, но домашние мастера могут попробовать свои силы в менее обширных дренажных системах.

Для правильного дренажа трубы должны иметь небольшой уклон. Стандартный уклон составляет от ¼ дюйма до 3 дюймов на фут. Для правильной работы сантехники необходим точный расчет. Труба с недостаточным уклоном не будет дренировать. Труба с большим уклоном выводит воду, но не твердые частицы. Если вы устанавливаете дренажную трубу, вот простой способ определить уклон дренажной трубы.

Не откусывай больше, чем можешь проглотить

Прокладка дренажной трубы для водопровода — дело профессионалов. Большинство городов и товариществ домовладельцев не одобрят масштабные самостоятельные раскопки. Тем не менее, если вашему сантехнику когда-либо понадобится установить новую трубу, полезно понять, как это работает. Свяжитесь с нами, если вам потребуется помощь в установке труб.

Более разумный проект для домашнего мастера — установка дренажной трубы для отвода воды где-нибудь во дворе.Нам повезло с месяцами дождя в округе Кларк. Где бы вы ни жили в Юго-Западном Вашингтоне, будь то Камас, Вашугал, Батл-Граунд или Ванкувер, ваша собственность нуждается в хорошем дренаже, чтобы предотвратить сырость во дворе или, что еще хуже, под вашим домом.

Если в вашем саду или недалеко от фундамента дома собирается вода, вы, вероятно, пробовали различные решения, чтобы облегчить проблему. Иногда для отвода воды из дома достаточно использовать более длинный сливной желоб. Во многих случаях, пока ваш двор наклонен в сторону от дома, желоба, выходящего на три фута от фундамента, вполне достаточно.

Дождевая бочка — простое решение для улавливания лишней воды, но иногда требуется сливная труба.

Но, если все, что вы пробовали, не помогло, возможно, вам нужно установить трубу или французскую дренажную систему. Если вы планируете использовать любое из этих решений, вам необходимо знать, как рассчитать уклон дренажной трубы.

Прежде чем копать на глубину более 12 дюймов, обязательно позвоните в Центр уведомлений коммунальных предприятий, чтобы помочь найти подземные линии. Жители Вашингтона и Орегона могут позвонить по одному и тому же номеру: 811.Звоните по крайней мере за два рабочих дня до копания. Они пришлют кого-нибудь отметить места, где копать небезопасно.

Еще одно предостережение: не сливайте воду там, где вам не положено или это создает проблемы для соседей. Дайте воде из желобов или других сырых мест стечь в сухое место во дворе. Если сомневаетесь, проверьте коды своего города.

1. Обмер и план

Первый шаг крайне важен для определения уклона: измерить расстояние от дренажной линии.Чтобы произвести точные расчеты, вам необходимо знать точную длину, которую должна пройти труба. Чтобы найти это, спланируйте сливной маршрут, выбрав как можно более короткий путь. Чем длиннее трасса трубы, тем более уязвимой она будет для засорения. Обратите внимание на любые изгибы и повороты, которые потребуют определенных деталей. Если вы устанавливаете простую дренажную трубу, у вас, вероятно, не будет изгибов и поворотов.

2. Закупка трубы

После того, как вы определили маршрут линии, вы можете рассчитать длину труб, которые вам понадобятся.Не забудьте включить все соединители труб, чтобы получить правильную конфигурацию.

3. Определите наклон

Перед установкой трубы используйте эту формулу, чтобы определить уклон и создать диаграмму уклона канализационной трубы, которой нужно следовать.

• Умножьте количество футов трубы (X) на дюймы, на которые вы планируете наклонить линию (Y).
• Это даст вам разницу в высоте (Z) между началом и концом трубы: (X) x (Y) = (Z).
• Пример 1: Если у вас 10 футов трубы, и вы хотите, чтобы уклон трубы составлял ½ дюйма на фут, уравнение будет иметь вид 10 x ½ = 5 дюймов.Это означает, что вам нужно будет установить трубу таким образом, чтобы разница в высоте между ее началом и концом составляла 5 дюймов.
• Пример 2: Если вам нужен минимальный уклон (¼ дюйма на фут), ваше уравнение будет 10 x ¼ = 2 ½ дюйма. В этом случае конец вашей трубы будет на 2 ½ дюйма ниже начала. Это минимальный уклон сливной трубы. Меньшее снижает эффективность слива и может привести к засорению.

Если вам нужна помощь в определении правильного наклона и положения ваших труб или вам нужна помощь специалиста в их укладке, обратитесь в Simpson Plumbing.Наши опытные сантехники помогут вам составить диаграмму уклона канализационных труб, ответят на ваши вопросы и проблемы. Позвоните нам сегодня по телефону (360) 834-5311.

Последнее обновление 14 декабря 2016 г. Первоначально опубликовано 21 декабря 2015 г.

Пределы тепловых трубок | Advanced Cooling Technologies, Inc.

• Дом
• О
  • Новости
  • События
  • О нас
  • Объект
  • Качество
  • Наша команда
  • Отзывы клиентов
  • Туристическая информация
  • ACT Социальная ответственность
• Карьера
• Связаться
  • Связаться с ACT
  • Найдите свою репутацию

• Звоните: 717.295.6061

• Звоните: 717.295.6061

Связаться с инженером Advanced
Cooling
Technologies

• Дом
• О
  • Назад
  • Новости
  • События
  • Около
  • Объект
  • Качество
  • Наша команда
  • Отзывы клиентов
  • Корпоративная социальная ответственность
  • Карьера: мы нанимаем!
• Связаться
  • Назад
  • Найти представителя
• Рынки
  • Назад
  • Авиация
  • Охлаждение электроники
  • Охлаждение корпуса
    • Назад
    • Заказать на сайте
    • Инструмент выделения
  • Рекуперация энергии HVAC
  • Обработка материалов
  • Медицинский
  • Военные
    • Назад
    • Оружие направленной энергии
    • Решения для встраиваемых вычислений
  • Фотоника
  • Силовая электроника
  • Солнечная
  • Тепловой контроль космического корабля
  • Калибровка и контроль температуры
  • Транспорт
• Продукты
  • Назад
  • Тепловые трубки для управления температурным режимом
    • Назад
    • Тепловые трубки в сборе
    • Пластины HiK ™
    • Узлы паровой камеры
  • Решения для двухфазного охлаждения с насосом
  • Радиаторы PCM
  • Продукты для контроля температуры космических аппаратов
    • Назад
    • Тепловые трубки постоянной проводимости
    • Космические медные водяные тепловые трубы
    • Тепловые трубки с регулируемой проводимостью
    • Контурные тепловые трубки
    • Аккумулятор для гидравлических систем
  • Герметичные охладители корпуса
    • Назад
    • Охладители радиатора ACT-HSC
    • ACT-HPC Охладители с тепловыми трубками
    • Термоэлектрические кондиционеры ACT-TEC
    • ACT-VCC Паро-компрессионные кондиционеры
    • Заказать онлайн
    • Инструмент выделения

Как работает технология тепловых труб и ее применение

• Дом
• О
  • Новости
  • События
  • О нас
  • Объект
  • Качество
  • Наша команда
  • Отзывы клиентов
  • Туристическая информация
  • ACT Социальная ответственность
• Карьера
• Связаться
  • Связаться с ACT
  • Найдите свою репутацию

• Звоните: 717.295.6061

• Звоните: 717.295.6061

Связаться с инженером Advanced
Cooling
Technologies

• Дом
• О
  • Назад
  • Новости
  • События
  • Около
  • Объект
  • Качество
  • Наша команда
  • Отзывы клиентов
  • Корпоративная социальная ответственность
  • Карьера: мы нанимаем!
• Связаться
  • Назад
  • Найти представителя
• Рынки
  • Назад
  • Авиация
  • Охлаждение электроники
  • Охлаждение корпуса
    • Назад
    • Заказать на сайте
    • Инструмент выделения
  • Рекуперация энергии HVAC
  • Обработка материалов
  • Медицинский
  • Военные
    • Назад
    • Оружие направленной энергии
    • Решения для встраиваемых вычислений
  • Фотоника
  • Силовая электроника
  • Солнечная
  • Тепловой контроль космического корабля
  • Калибровка и контроль температуры
  • Транспорт
• Продукты
  • Назад
  • Тепловые трубки для управления температурным режимом
    • Назад
    • Тепловые трубки в сборе
    • Пластины HiK ™
    • Узлы паровой камеры
  • Решения для двухфазного охлаждения с насосом
  • Радиаторы PCM
  • Продукты для контроля температуры космических аппаратов
    • Назад
    • Тепловые трубки постоянной проводимости
    • Космические медные водяные тепловые трубы
    • Тепловые трубки с регулируемой проводимостью
    • Контурные тепловые трубки
    • Аккумулятор для гидравлических систем
  • Герметичные охладители корпуса
    • Назад
    • Охладители радиатора ACT-HSC
    • ACT-HPC Охладители с тепловыми трубками
    • Термоэлектрические кондиционеры ACT-TEC
    • ACT-VCC Паро-компрессионные кондиционеры
    • Заказать онлайн
    • Инструмент выделения
  • Теплообменники HVAC
    • Назад
    • Теплообменник с тепловыми трубками для улучшенного осушения воздуха

Тепловые трубки для управления температурой

• Дом
• О
  • Новости
  • События
  • О нас
  • Объект
  • Качество
  • Наша команда
  • Отзывы клиентов
  • Туристическая информация
  • ACT Социальная ответственность
• Карьера
• Связаться
  • Связаться с ACT
  • Найдите свою репутацию

• Звоните: 717.295.6061

• Звоните: 717.295.6061

Связаться с инженером Advanced
Cooling
Technologies

• Дом
• О
  • Назад
  • Новости
  • События
  • Около
  • Объект
  • Качество
  • Наша команда
  • Отзывы клиентов
  • Корпоративная социальная ответственность
  • Карьера: мы нанимаем!
• Связаться
  • Назад
  • Найти представителя
• Рынки
  • Назад
  • Авиация
  • Охлаждение электроники
  • Охлаждение корпуса
    • Назад
    • Заказать на сайте
    • Инструмент выделения
  • Рекуперация энергии HVAC
  • Обработка материалов
  • Медицинский
  • Военные
    • Назад
    • Оружие направленной энергии
    • Решения для встраиваемых вычислений
  • Фотоника
  • Силовая электроника
  • Солнечная
  • Тепловой контроль космического корабля
  • Калибровка и контроль температуры
  • Транспорт
• Продукты
  • Назад
  • Тепловые трубки для управления температурным режимом
    • Назад
    • Тепловые трубки в сборе
    • Пластины HiK ™
    • Узлы паровой камеры
  • Решения для двухфазного охлаждения с насосом
  • Радиаторы PCM
  • Продукты для контроля температуры космических аппаратов
    • Назад
    • Тепловые трубки постоянной проводимости
    • Космические медные водяные тепловые трубы
    • Тепловые трубки с регулируемой проводимостью
    • Контурные тепловые трубки
    • Аккумулятор для гидравлических систем
  • Герметичные охладители корпуса
    • Назад
    • Охладители радиатора ACT-HSC
    • ACT-HPC Охладители с тепловыми трубками
    • Термоэлектрические кондиционеры ACT-TEC
    • ACT-VCC Паро-компрессионные кондиционеры
    • Заказать онлайн
    • Инструмент выделения
  • Теплообменники HVAC

Руководство по проектированию трубопровода теплообменника

1.0 ОБЩИЕ

Теплообменники широко используются на большинстве технологических установок. Основное применение теплообменников — поддержание теплового баланса путем добавления или отвода путем обмена между потоками с разными рабочими температурами.

2.0 ТИПЫ

Наиболее распространенные теплообменники, используемые в технологических установках:

a) Кожухотрубный теплообменник

б) Платиновый теплообменник

c) Спиральный теплообменник

d) Двухтрубный теплообменник

e) Воздухоохладитель

Вышеуказанные типы обозначены на рисунке 1.

3.0 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Типы теплообменников определены ниже:

a) Кожухотрубный теплообменник

Кожухотрубные теплообменники представляют собой удлиненные стальные цилиндрические сосуды, содержащие пучки параллельных труб. Жидкость проходит через внутреннюю часть оболочки по внешней стороне трубок, вызывая необходимый теплообмен между двумя жидкостями. На рисунке 2 показан теплообменник с двумя проходами со стороны трубы и одним проходом со стороны кожуха. Обменники представлены в различных комбинациях, например.На рисунке 3 показано расположение U-образной трубки, фиксированной трубки и чайника.

б) Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники обычно используются при низком давлении и низких температурах и состоят из торцевых крышек, несущих стержней, впускных и выпускных патрубков, пластин и прокладок. Пластины теплообменника имеют промежутки между ними для протекания жидкости. На рисунке 4 показана конфигурация пластинчатого теплообменника.

c) Спиральный теплообменник

Спиральные теплообменники имеют круглую конструкцию, состоящую из сборки двух длинных полос пластин, обернутых в пару концентрических спиральных каналов.Чередующиеся края каналов закрыты, так что жидкость течет по непрерывным каналам. На рисунке 5 показана конфигурация спирального теплообменника.

г) Двухтрубный теплообменник

Двухтрубный теплообменник используется, когда одна жидкость имеет большее сопротивление тепловому потоку, чем другая, когда площадь поверхности мала. Как показано на Рисунке 7, двухтрубный теплообменник состоит из трубы внутри трубы; обе трубы имеют на одном конце возвратный колен.

e) Воздухоохладитель теплообменника

Воздухоохладитель состоит из пучков оребренных труб с коллекторными коробками, прикрепленными к каждому концу, которые горизонтально поддерживаются стальной рамой или конструкцией.Охлаждающая среда — воздух, а не жидкость.

4.0 РАССМОТРЕНИЕ ТЕРМИНЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Теплообменники расположены на территории стандартной технологической установки, рядом с соответствующим оборудованием, чтобы обеспечить экономичность трубопроводов, гибкость, технологические требования, доступ оператора и технического обслуживания. Поддержка оборудования (например, воздухоохладителей или вертикальных ребойлеров) также может повлиять на расположение теплообменника.

На рисунке 8 изображен типовой план участка с несколькими теплообменниками.Горизонтальные кожухотрубные теплообменники следует располагать так, чтобы конец канала был обращен к вспомогательной дороге или доступу для технического обслуживания для снятия пучка труб с достаточным пространством на переднем конце теплообменника для снятия крышки. Это показано на рисунке 9.

Теплообменники могут быть расположены по отдельности, парами (это наиболее распространенная установка) или большими группами, когда не требуется промежуточного контроля между кожухотрубными потоками. Одинарная и парная установка показана на рисунке 10.Парные обменники могут работать последовательно, параллельно или разнородно; сгруппированные теплообменники работают только последовательно или параллельно. На рис. 11 показаны образцы параллельной и последовательной установки теплообменников.

Парные или сгруппированные теплообменники должны располагаться на расстоянии не менее 450 мм между внешней стороной соседнего канала или фланцев крышки, чтобы облегчить доступ к болтам фланца для обслуживания. С обеих сторон спаренных теплообменников и на обоих концах сгруппированных теплообменников должно быть предусмотрено пространство для управления и доступа оператора.На рис. 12 показана установка, смонтированная на конструкции, и необходимые зоны доступа.

Горизонтальные теплообменники могут быть штабелированы с предпочтительной максимальной средней линией верхней оболочки 3600 мм от уровня земли или платформы, как показано на рис.13. Для штабелирования теплообменников выше этой высоты может потребоваться платформа для доступа к фланцам канала и крышки, а также к стационарным манипуляторам.

Горизонтальные кожухотрубные теплообменники могут располагаться на уровне или выше в стальных или бетонных конструкциях, если того требуют технологические требования или наличие места.На рис. 14 показано, что горизонтальные теплообменники опираются на опоры, прикрепленные к бетонным опорам.

Если технологические требования позволяют, кожухотрубные теплообменники также могут быть установлены в вертикальном положении с опорой на проушины и сопла башни в установке с опорой на башню (как показано на рис.15), а также внутри бетонных или стальных конструкций (как показано на рис. .16). Для вертикальной установки следует учитывать те же соображения по обслуживанию, контролю и доступу оператора, что и для горизонтальной установки.

Удаление пучка труб для вертикальных ребойлеров с опорой на башню, не требующих пружин, показано на рисунке 16a.

1. разработчик-компоновщик должен установить выступ опоры ребойлера на 25 мм над стальной платформой, а не на стальной отметке.
2. Перед техническим обслуживанием зазор 25 мм будет закрываться шайбами, что позволит переносить нагрузку ребойлера на стальную платформу во время ремонта.
3. Сопло и фланец канала откручиваются, а секция канала снимается.
4. Пучок трубок готов к снятию.

Спиральные и пластинчатые обменники могут работать последовательно или параллельно, но из-за их конфигурации и требований к обслуживанию предпочтительно размещать их как отдельные элементы. В обоих устройствах предусмотрено пространство для управления и доступа оператора, при этом достаточно места у спирального теплообменника, чтобы открывать закрывающие пластины, как показано на рис. 17, и у пластинчатого теплообменника для снятия отдельных пластин, как показано на рис.18.

Воздухоохладители расположены рядом с оборудованием, которое они обслуживают, для обеспечения гибкости трубопроводов и технического обслуживания. Они могут поддерживаться на уровне земли, наверху конструкции или над трубопроводами, что является наиболее распространенной установкой.

5.0 СООБРАЖЕНИЯ С ТОЧКИ ОБЗОРА ТРУБОПРОВОДА

Ориентация и расположение сопла могут влиять на конфигурацию трубопроводов в большинстве теплообменников. Решение проектировщика трубопровода о перемещении сопел теплообменника часто позволяет получить аккуратную и экономичную компоновку.

Хотя проектировщик трубопровода не имеет права самостоятельно перемещать сопла теплообменника, инженеру теплообменника могут быть предложены альтернативные места расположения сопел в интересах улучшения расположения трубопроводов, например, альтернативой B является рис. 19 подчеркивает, что улучшенная компоновка за счет перемещения предусмотренных сопел теплообменника является приемлемой с технологической точки зрения. На рис. 20 показаны допустимые конфигурации сопел. Коленчатые форсунки (см. Рис. 21) особенно полезны для уменьшения высоты больших штабелированных теплообменников.

Трубопровод теплообменника должен быть проложен таким образом, чтобы он отвечал требованиям экономии, гибкости, поддержки и доступа для эксплуатации и обслуживания. Трубопроводы кожухотрубных теплообменников расположены так, чтобы было достаточно места для снятия головок каналов и крышек кожухов. Свободное пространство сбоку от горизонтальных оболочек можно использовать для размещения элементов управления. Трубопровод поднимается на минимальное расстояние от уровня или платформы, чтобы обеспечить свободное пространство для оператора, облегчить опору и выдержать проектную высоту эстакады для труб.

Трубопроводы, соединенные с соплами головки канала, должны быть снабжены разрывными фланцами для облегчения снятия головки канала. Трубу большого диаметра или более дорогую нельзя установить для установки на меньшие или менее дорогие трубы

Трубопроводы спиральных и пластинчатых теплообменников также расположены так, чтобы можно было открывать крышки и снимать пластины. Органы управления спирального теплообменника расположены на концах блока, вне зоны поворота крышки, а также спереди и с одной стороны пластинчатого теплообменника.Трубопровод находится на возвышении, как и кожухотрубный теплообменник. Трубопроводы, прикрепленные к патрубкам крышки спиральных агрегатов, снабжены разрывными фланцами.

На рисунках с 22 по 29 показаны различные конфигурации трубопроводов для теплообменников.

Внутренние части теплообменников требуют периодической очистки и ремонта. Важно, чтобы теплообменники располагались таким образом, чтобы облегчить доступ к их внутренним частям.

Для кожухотрубных теплообменников трубы и внутренняя часть кожуха могут быть очищены на месте с помощью пара или воды под высоким давлением с помощью стержневых устройств.Если конструкция теплообменников позволяет, пучок трубок также можно снять для ремонта и очистки. Связки труб, крышки головки и кожуха могут быть сняты с помощью встроенных стационарных погрузочно-разгрузочных устройств (шлюпбалок, тяговых столбов), стационарных конструкций с тележками или с помощью мобильного оборудования (например, крана). На рис. 30–32 приведены примеры оборудования для снятия пучка труб.

Зоны обслуживания труб и вытягивания пучков должны быть показаны на плане участка и могут проходить над подъездными путями в пределах единицы площади или над периферийными дорогами, которые не требуются для доступа к другим предприятиям.Протяженность области вытягивания должна быть: длина головки + длина трубы + предпочтительно 1500 мм. (но не менее 1000 мм.)

Оборудование, такое как конденсаторы, охладители и т. д., должно быть расположено таким образом, чтобы трубы дренировались под действием силы тяжести, и должно иметь наклон только там, где это показано на диаграммах P&I. Там, где такой наклон препятствует дренажу труб под действием силы тяжести, следует уделить внимание способам удаления любых жидкостей.

6.0 КЛЮЧЕВЫЕ ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО УЧИТЫВАТЬ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

1. Трубопровод теплообменника необходимо проложить таким образом, чтобы обеспечить экономию., гибкость, поддержка и требования к доступу для эксплуатации и технического обслуживания.
2. Трубопровод, подсоединенный к соплам головки канала, должен быть снабжен разрывными фланцами для облегчения снятия головки канала.
3. Трубопроводы, прикрепляемые к патрубкам крышки спиральных агрегатов, снабжены разрывными фланцами.
4. Труба большого диаметра или более дорогая не может быть настроена для установки на меньшие или менее дорогие трубы.
5. Внутренние части теплообменников требуют периодической очистки и ремонта.Важно, чтобы теплообменники располагались таким образом, чтобы облегчить доступ к их внутренним частям.
6. Должное внимание должно быть уделено анализу напряжений при выборе фиксированного положения седла теплообменников.

Рис.1 Типы теплообменников

Рисунок 2
Кожухотрубный теплообменник

Рисунок 3
Тип. Устройство кожухотрубных теплообменников

Рисунок 4
Пластинчатый теплообменник

Рисунок 5
Спиральный теплообменник

Рисунок 7
Двухтрубный теплообменник

Рисунок 8
Типовой план установки теплообменника

Рисунок 9
Ориентация теплообменника

Рисунок 10
Одинарные и парные теплообменники

Рисунок 11 Установка параллельного и последовательного теплообменников

Рисунок 12 Установка теплообменника
на конструкцию

Рисунок 13
Установка многоярусного теплообменника

Рисунок 14 Опоры для типичного горизонтального теплообменника

Рисунок 15
Вертикальная установка в вертикальном исполнении

Рисунок 16 Конструкция
, поддерживаемая вертикальная установка

Рисунок 16a
Техническое обслуживание связки трубок

Рис. 17
Управление и доступ оператора в системе спирального теплообменника

Рис. 18
Управление и доступ оператора в устройстве пластинчатого теплообменника

Рисунок 19
Альтернативное расположение форсунок теплообменника

Рисунок 20
Допустимые конфигурации форсунок

Рисунок 21
Влияние коленчатых патрубков на многоярусные теплообменники

Рисунок 22
Расположение трубопроводов для горизонтальных кожухотрубных теплообменников

Рисунок 23
Расположение трубопроводов для подземной системы водяного охлаждения

Рисунок 24
Пример схемы экономии трубопроводов

Рисунок 25
Опоры для системы трубопроводов

Рис. 26.
Трубопроводы для теплообменников с высокой температурой и высоким давлением

Рисунок 27.
Трубопроводы для теплообменников

Рисунок 28
Трубопроводы для спиральных теплообменников

Рисунок 29
Трубопроводы для пластинчатых теплообменников

Рисунок 30
Вытягивание пучка

Рисунок 31
Стационарная конструкция с тележкой

Тепловые трубки для компьютерного охлаждения

1.Введение

Эффективное охлаждение электронных компонентов — важный фактор для успешной работы и высокой надежности электронных устройств. Быстрое развитие микропроцессоров требует повышенной вычислительной мощности для обеспечения более быстрых операций. Электронные устройства имеют высокоинтегрированные схемы, которые создают высокий тепловой поток, что приводит к увеличению рабочей температуры устройств, что приводит к сокращению срока службы электронных устройств [1].Следовательно, необходимость в методах охлаждения для отвода связанного тепла совершенно очевидна. Таким образом, тепловые трубы были идентифицированы и зарекомендовали себя как один из жизнеспособных и многообещающих вариантов для достижения этой цели, в частности, до их простой конструкции, гибкости и высокой эффективности. Тепловые трубы используют фазовые превращения в рабочем теле внутри, чтобы облегчить перенос тепла. Тепловые трубки — лучший выбор для охлаждения электронных устройств, потому что в зависимости от длины эффективная теплопроводность тепловых трубок может быть в несколько тысяч раз выше, чем у медного стержня.Основное восприятие тепловой трубы связано с пассивным двухфазным устройством теплопередачи, которое может передавать большое количество тепла с минимальным перепадом температуры. Этот метод предлагает возможность высокой локальной скорости отвода тепла с возможностью равномерного рассеивания тепла.

Тепловые трубки используются в широком спектре продуктов, таких как кондиционеры, холодильники, теплообменники, транзисторы и конденсаторы. Тепловые трубки также используются в настольных компьютерах и ноутбуках для снижения рабочей температуры и повышения производительности.Тепловые трубы коммерчески представлены с середины 1960-х годов. Электронное охлаждение только что восприняло тепловую трубку как надежное и экономичное решение для сложных систем охлаждения.

2. Расчетная тепловая мощность

Расчетная тепловая мощность (TDP) вызвала наибольший интерес разработчиков тепловых решений и означает максимальную мощность, рассеиваемую процессором в различных приложениях [2]. Цель TDP — представить тепловые решения, которые могут информировать производителей о том, сколько тепла должно рассеивать их решение.Как правило, TDP оценивается на 20–30% ниже максимальной рассеиваемой мощности процессора. Максимальная рассеиваемая мощность — это максимальная мощность, которую ЦП может рассеять в наихудших условиях, таких как максимальная температура, максимальное напряжение ядра и условия максимальной нагрузки сигнала, тогда как минимальная рассеиваемая мощность относится к мощности, рассеиваемой процессором при его переключении в один из режимов пониженного энергопотребления. Максимальный TDP колеблется от 35 до 77 Вт для современных процессоров, таких как Intel® Core ™ i5-3400 Series Desktop Processor [3], тогда как максимальный TDP для современных ноутбуков колеблется от 17 до 35 Вт [4].

3. Методы охлаждения электронного оборудования

Воздушное охлаждение является наиболее важной технологией, которая способствует охлаждению электронных устройств [5]. В прошлом существовало три основных способа охлаждения электронного оборудования: (1) пассивное воздушное охлаждение, которое рассеивает тепло с помощью воздушного потока, создаваемого разницей в температуре, (2) принудительное воздушное охлаждение, которое рассеивает тепло, заставляя воздух течь с помощью вентиляторов, и (3) принудительное жидкостное охлаждение, которое рассеивает тепло путем пропускания охлаждающих жидкостей, таких как вода [6].Традиционным способом отвода тепла от настольных компьютеров была принудительная конвекция с использованием вентилятора напрямую с радиатором. Такие преимущества, как простая обработка, простая конструкция и меньшая стоимость, сделали радиаторы с пластинчатыми ребрами очень полезными для охлаждения электронных устройств [7]. Однако из-за меньшего размера ЦП и повышенной мощности, которые встречаются в современных компьютерах, тепловой поток в ЦП значительно увеличился [8]. В то же время были наложены ограничения на размер радиаторов и вентиляторов, а также на уровень шума, связанный с увеличением скорости вращения вентиляторов.Следовательно, существует растущая озабоченность по поводу улучшенных методов охлаждения, соответствующих современным требованиям ЦП. В качестве альтернативы традиционным радиаторам двухфазные охлаждающие устройства, такие как тепловая трубка и термосифон, оказались многообещающими устройствами теплопередачи с эффективной теплопроводностью более чем в 200 раз выше, чем у меди [9].

4. Теория и работа с тепловыми трубками

Для того, чтобы тепловая трубка работала, максимальное капиллярное давление должно быть больше суммы всех перепадов давления внутри тепловой трубки, чтобы преодолеть их; таким образом, основным критерием работы тепловой трубы является следующий:

, где ΔP _c — максимальная капиллярная сила внутри фитильной конструкции; ΔP _л — перепад давления, необходимый для возврата жидкости из конденсатора в секцию испарения; ΔP _v — перепад давления для перемещения потока пара из зоны испарения в секцию конденсатора; и ΔP _g — это падение давления, вызванное разницей в гравитационной потенциальной энергии (может быть положительным, отрицательным или нулевым, в зависимости от ориентации и направления тепловой трубы).

Рис. 1.

Работа тепловой трубы [10].

Основные этапы работы тепловой трубы резюмируются следующим образом со ссылкой на рисунок 1 [10]:

1. Тепло, добавляемое в секции испарителя за счет теплопроводности через стенку тепловой трубы, обеспечивает испарение рабочей жидкости.

2. Пар движется из секции испарителя в секцию конденсатора под действием перепада давления пара в результате испарения рабочего тела.

3. Пар конденсируется в секции конденсатора, высвобождая скрытую теплоту испарения.

4. Жидкость возвращается из секции конденсатора в секцию испарителя через фитиль под действием капиллярной силы и перепада давления жидкости.

Перепад давления жидкости можно рассчитать из эмпирического соотношения [11]:

, где μ _l = вязкость жидкости, л _eff = эффективная длина тепловой трубки, ρ _l = жидкость плотность, K = проницаемость фитиля, A _w = площадь поперечного сечения фитиля и h _fg = теплота испарения жидкости.Падение давления пара можно рассчитать по следующему уравнению [12]:

ΔPv = 16µvLeffQ2Dv22AvρvhfgE3

, где μ _v = вязкость пара, ρ _v = плотность пара, D _v = расстояние между паром и A _v = площадь поперечного сечения парового ядра.

Максимальное капиллярное давление ΔP _c , создаваемое внутри фитильной области, определяется уравнением Лапласа – Юнга [13].

, где σ _l — поверхностное натяжение, а r _eff — эффективный радиус пор фитиля.

Максимально достижимая теплопередача тепловой трубкой может быть получена из уравнения [11]:

Qmax = ρlσlhfgµlAwKLeff2reff − ρlgLeffsinφσlE5

, где φ — угол между осью тепловой трубки и горизонтом (положительный, когда испаритель находится выше конденсатор и отрицательный, если наоборот).

При горизонтальной ориентации φ = 0 уравнение (5) примет вид

Qmax = ρlσlhfgµlAwKLeff2reffE6

5. Преимущества тепловой трубки

Тепловая трубка имеет много преимуществ по сравнению с другими охлаждающими устройствами, например:

• Эффективный теплопроводность очень высока, поскольку тепловая трубка работает по замкнутому двухфазному циклу.Следовательно, он может передавать большое количество тепла с очень небольшой разницей температур между секциями испарителя и конденсатора.

• Он может передавать тепло без каких-либо движущихся частей, поэтому тепловая трубка работает бесшумно, бесшумно, не требует технического обслуживания и отличается высокой надежностью.

• Благодаря небольшому размеру и весу может использоваться для охлаждения электронных устройств.

• Это простое устройство, которое работает в любой ориентации и передает тепло от места, где нет возможности и возможности разместить обычный вентилятор; например, в записных книжках.

• Тепловые трубы демонстрируют точный изотермический контроль, благодаря которому подводимые тепловые потоки могут изменяться без значительных изменений рабочей температуры [14].

• Испаритель и конденсатор работают независимо, и ему нужны только общие жидкость и пар, так что размер и форма области подвода тепла отличаются от области отвода тепла при условии, что скорость испарения жидкости не превышать скорость конденсации пара.Таким образом, тепловые потоки, генерируемые на меньших площадях, могут рассеиваться на больших площадях с меньшими тепловыми потоками.

6. Компоненты тепловых труб

Чтобы получить достаточную информацию о тепловой трубе, исследователи должны изучить ее основные компоненты, которые играют важную роль в эффективности трубы. Многие исследователи сосредоточили свои исследования на наиболее важных аспектах этих компонентов, таких как контейнер с тепловой трубкой, структура фитиля и рабочая жидкость. Исследования этих компонентов проводились с помощью экспериментального и численного анализа.

6.1. Контейнер или стенка тепловой трубы

Контейнер представляет собой металлическое уплотнение, способное передавать тепло через него рабочей жидкости. Этот металл обладает хорошей теплопроводностью. На выбор материала контейнера влияют многие факторы, например, смачиваемость, соотношение прочности и веса, обрабатываемость и пластичность, совместимость с внешней средой и рабочей жидкостью, теплопроводность, свариваемость и пористость. Материал контейнера должен обладать высоким отношением прочности к весу, он должен быть непористым, чтобы избежать диффузии частиц пара, и в то же время должен обеспечивать минимальную разницу температур между фитилем и источником тепла благодаря своей более высокой теплопроводности.

6.2. Фитиль или капиллярная структура

Фитильная структура является наиболее важным элементом тепловой трубы. Он отвечает за возврат жидкости из секции конденсатора в секцию испарителя за счет капиллярности даже против направления силы тяжести. Таким образом, наличие фитиля заставляет тепловые трубки работать во всех направлениях. Фитиль с рифлением, спеченный фитиль и фитиль из сетки являются наиболее важными типами фитилей, которые тщательно изучаются. Эти типы фитилей широко используются в электронной промышленности и подробно описаны ниже.

6.2.1. Фитиль из спеченного металлического порошка

Как показано на Рисунке 2, этот тип фитиля имеет небольшой размер пор, что приводит к низкой проницаемости фитиля, что приводит к созданию высоких капиллярных сил для антигравитационных применений. Тепловая трубка, на которой установлен фитиль такого типа, дает небольшую разницу в температуре между секциями испарителя и конденсатора. Это снижает тепловое сопротивление и увеличивает эффективную теплопроводность тепловой трубки.

Рисунок 2.

Фитиль из металлического порошка [15].

Leong et al. [16] исследовали тепловую трубку со спеченными медными фитилями. Плоские пластинчатые тепловые трубки с прямоугольными пористыми фитилями были изготовлены с использованием медного порошка (63 мкм), спеченного при 800 и 1000 ° C. Они использовали методы ртутной порометрии и сканирующей электронной микроскопии (SEM) для исследования пористости и распределения пор по размерам в этих фитилях. Результаты показали одномодальное распределение пор по размерам, при этом большинство размеров пор находится в пределах 30-40 мкм. Кроме того, сравнивались цилиндрические фитили, изготовленные методом литья под давлением с тем же связующим и той же температурой спекания.Расчетные значения проницаемости для прямоугольных фитилей были такими же хорошими, как и для промышленных цилиндрических фитилей. По сравнению с проволочной сеткой, спеченные фитили имели меньшие поры и позволяли контролировать пористость и размер пор для достижения наилучших характеристик.

6.2.2. Фитиль с канавками

Фитиль с канавками показан на Рисунке 3; Этот тип фитиля создает небольшую капиллярную движущую силу, но подходит или достаточен для тепловых труб малой мощности, которые работают горизонтально или с направлением силы тяжести.

Рисунок 3.

Фитиль с канавкой [15].

Чжан и Фагри [17] моделировали конденсацию на капиллярно-желобчатой ​​структуре. Они исследовали влияние поверхностного натяжения, угла смачивания, перепада температуры и толщины ребер с использованием модели объема жидкости (VOF). Результаты показали, что краевые углы и коэффициенты теплопередачи уменьшаются при увеличении разницы температур. Значительное увеличение толщины пленки жидкости наблюдалось также при увеличении толщины ребра.Ахамед и др. [18] экспериментально исследовали тонкую плоскую тепловую трубку с характерной толщиной 1,0 мм. Использовалась специальная структура волоконного фитиля, которая состояла из комбинации медного волокна и осевых канавок в качестве капиллярного фитиля вдоль внутренней стенки тепловой трубы. Тонкая плоская тепловая трубка была прямой с прямоугольным сечением 1,0 мм × 5,84 мм. Тепловая труба была сделана из медной трубы диаметром 4 мм, а в качестве рабочего тела использовалась чистая деионизированная вода. Их наблюдение показало, что максимальное количество тепла, которое может передать тонкая плоская тепловая трубка 1.Толщина 0 мм составляла 7 Вт. Тепловое сопротивление тепловой трубки составляло 0,44 ° C / Вт. Также было обнаружено, что новая структура волоконного фитиля обеспечивает оптимальное паровое пространство и капиллярную головку для лучшей теплопередачи при меньшем тепловом сопротивлении.

6.2.3. Фитиль с сеткой экрана

На рис. 4 показан фитиль с сеткой экрана, который используется во многих продуктах, и они продемонстрировали полезные характеристики в отношении передачи энергии и чувствительности к ориентации.

Рисунок 4.

Фитиль из сетки экрана [15].

Вонг и Као [19] представили визуализацию процесса испарения / кипения и тепловые измерения горизонтальных прозрачных тепловых труб. Тепловые трубки имели двухслойный фитиль из медной сетки, состоящий из сеток 100 и / или 200 меш, стеклянной трубки и воды в качестве рабочего тела. В условиях более низкой тепловой нагрузки толщина водяной пленки была меньше 100 мкм, а пузырьковое кипение наблюдалось при Q = 40 Вт и Q = 45 Вт соответственно. Оптимальные тепловые характеристики были определены для комбинации фитиль / заряд, которая обеспечивает наименьшее тепловое сопротивление испарителя с наименьшим общим распределением температуры.В отличие от условий более низкой нагрузки, более высокие тепловые нагрузки при небольшой загрузке приводили к частичному высыханию в испарителе. Однако при большем заряде наблюдался ограниченный спад жидкости с увеличением тепловой нагрузки, и рост пузырьков оказался неустойчивым и сильно лопнул. Liou et al. [20] представили визуализацию и измерение термического сопротивления испарителя из спеченной сетки с фитилем в плоских пластинчатых тепловых трубках. Толщина фитиля составляла от 0,26 до 0,80 мм при различных комбинациях сит 100 и 200 меш.Результаты показали, что увеличение тепловой нагрузки приводит к снижению сопротивления испарению до тех пор, пока не произойдет частичное высыхание. После этого сопротивление испарению начало медленно увеличиваться. Низкая проницаемость фитиля ограничивала снижение сопротивления испарению и вызывала высыхание.

Изучение типов фитилей привело к следующим основным выводам:

• Фитиль из спеченного металлического порошка имеет небольшой размер пор, что приводит к низкой проницаемости фитиля. Это приводит к возникновению высоких капиллярных сил для антигравитационных приложений.Тепловая трубка, на которой установлен этот тип фитиля, создает небольшую разницу температур между секциями испарителя и конденсатора. Следовательно, тепловое сопротивление снижается, а эффективная теплопроводность тепловой трубки увеличивается.

• Рифленый фитиль создает небольшую капиллярную движущую силу, которая подходит или достаточна для тепловых труб малой мощности, которые работают горизонтально или с направлением силы тяжести.

• Эффективность тепловой трубы с фитилем из сетки экрана зависит от количества слоев и количества используемых ячеек, так как она имеет легко изменяемые характеристики, которые определяют перенос тепла и чувствительность к ориентации.

6.3. Рабочие жидкости

Выбор рабочего тела в первую очередь зависит от диапазона рабочих температур пара. Это связано с тем, что в основе работы тепловой трубы лежит процесс испарения и конденсации рабочей жидкости. Выбор подходящей рабочей жидкости должен производиться тщательно, принимая во внимание следующие факторы [21]:

• должно иметь очень высокое поверхностное натяжение;

• должен обладать хорошей термической стабильностью;

• смачиваемость стеновых материалов и фитиля;

• должно иметь высокую скрытую теплоту;

• должен обладать высокой теплопроводностью;

• должен иметь низкую вязкость жидкости и пара; и

• он должен быть совместим как с материалами стен, так и с фитилем.

Самым важным свойством рабочей жидкости является высокое поверхностное натяжение, так что тепловая трубка работает против силы тяжести, поскольку она создает высокую силу характеристики капиллярности. В таблице 1 приведены свойства некоторых рабочих жидкостей с указанием их рабочих температур [21].

до −26934

33

33

−112 до 200 911 120

Среда	Точка плавления (° C)	Точка кипения (° C)	Полезный диапазон (° C)
Гелий	−271	−11261
Азот	−210	−196	−203 до −160
Аммиак	−78	−33	−60 до 100
57	0 до 120
Метанол	−98	64	от 10 до 130
Flutec PP2	−50	76			78	от 0 до 130
Вода	0	100	от 30 до 200
Толуол	−95	110	от
Меркурий	−39	361	от 250 до 650

Таблица 1.

Свойства рабочей жидкости тепловых трубок.

Дистиллированная вода является наиболее подходящей жидкостью для тепловых трубок, используемых для охлаждения электронного оборудования. Однако немногие исследователи пытались улучшить тепловые характеристики тепловых трубок, добавляя наночастицы металлов, которые имеют хорошие теплопроводности, такие как серебро, оксид железа и титан, в дистиллированную воду, в которой жидкость известна как наножидкости. Некоторые исследователи изучали различные способы улучшения характеристик тепловых трубок за счет использования различных рабочих жидкостей.Уддин и Фероз [22] экспериментально исследовали влияние ацетона и этанола в качестве рабочих жидкостей на характеристики миниатюрной тепловой трубки. Эксперименты были направлены на отвод тепла от процессора к одному концу миниатюрных тепловых трубок, в то время как на другом конце были предусмотрены удлиненные медные ребра для отвода тепла в воздух. Результаты показывают, что ацетон имеет лучший охлаждающий эффект, чем этанол. Фадил и Салех [23] сообщили об экспериментальном исследовании влияния этанола и воды в качестве рабочих жидкостей на тепловые характеристики тепловой трубы.Во время экспериментов тепловая трубка находилась в горизонтальной ориентации. Диапазон теплового потока изменялся в пределах 2,8–13,13 кВт / м ² , тогда как все остальные условия были постоянными. Результаты показывают, что тепловые характеристики тепловой трубы с водой в качестве рабочего тела были лучше, чем с этанолом.

7. Типы тепловых трубок

7.1. Цилиндрическая тепловая трубка

Цилиндрическая тепловая трубка с закрытыми концами — это распространенный и традиционный тип тепловых трубок. Он включает в себя циркуляцию рабочей жидкости и фитиль для возврата жидкости.По сути, он состоит из трех секций, а именно испарителя, адиабаты и конденсатора, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5.

Цилиндрическая тепловая трубка [24].

Эль-Генк и Лианмин [25] сообщили об экспериментальном исследовании переходной характеристики цилиндрической медной тепловой трубы с водой в качестве рабочего тела. Медная тепловая трубка с медным экранным фитилем состояла из двух слоев по 150 ячеек. Результаты показали, что температура пара была равномерной вдоль тепловой трубы, тогда как перепад температуры на стенке был очень небольшим (максимальное отклонение менее 5 К) между секцией испарителя и секцией конденсатора.Установившееся значение температуры пара увеличивалось при увеличении подводимого тепла или уменьшении расхода охлаждающей воды. Саид и Акаш [26] экспериментально изучали характеристики цилиндрической тепловой трубы с использованием двух типов тепловых трубок с фитилем и без него, а также воды в качестве рабочего тела. Они также изучили влияние различных углов наклона, таких как 30 °, 60 ° и 90 °, по отношению к горизонтали на характеристики тепловой трубы. Результаты показали, что тепловая трубка с фитилем работает лучше, чем тепловая трубка без фитиля.Общий коэффициент теплопередачи был наилучшим при угле 90 °.

7.2. Плоские тепловые трубки

Ван и Вафай [27] представили экспериментальное исследование тепловых характеристик асимметричных плоских тепловых трубок. Как показано на Рисунке 6, плоская тепловая трубка состоит из четырех секций, одна из которых испарительная секция посередине, а три секции конденсатора. Получены коэффициент теплоотдачи и распределение температуры. Результаты показали, что температура была равномерной вдоль поверхностей стенок тепловой трубы, а пористый фитиль секции испарителя оказывал значительное влияние на тепловое сопротивление.Коэффициент теплопередачи также оказался равным 12,4 Вт / м ² ° C в диапазоне входящего теплового потока 425–1780 Вт / м ² .

Рисунок 6.

Схема плоской тепловой трубы: (а) геометрия тепловой трубы и (б) вид в разрезе тепловой трубы [27].

Тепловые характеристики расширителя с плоской тепловой трубкой были исследованы Carbajal et al. [28]. Они провели квазитрехмерный численный анализ, чтобы определить распределения переменных поля и эффекты изменения параметров в системе плоских тепловых труб.Исследования показали, что плоская тепловая трубка, работающая как расширитель тепла, приводит к более равномерному распределению температуры на стороне конденсатора по сравнению с цельной алюминиевой пластиной, имеющей аналогичные граничные условия и тепловложение.

7.3. Микротепловые трубки

Микро-тепловые трубки отличаются от обычных тепловых трубок тем, что они заменяют фитильную структуру с остроугольными углами, которые играют важную роль в обеспечении капиллярного давления для движения жидкой фазы.Hung и Seng [29] изучали влияние геометрического дизайна на тепловые характеристики микротепловых трубок со звездообразным желобом. Как показано на рисунке 7, были рассмотрены три различных типа поперечного сечения микротепловых трубок, такие как квадратная звезда (4 угла), шестиугольная звезда (6 углов) и восьмиугольная звезда (8 углов) канавки с шириной угла w. . Соответственно, угол 2θ при вершине угла изменялся от 20 ° до 60 °. В установившемся режиме была разработана одномерная математическая модель для получения характеристик потока тепла и жидкости в микротепловой трубе.Результаты показали, что геометрическая конструкция микротепловых трубок со звездообразным желобом позволяет лучше понять влияние различных геометрических параметров, таких как площадь поперечного сечения, общая длина, форма поперечного сечения, количество углов и острота изображения. угол при вершине угла.

Рис. 7.

(a) Геометрия различных форм поперечного сечения микротепловой трубы: (i) квадратная канавка в виде звезды, (ii) канавка в виде шестигранной звезды, (iii) восьмиугольная канавка в виде звезды и (iv) равносторонний треугольник .(б) Принципиальная схема оптимально заряженных равносторонних треугольных и звездообразных микротепловых трубок [29].

7.4. Колеблющаяся (пульсирующая) тепловая трубка

Колеблющаяся (пульсирующая) тепловая трубка (OHP) — одно из многообещающих охлаждающих устройств в современном приложении, которое может быстро отводить тепло в любой ориентации, где колебательные явления обеспечивают улучшенный механизм теплопередачи, как показано на Рисунке 8. Уникальная особенность МНД по сравнению с обычными тепловыми трубками состоит в том, что в них отсутствует фитильная конструкция, возвращающая конденсат в секцию нагрева; таким образом, нет никакого противотока между жидкостью и паром [30].Колебания волн давления вызывают автоколебания внутри тепловой трубы, а осциллятор ускоряет сквозную теплопередачу [31]. Изменение давления при расширении и сжатии объема во время фазового перехода инициирует и поддерживает термически возбужденное колебательное движение жидких пробок и пузырьков пара между испарителем и конденсатором [32], потому что обе фазы потока жидкости и пара имеют одинаковое направление. Осциллирующий поток внутри капиллярной трубки с тепловым приводом эффективно создает несколько свободных поверхностей, которые значительно улучшают теплообмен при испарении и конденсации.

Рис. 8.

Схема колеблющейся тепловой трубы [33].

Хотя многие исследователи рассматривали влияние параметров мартеновского цеха на тепловые характеристики, такие как внутренний диаметр, количество витков, степень заполнения и наножидкости, разработка комплексных инструментов проектирования для прогнозирования характеристик мартеновского цеха все еще отсутствует [30] . Более того, согласно Zhang и Faghri [34], предыдущие теоретические модели OHP были в основном сосредоточенными, одномерными или квазиодномерными, и в основном были представлены многие нереалистичные предположения.

8. Математическое моделирование и численное моделирование

Математические модели тепловых труб подразделяются на аналитические методы и численное моделирование. Аналитический метод подтверждает достоверность результатов экспериментов и моделирования, которые невозможно измерить экспериментально, таких как давление и скорость рабочей жидкости внутри тепловой трубы. Численное моделирование имеет жизненно важное значение для исследования теплового поведения рабочей жидкости внутри тепловых труб и прогнозирования температуры стенки тепловых труб, на основании которой можно рассчитать тепловое сопротивление и количество тепла, передаваемого тепловыми трубками.Кроме того, определение характеристик жидкости внутри фитиля и прогнозы давления и скорости пара и жидкости позволяет разработать высокоэффективную тепловую трубку для охлаждения электронных устройств.

8.1. Допущения математической модели

При математической формулировке были сделаны следующие допущения:

1. Потоки пара и жидкости считаются установившимися, двумерными, ламинарными и несжимаемыми.

2. Пар считается идеальным газом.

3. В системе не происходит выделения тепла из-за фазового перехода и химической реакции.

4. На границе жидкость – пар жидкая и паровая фазы связаны, а впрыск и отсос пара однородны [34].

5. Физические свойства постоянны.

8.2. Основные уравнения

На основе сделанных выше предположений уравнения непрерывности, импульса и энергии представлены следующим образом:

8.2.1. Область пара

Непрерывность :

, где u и ν — компоненты скорости в направлениях x и y соответственно.

Импульс:

ρvuvuvx + vvuvy = −px + µv2uvx2 + 2uvy2E8ρvuvvvx + vvvvy = −py + ρg + µv2vvx2 + 2vvy2E9

Энергия :

ρvcpuv2 + vcpuv2

Энергия :

ρvcpuv2 + vcpuv2 = 900 + vcpuv2 , ρvvapor density, μ _v — эффективная вязкость пара для ламинарного случая — это просто динамическая вязкость, c _p удельная теплоемкость и k _v — теплопроводность пара.

8.2.2. Область жидкого фитиля

Непрерывность :

где u и ν — компоненты скорости в направлениях x и y соответственно.

Импульс :

ρlululx + vluly = −Plx + µl2ulx2 + 2uly2 + RxE12ρlulvlx + vlvly = −Ply + ρlg + µl2vlx2 + 2vly2 + RyE13

R 90530 R 9053 _{компоненты сопротивления распределены в направлениях x и y соответственно.Распределенное сопротивление — подходящий метод оценки влияния пористой среды.}

Энергия:

ρlcp, lulTlx + vlTly = ke2Tlx2 + 2Tly2 + QvE14

где, g , ρ , μ , C _p , k _{e, 901 и Q v — это ускорение свободного падения, плотность, динамическая вязкость, удельная теплоемкость, эффективная теплопроводность для структуры фитиля жидкости и объемный тепловой поток, соответственно. Индексы v и l относятся к паровой и жидкой областям соответственно. k e — эффективная теплопроводность структуры жидкого фитиля для фитиля из спеченного порошка, выраженная формулой [12]:}

ke = kl2kl + kw − 21 − φkl − kw2kl + kw + 1 − φkl − kwE15

Для фитиль сетки экрана, k _e рассчитывается по [12]:

ke = klkl + kw − 1 − φkl − kwkl + kw + 1 − φkl − kwE16

, где φ — пористость, а k _l и k _w — теплопроводность жидкости и материала фитиля соответственно.

Уравнение стационарной теплопроводности для прогнозирования температуры стенки выглядит следующим образом:

, где k _с — теплопроводность твердого тела, а T _с — температура стенки (поверхности).

8.3. Граничные условия

На обоих концах тепловой трубы, u _v = ν _v = u _l = ν _l = 0, и P _v = P _л .

На средней линии секции испарителя ν _v = 0, uvy = 0 и Ty = 0.

На центральной линии секции конденсатора u _v = 0, vvy = 0 и Tx = 0.

При r = R _w , u _l = ν _l = 0.

На адиабатическом участке ρ _v ν _v = ρ _l ν _l = 0.

Непрерывность потоков массы в направлении y на границе раздела пар-жидкость дает

ρ _v ν _v = ρ _l ν _l = — ρ _v ν ₁

где, ν ₁ — скорость впрыска пара, выраженная как [35]:

Аналогично, непрерывность потоков массы в направлении x в пар-жидкость выходная мощность

ρ _v u _v = ρ _l u _l = ρ _v u ₁

где, u ₁ — скорость всасывания пара, указанная в исследовании Кая и Голдака [35]:

Температура границы раздела (∫ _T ) рассчитывается по уравнению Клаузиуса – Клапейрона, предполагая, что насыщение te Температура ( T ₀ ) и давление пара ( P ₀ ) на границе жидкость – пар [36]:

∫ = 11T0 − RhfglnPvP0TE20

Для границы твердое тело – жидкость:

На испарительной части , KeTly = ksTsy

В конденсаторной части KeTlx = ksTsx

, где K _e — эффективная теплопроводность области фитиля жидкости, а K _eff — эффективная теплопроводность всего тепла. труба.

На внешней стенке тепловой трубы = EvaporatorksTy = qeAdiabaticTy = 0∧Tx = 0Condenser − ksTx = hTs − Ta

, где h — коэффициент конвективной теплопередачи, а T _w и T _a — температура поверхности стены и температура окружающей среды соответственно.

Mistry et al. [37] выполнили двумерный переходный и установившийся численный анализ для исследования характеристик цилиндрической тепловой трубы с медно-водяным фитингом (экран 80 меш SS-304) с водой в качестве хладагента при постоянном тепловложении.Конечная разность и явный метод Эйлера (маршевая схема) использовались для решения основных уравнений. Как показано на рисунке 9, было проведено двухмерное вычислительное исследование с использованием концепции растущего теплового слоя в стенке и области фитиля. Были измерены нестационарные осевые распределения температуры, и все три секции тепловой трубы были сопоставлены с численным решением разработанной двумерной модели. Было получено время, необходимое для достижения устойчивого состояния.Переходные и установившиеся прогнозы температур из двумерной модели были в хорошем согласии с экспериментально полученными профилями температуры.

Рисунок 9.

Система координат тепловой трубы [38].

Таблица 2 суммирует и сравнивает некоторые математические исследования тепловых труб с точки зрения модели, методологии, конструкции фитиля, ориентации и типов тепловых труб.

SS Цилиндрический 2D , конечный объем
Цилиндрическая сетка SS

Автор	Модель	Метод	Тип	Фитильная структура	Ориентация *	Режим **
Mistry et al.[37]	2D	Числовая, конечная разница	Micro	Сетка экрана	H	T, SS
Maziuk et al. [38]	1D, 2D	Аналитика, программное обеспечение разработка	Плоский миниатюрный	Медный спеченный порошок	I	SS
Suman et al. [39]	1D	Аналитический	Micro	Рифленый	H	T
Zhu and Vafai [34]	2D	Аналитический33	SS	SS
Но и Сонг [40]	2D	Числовой, конечный объем	Цилиндрический	Сетка экрана	H	T
Mahjoub и	2D Numerical	Цилиндрический	Пористая среда	H	SS
Kaya and Goldak [36]	3D	Числовой метод конечных элементов
Ranjan et al.[42]	3D	Числовая, макромодель **	Плоская	Спеченная, сетка сетка	H	T

Таблица 2.

Обзор некоторых математических исследований тепловых труб.

* H, горизонтальная ориентация; I — наклонная ориентация; ** SS, устойчивое состояние; и T, переходный.

Как показано в таблице 2, трехмерной модели уделялось мало внимания по сравнению с двумерной моделью. Кроме того, большинство исследований касалось горизонтальных тепловых труб, которые охватывают как переходные, так и установившиеся случаи.

9. Тепловая трубка для систем охлаждения компьютеров (настольных компьютеров и ноутбуков)

Из-за высокой эффективной теплопроводности тепловых трубок по сравнению с традиционными радиаторами, были предложены и выбраны тепловые трубки для электронного охлаждения. Таким образом, тепловая трубка очень быстро передает и рассеивает тепло. Многие исследователи сосредоточили свои исследования на использовании тепловой трубки для охлаждения электронных устройств, и все они доказали, что тепловая трубка является лучшим инструментом для охлаждения электронных устройств, таких как настольные компьютеры и ноутбуки.Ребра охлаждения, оборудованные тепловыми трубками для электронных схем и устройств большой мощности и высоких температур, были смоделированы Легерски и Виеком [43], и было продемонстрировано превосходство предлагаемой системы над традиционными устройствами. Kim et al. [44] разработали охлаждающий модуль в виде выносного теплообменника, использующего тепловую трубку для процессора Pentium-IV в качестве средства обеспечения улучшенного охлаждения и снижения уровня шума по сравнению с обычными радиаторами с вентилятором. Saengchandr и Afzulpurkar [45] предложили систему, сочетающую в себе преимущества тепловых трубок и термоэлектрических модулей для настольных ПК.Как показано на рисунке 10, использование тепловых трубок с радиатором может улучшить тепловые характеристики [46].

Рис. 10.

Радиатор с тепловыми трубками для охлаждения настольных ПК [47].

Ю и Харви [47] разработали высокоточную тепловую трубку для охлаждения Pentium II в Compact PCI. В этой работе для модуля процессора учитывались такие критерии проектирования, как максимальная температура, теплообменная пластина с тепловой нагрузкой, максимальная температура окружающего воздуха и общее тепловое сопротивление решения.Было замечено, что тепловое и механическое управление системой было улучшено с использованием тепловой трубки. Kim et al. [44] представили технологию охлаждения тепловых трубок для процессора настольных ПК. Они разработали кулер, использующий тепловую трубку с радиатором, чтобы уменьшить шум вентилятора. Результаты показали, что использование тепловой трубки для охлаждения процессора настольного ПК приведет к увеличению рассеиваемого тепла без необходимости использования высокоскоростного вентилятора. Таким образом была решена проблема шума, создаваемого традиционным охлаждением радиатора.Кроме того, закрытая осциллирующая тепловая трубка (CEOHP), используемая для охлаждения процессора настольных ПК, была представлена ​​Rittidech и Boonyaem [48]. Как показано на рисунке 11, комплект CEOHP разделен на две части: испаритель имеет длину 0,05 м, а секция конденсатора — 0,16 м с вертикальной ориентацией. В качестве рабочего тела они выбрали R134a с долей заполнения 50%. Для правильной работы комплект CEOHP должен передавать не менее 70 Вт тепловой мощности. Чип процессора мощностью 58 Вт имел температуру 70 ° C. Результаты показывают, что эффективность охлаждения увеличивается при увеличении скорости вращения вентилятора, когда использовались скорости вращения вентилятора 2000 и 4000 об / мин.Тепловые характеристики при использовании охлаждающего модуля CEOHP были лучше, чем при использовании обычного радиатора.

Рис. 11.

Прототип: (а) алюминиевая опорная пластина, (б) медное ребро, (в) CEOHP. [49].

Недавно были представлены радиаторы с ребристыми U-образными тепловыми трубками для охлаждения высокочастотных микропроцессоров, таких как Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad, серии AMD Phenom и AMD Athlon 64, как сообщает Wang et al. al. [49], Ван [50], Лян и Хунг [51]. Wang et al.[49] экспериментировали с горизонтальной двойной тепловой трубкой с радиатором. Теплоотдача передавалась от процессора к базовой пластине и от базовой пластины к тепловым трубкам и радиаторам одновременно. Тепло от ребер рассеивалось в окружающую среду за счет принудительной конвекции. Как показано на рисунке 12, эксперименты проводились в два этапа, на первом этапе измерялась температура тепловых трубок только для расчета их теплового сопротивления. Второй этап был направлен на измерение температуры радиатора без тепловых трубок и с тепловыми трубками для расчета их теплового сопротивления.Было замечено, что 64% ​​общего рассеиваемого тепла передавалось от ЦП к базовой пластине, а затем к ребрам, тогда как 36% передавалось от тепловых трубок к ребрам. Наименьшее значение общего теплового сопротивления тепловых трубок с радиатором составило 0,27 ° C / Вт.

Рисунок 12.

Радиатор без тепловых трубок и со встроенными тепловыми трубками [50].

Исследования Elnaggar et al. [52] по экспериментальному моделированию и моделированию методом конечных элементов (КЭ) вертикально ориентированных оребренных U-образных мульти-тепловых трубок для охлаждения настольных компьютеров, показанных на рисунке 13a.Было обнаружено, что полное тепловое сопротивление уменьшается с увеличением погонной энергии и скорости теплоносителя. Кроме того, вертикальный монтаж продемонстрировал улучшенные тепловые характеристики по сравнению с горизонтальным расположением. Наименьшее достигнутое общее тепловое сопротивление составило 0,181 ° C / Вт при тепловой нагрузке 24 Вт и скорости теплоносителя 3 м / с. Это исследование было продолжено Elnaggar et al. [53] для определения оптимального подводимого тепла и скорости охлаждающего воздуха для вертикальной сдвоенной U-образной тепловой трубы с целью максимизации эффективной теплопроводности, как показано на рисунке 13b.

Рисунок 13.

Оребренная U-образная тепловая трубка для охлаждения настольных компьютеров [53, 54]. (а) П-образная ребристая мульти-тепловая труба [53]. (b) Ребристая U-образная двойная тепловая трубка [54].

Сводка исследований тепловой трубки с радиатором для охлаждения ЦП ПК приведена в таблице 3.

22 ° C / Вт

Автор	Ориентация	Форма тепловой трубки	Номер тепловой трубки	Общее тепловое сопротивление
Kim et al.[44]	Горизонтально	L-образная	3	0,475 ° C / Вт
Wang et al. [49]	Горизонтальное	U-образное	2	0,27 ° C / Вт
Wang [50]	Горизонтальное	U-образное	2 и 4	0,24 ° C / W
Лян и Хунг [51]	Горизонтальная	U-образная	1	0,5 ° C / W
Wang [54]	Вертикальная	L-образная	6
Elnaggar et al. [52]	Вертикальный	U-образный	4	0,181 ° C / Вт
Elnaggar et al. [53]	Вертикально	U-образная	2	0,2 ° C / Вт

Таблица 3.

Сводка исследований тепловой трубки с радиатором для охлаждения центрального процессора ПК.

Следующие выводы можно сделать из сводной информации о тепловой трубке с радиатором, используемой при охлаждении ЦП ПК:

• Радиатор с тепловыми трубками намного эффективнее по сравнению с радиатором без тепловых трубок.

• Ориентация тепловой трубы играет жизненно важную роль, при которой вертикальный монтаж может улучшить характеристики тепловой трубы по сравнению с горизонтальным расположением.

• Использование нескольких тепловых трубок приводит к значительному снижению теплового сопротивления, что повышает эффективность тепловых трубок.

Рис. 14.

Охлаждение ноутбука с помощью тепловой трубки с радиатором [56].

Поверхность процессора в ноутбуках или портативных компьютерах, где выделяется наибольшее количество тепла, обычно имеет небольшие размеры, приблизительно 10 мм × 10 мм.Для эффективного охлаждения тепло должно распространяться по большей площади вдали от процессора, так как пространство, доступное рядом с процессором, ограничено, как показано на рисунке 14. Следовательно, тепло должно отводиться от процессора и передаваться в место, откуда оно могут рассеиваться обычными способами. Эта задача успешно решается с помощью тепловой трубы, поскольку ее можно разместить в очень ограниченном пространстве таким образом, чтобы ее испарительная секция сообщалась с источником тепла, а оребренная секция конденсатора была открыта для стока [55].