Тепловой контур это: Как выбрать тепловой контур при строительстве дома

Как выбрать тепловой контур при строительстве дома

Содержание:

Что такое тепловой контур дома и из чего он состоит

Тепловой контур представляет собой материальную базу для возникновения микроклимата в здании. На языке строителей тепловой контур — это герметичный жилой резервуар (дом), построенный из материалов с низким или близким к нулевому коэффициентом теплопроводности. Термин делится на два подвида — теплый и холодный контур.

Тепловой контур монтируется с учетом особенностей климата. В России это постоянная сырость, полгода или даже больше отрицательных температур, постоянные ветра и смена видов осадков. При несоблюдении технологии оборудования теплового контура или использовании стройматериалов невысокого качества эксплуатация дома не будет полноценно эффективной.

Из чего состоит теплый контур:

1. Основание дома, включая цоколь и цокольный этаж.
2. Несущие стены. Играет большую роль материал стен.
3. Двери и окна.
4. Стропильная система и кровля, потолочные перекрытия и межкомнатные стены.
5. Для закрытия теплого контура необходимо установить отопление в доме, холодный контур ограничивается закрытой коробкой.

К тепловому контуру не принято относить такие постройки, как: крыльцо, веранда, придомовые пристройки, терраса, навесы и балконы. Проще рассматривать тепловой контур для дома из древесины — бруса или бревна, так как это самый распространенный и доступный в России стройматериал.

Теплый контур дома

Тепловой контур — это и есть коробка дома. Она состоит из стен, кровли, фундамента. Поэтому поднять стены дома и накрыть их крышей — означает пройти главный этап строительства. Такой не отделанный и незаконченный дом называется теплым, потому что здание уже способно сберегать тепло, и дом можно оборудовать системой отопления.

В теплый контур входит стройкомплект, который изготавливается на заводе по заранее разработанному проекту, и на это уходит до 2 рабочих месяцев. Материал — клееный, профилированный или обычный брус, сухой профилированный брус, оцилиндрованные, обычные или рубленные бревна. Детали венцов подготавливаются: режутся в размер, в них выпиливаются пазы, сверлятся отверстия, древесина пропитывается антисептиком и другими пропитками, продлевающими срок эксплуатации материала.

После монтажа стен обустраивается кровля. Кроме бруса сечением 50х50 или 15х25 мм, потребуется закупка гидроизоляционных материалов, паро- и теплоизоляции метизов, кровельного материала, и т.д. В проектную документацию входит и строительная смета, куда вносятся все необходимые расходы, в том числе и на приобретение материалов.

Основные шаги по обустройству крыши: изготовление и сборка системы стропил, укладка гидроизоляции, теплоизоляции, мембраны, создание каркасов для этого, монтаж карнизов и фронтонов, монтаж кровли и элементов водостока.

Окна и наружные (входные, мансардные, чердачные, балконные) двери вставляются в проемы по завершении кровельных работ. Для деревянного дома главное — выдержать время усадки каркаса. В зависимости от стройматериала, это может занять от 2-3 до 6-12 месяцев.

Межэтажные или потолочные перекрытия тоже собираются из древесины, чтобы процесс усадки и усушки проходил параллельно и одинаково. В качестве балок используется брус сечением 150-200 мм.

Завершение теплового контура — самый важный этап, и заключается он в монтаже системы отопления. Дальше строители занимаются отделочными работами.

Холодный контур дома

Это дом с фундаментом и крышей. Холодный контур состоит из следующих конструкций:

1. Стены (для деревянного дома — из бруса).
2. Черновой настил пола без отделки.
3. Потолочное, межэтажное или чердачное перекрытие.
4. Стропила и кровля.

Холодный контур обычно консервируют для усадки, если брус — естественной влажности. Если не дать коробке простоять 6-12 месяцев, то естественная в процессе высыхания деформация и изменение размеров бруса вызовут растрескивание, искривление проемов, отслаивание отделки внутри помещений.

Высушенный в камере профилированный или клееный брус не требует дополнительной сушки, и финишные работы можно начинать через месяц после закрытия холодного контура.

Отличие теплого (холодного) контура и строительства дома под ключ

Принципиальная разница между холодным и теплым контуром только в степени готовности здания. Комплектация теплого и холодного контуров была приведена выше, и из дополнительных узлов и конструкций можно добавить вставленные двери и окна, укрепленные тепло- и гидроизоляционные материалы, подшитые свесы и обшивку фронтонов. Этот перечень можно изменять в зависимости от проекта дома.

В доме, построенном под ключ, уже проведены все отделочные работы внутри и снаружи. Кроме системы отопления, подведены и подключены все инженерные коммуникации — связь, электричество, газ, телефон, интернет, теплая и холодная вода, канализация. Некоторые проекты включают в себя встраивание мебели и оборудование хозяйственных построек.

Как выбрать тип строительства

На выбор варианта строительства дома (холодный или теплый контур, дом под ключ) влияют наполнение бюджета, сроки строительства, расстояние доставки стройкомплекта, стоимость проекта. Как выбрать самый подходящий вариант?

Проект под ключ — решение для тех, кого не останавливает финансовый вопрос и торопит время. Окончание строительства и подписание приемо-сдаточного акта означает возможность новоселья уже на следующий день. и жить. Цена вопроса дороже других вариантов на 50-70%.

1. Закрытый теплый контур — решение для отложенных финишных работ. На выбор может повлиять погода или скромный бюджет, желание отделать внутренние помещения своими руками, другие причины. Но такой дом — это уже жилье, и остальную часть работ можно проводить, заселившись в него.
2. Холодный контур — эконом-вариант. Молодые семьи и застройщики с недостаточно большим бюджетом часто выбирают именно этот проект. В этом случае проще вести поэтапное строительство, внося деньги частями.

Но и это еще не все варианты. Иногда, даже при наличии финансовой возможности, есть смысл заказать готовый стройкомплект, а остальные работы проводить или самостоятельно, или частями, нанимая строителей в разные промежутки времени. При приобретении домкомплекта у компании-изготовителя вам его привезут и оборудуют место для хранения, остальное — ваши заботы. Вы можете начинать и останавливать строительные работы по своему графику.

Такой вариант подходит, если дом строится в другом регионе или компания-изготовитель находится далеко от стройплощадки. После покупки и доставки строительного комплекта можно воспользоваться услугами местных строительных компаний. Любой стройкомплект, где бы он ни был изготовлен, полностью соответствует всем строительным стандартам и готов к монтажу.

Материалы по теме

Теплый контур дома

Теплый контур дома  

Сегодня поговорим о таком этапе строительства дома как «Теплый Контур».

Сначала попробуем разобраться в данном понятии в принципе, а в следующей статье раскроем что в него входит у нашей компании.

Сразу обратим внимание, что данный этап строительства дома имеет и другие названия: утепленная коробка, тепловой контур, теплая коробка и прочие.

Исходя из логики звучания термина, у большинства строительных компаний под этим этапом понимается готовый, замкнутый с точки зрения ограждающих конструкций дом, в котором, формально, можно включить отопление и не будет происходить чрезмерных утечек тепла.

Далее, уже в зависимости от маркетинговых моделей компании и принципов позиционирования в рынке, утепленный контур дома «продается» различным способом и в различных комплектациях. Попробуем разобраться основательно с задачей.

Если говорить про каркасный дом, то этот этап минимально должен включать в себя:

• Утепленный фундамент;


• Утепленные стены и потолок дома;


• Замкнутый контур пароизоляции;


• Смонтированные окна и двери.

Таким образом, можно запустить систему отопления и комфортно производить работы следующего этапа. Отличие дома из бруса от каркасного в этом аспекте не велико. Просто брусовый дом автоматически включает в себя материал стены готовый для эксплуатации, как с наружной, так и с внутренней стороны. Каркасная же стена может быть готовой с наружной стороны, но без утеплителя она не обеспечивает замкнутости теплового контура.

Вроде все, но дьявол, как известно, кроется в деталях.

Тут необходимо отметить интересный и очень важный момент. С формальной точки зрения, утепленный дом без фасада и со смонтированным ветро-влагозащитным материалом на стене, например МДВП, можно назвать теплым контуром дома, ведь запустив отопление, дом не будет терять лишнее тепло. Но, с точки зрения качественного домостроения, этот подход не совсем корректный, так как полноценная эксплуатация дома в таком виде несет только временный характер с рекомендуемым периодом не более 6 – 12 месяцев и, отказавшись от монтажа фасада на этапе возведения коробки дома, удовольствие от экономии будет недолгим.

Особенно этот критерий касается случаев, когда в качестве ветрозащитного материала применена простая пленка, так как она имеет очень непродолжительный срок эксплуатации при прямом попадании солнечного излучения и воздействии ветра. В таком случае есть общая рекомендация: не оставлять дом под воздействием ультрафиолета более чем на 3 месяца.

Возможно, с маркетинговой точки зрения, такое позиционирование удобно, в связи с тем, что занижается стоимость этого этапа, что дает преимущество на фоне конкурентов, но корректным, с точки зрения технологий домостроения, его назвать сложно, а в случае осведомленности заказчика об этом, его согласие на такой, скажем так “маневр”, превращается в самообман.

Если же говорить вне концепта теплого контура дома, а в контексте общего планирования строительства, при стесненных финансовых условиях в конкретный момент, то вполне допустимо оставлять на те же 6 – 12 месяцев дом без фасада, только обшитым ветрозащитными плитами. Но в этом случае корректно называть данный этап – коробкой под кровлю, а не утепленной коробкой.

Далее, опять-таки формально, в состав утепленной коробки дома могут не входить такие решения как:

• Водосточная система;


• Снегозадержатели;


• Отделка террас;


• Отделка цоколя дома;


• Постоянная теплая входная дверь;


• Вентиляционные выходы и прочее.

Отсутствие данных мероприятий не мешает обеспечить тот самый теплый контур и запустить систему отопления дома. Это ни плохо и ни хорошо, просто это так есть. Главное, чтобы такие детали не являлись инструментом манипуляций в общении с заказчиком и о них явно и четко говорилось при обсуждении комплектации дома. 
Общими рекомендациями тут будет: стороне исполнителя — быть максимально честной и открытой; стороне заказчика – быть максимально внимательной.

Это же касается и случаев, когда с внутренней стороны смонтирован только контур пароизоляции, но не сделана подготовка под следующий этап в виде монтажа бруска или простой обрешетки на внутренние стены и потолок. Смонтированная и проклеенная пароизоляция обеспечивает замкнутость контура дома по стенам и потолкам и это достаточное требование для запуска отопления в доме, но, с точки зрения культуры организации строительного процесса, и технологичности производства работ, правильней добавить монтаж бруска на этапе утепленного контура дома, ведь, в любом случае, эти работы необходимо будет произвести впоследствии.

В этом месте надо отметить негативный момент долгого отсутствия обрешетки на стенах и особенно на потолке. Утеплитель давит на пароизоляцию стен за счет своей упругости, а на потолке еще и за счет своего веса. Как следствие, возможен надрыв пленки в точках ее крепления к конструкциям и отслоение пароизоляции друг относительно друга в случае, если клеевой шов скотча в стыках не выдержит этих нагрузок. Таким образом, на следующем этапе строительства, в самом начале придётся исправлять предыдущий.

Есть еще критерий, который нельзя обойти стороной — применение на общестроительном этапе в качестве фундамента — железобетонной плиты без утепления. Формально, условие отсутствия излишних теплопотерь при отоплении дома не обеспечивается. Учитывая же, что проживание в доме невозможно без инженерных коммуникаций первого этажа, утепления пола и что обычно данные работы производятся уже на следующем этапе строительства, такой компромисс в отношении стадии утепленной коробки считается корректным.

При этом, важно понимать картину целиком и трезво сравнивать сравнимое. К примеру, когда у других исполнителей применяется такой фундамент как УШП или УФФ, в который уже входят все мероприятия, связанные с инженерными коммуникациями, утеплением и отоплением, необходимо учитывать это в анализе стоимостей одинаковых по названию, но разных по насыщению этапов строительства.

Как видите, важным критерием при формировании состава утепленной коробки дома должен быть не только чисто формальный подход к термину, но и основа на технологически правильном алгоритме строительства вкупе с различным составом мероприятий на этой стадии у разных компаний. Стоит тут отметить, что удобство, а также и выгода как строителя, так и заказчика при формировании состава утепленного контура должны быть на втором плане относительно правильных подходов к строительным процессам.

В завершении отметим, что, к сожалению, будущий собственник дома находится не в выигрышной ситуации и ему придется приложить усилия для анализа предложений по строительству дома, на основании которого будет сделан вдумчивый выбор. Связано это с огромным выбором компаний на рынке малоэтажных домов и с тем, что различные исполнители вкладывают в понятие утепленной коробки разное содержание. Получается, что стоимостные показатели этого этапа могут отличаться в разы. Причем, в данной статье, мы говорим только о составе работ и материалов входящих в теплую коробку дома у разных компаний и приведение сравнительного анализа к общему количественному знаменателю.

А ведь, кроме этого, есть не менее важные задачи, состоящие в качественном анализе технических характеристик применяемых материалов, конструктивных особенностей предложений у различных исполнителей, где можно увидеть кардинальную разницу в подходах. К примеру, толщина утепления стен и потолка, различные сырьевые материалы кровли при одинаковом ее типе или же разница в стоимостях снегозадержателей, которая легко может отличаться в несколько раз и прочие. Сегодня же речь была только о количественном составе этапа теплого контура дома.

Как говорится, дорогу осилит идущий! Надеемся, данная статья поможет читателю сделать осознанный и взвешенный выбор и в дальнейшем позволит получать удовольствие от проживания в собственном доме долгие десятилетия!

А в следующей статье мы расскажем уже о составе нашей утепленной коробки дома.





холодный и тёплый контур, под ключ.

• Главная
• Блог
• org/ListItem»>Каменные дома
• Отличия в комплектациях каменного дома

Отличия в комплектациях каменного дома: холодный и тёплый контур, под ключ.

Или другой пример, огромный дом стоит так мало, что, привлекшись ценником, мы забываем, что на отделку и инженерию уйдет как минимум еще половина озвученного. Чтобы не делать поспешных выводов, правильнее всего просчитать цену по выбранной комплектации. Собрав по ней несколько коммерческих предложений от разных фирм, можно делать выбор.

Не вдаваясь в подробности выбора каменного материала, расскажем, какие комплектации каменных домов разработаны у нас.

Комплектация “холодный контур”.

«Холодный контур» — это комплексное предложение по строительству фундамента, стен наружных и внутренних, перекрытий пола и этажей, кровли без утепления с покрытием кровельным материалом, закладных под коммуникации с выводом за периметр дома и через кровлю.

Cрок строительства дома до 150 кв.м в такой комплектации до 4 месяцев. Оставлять дом в таком виде при правильной консервации можно более чем на 3 года. Но даже если вы не торопитесь со строительством и решили поставить только холодный контур, правильным будет уже заранее знать толщину пирога пола с будущей финишной отделкой, запланировать инженерию и экстерьер. От этого будет зависеть высота подоконников, расположение оконных проемов и возможность «безболезненно» остеклить дом и поставить межкомнатные двери.

Комплектация “тёплый контур минимальный”.

«Теплый контур минимальный». Это комплектация подразумевает сооружение с закрытым тепловым контуром, в которое напрямую не проникает холод. Сюда входят фундамент, стены наружные/внутренние, перекрытия, закладные для инженерных коммуникаций с выводом за периметр дома и через кровлю (фановый стояк и вентиляционные стояки), закладные для электроснабжения, водоснабжения и водоотведения, утепленная кровля с кровельным покрытием, монолитные межэтажная и внешняя лестницы, окна, входные двери. Сроки такого строительства варьируются до 6 месяцев.

Комплектация “тёплый контур полный”.

Это наиболее выигрышная комплектация, оберегающая дом от промерзания. Здесь фундамент, стены наружные/внутренние, перекрытия, закладные для инженерных коммуникаций с выводами за периметр дома и через кровлю (фановый стояк и вентиляционные стояки), закладные для электроснабжения, водоснабжения и водоотведения, кровля утепленная с кровельным покрытием, окна, двери входные, монолитные лестницы межэтажная и внешняя, утепление фасада минеральным базальтовым утеплителем при необходимости,  отделка фасада штукатуркой,  утепление цоколя и отмостки экструзионным пенополистиролом (ЭППС) с дальнейшей отделкой, подшивы свесов кровли пластиковыми софитами, водосточная система, снегозадержатели. Построить такую комплектацию не составит труда за 6-7 месяцев.

На стадии теплового контура дома можно заморозить или остановить строительство на неопределенный срок без специальной консервации без ущерба для возведенного здания. Утеплять ли в этот момент крышу или нет, вопрос очень важный. Если утепляется только перекрытие потолка, а кровля при этом остается холодной, то необходима вентиляция подкровельного пространства. Достаточно естественной вентиляции с выводом в кровлю. 

Утепление стен дома имеет значение, если того требует материал. При толщине газобетонных блоков 375 мм., лучше применить утеплитель от 50 мм. Газоблок 400 мм, керамический кирпич 440 мм или керамоблок Termo от Paroterm 380 мм по рекомендациям производителя вполне справляются с задачей сохранения тепла и без дополнительной теплоизоляции.  

Для замыкания теплового контура необходимо утепление цоколя и отмостки. Она выполняется плитным экструзионным пенополистиролом. Плита ЭППС представляет собой теплоизоляционный материал с равномерно распределенными замкнутыми ячейками. Она не впитывает воду, не набухает и не дает усадки, химически стойкая и не подвержена гниению. Высокая прочность дает ровное и жесткое основание. На бетонный цоколь после пропитки грунтовкой плиты крепятся на клей и фиксируются «грибками». Пирог отмостки состоит из песчано-щебневой подушки, плиты ЭППС в 10 см и бетонируется по арматурному каркасу.

Дом «под ключ» – дом в предчистовой отделке.

Применительно к нашей компании, каменные дома «под ключ» — это дома со всем вышеперечисленным комплектом плюс предчистовая отделка. А именно, разводка инженерных коммуникаций, опрессовка систем, оштукатуривание и грунтовка стен, утепление и заливка полов. Эти работы могут вестись одновременно с внешней отделкой. До чистовой отделки должен пройти в среднем месяц, за который материалы максимально просохнут и структурируются. После проверки дома тепловизором, выявления степени влажности, финальной проверки инженерных систем и дизайнерского проекта (при наличии), приступаем к чистовой отделке.  Длительность таких работ может доходить до года.

При планировании строительства мы рекомендуем выбирать комплектацию, исходя из финансовых возможностей, планов на период и реальных ожиданий от строительства. Наиболее выигрышный вариант – полный теплый контур. Что бы вы не выбрали, желательно подготовить заранее полное архитектурное и конструктивное решения, а также проекты инженерии, ведь предусмотреть и запланировать заранее лучше, чем переделывать, что в каменном домостроении еще и в разы труднее.

Популярные статьи

Отделка фасада

Ещё до начала строительства большинство заказчиков уже знает, какой фасад будет использова…

Читать в блоге

Мы уверены в качестве нашего сервиса

Персональный менеджер ведущий проект

Наша команда

Рассрочка, кредит
и материнский капитал

Узнать подробнее

1800+

Построенных домов с 2002 года

Смотреть проекты

Награды
и сертификаты

Награды
и сертификаты

У нас собственное производство и архитектурный отдел

Узнать подробнее

Гарантия 10 лет

Смотреть отзыв

Каркасный дом по индивидуальному проекту

Московская обл. , р-н Серпуховский, д. Воздвиженка

Смотреть отзыв

Каркасный дом по проекту «Торонто»

МО, Истринский р-н

Смотреть отзыв

Каркасный дом по проекту «Хантер»

МО, Пушкинский р-н, д. Шаблыкино

Смотреть отзыв

Каркасный дом по проекту «Скиф»

МО, Клинский р-н, с/пос. Воздвиженское

Смотреть отзыв

Каркасный дом по индивидуальному проекту

Волоколамский район, Осташевский с.о.

Смотреть отзыв

Каркасный дом по индивидуальному проекту

Московская обл., р-н Истринский

Смотреть отзыв

Каркасный дом по индивидуальному проекту

Московская обл., р-н Истринский

Смотреть отзыв

Каркасный дом по индивидуальному проекту

Московская обл. , р-н Ленинский, д. Молоково

Смотреть все отзывы

Мечтаево использует файлы cookie. Подробная информация в правилах по обработке персональных данных.

Вы можете запретить сохранение cookie в настройках своего браузера.

Идеи схемы теплового сопротивления, помогающие объяснить тепловой поток

Ключевые выводы

• Одним из способов рассмотрения теплопередачи в любой системе является рассмотрение сопротивления тепловому потоку между горячими и холодными областями.

• Тепловое сопротивление становится частью модели схемы для понимания и прогнозирования того, как тепло будет передаваться по системе.

• Термическое сопротивление можно рассчитать, используя теплопроводность различных материалов в системе.

Термическое сопротивление будет влиять на то, как тепло проходит через этот аэрогель.

Теплопередача неизбежна, когда существует разница температур между двумя частями системы. Разница температур заставляет тепло течь между горячими и холодными областями, но этот теплообмен не происходит мгновенно. Некоторые инженеры-теплотехники разработали полезную аналогию для размышлений о передаче тепла, известную как схема теплового сопротивления. Если вы проектируете печатную плату, интегральную схему или полную систему, полезно рассчитать тепловое сопротивление в различных частях системы, чтобы помочь управлять распределением температуры.

К счастью, представление о передаче тепла так же, как об электрическом токе, дает удобный способ увидеть, как тепло перемещается между различными частями печатной платы, интегральной схемы или системы другого типа. Каждый объект имеет некоторую теплопроводность, которую можно использовать для расчета теплового сопротивления и прогнозирования передачи тепла между различными областями вашей системы. Давайте посмотрим, как это работает математически и концептуально.

Что такое цепь теплового сопротивления?

Схема теплового сопротивления — это один из способов схематически предсказать, как тепло будет течь в различных системах. Тепловое сопротивление объекта зависит от его теплопроводности и размеров, как определено в уравнении, показанном ниже. На принципиальной схеме показана схема теплового сопротивления, которая является тепловым аналогом электрической цепи.

Цепь теплового сопротивления и ее аналог теплопередачи.

На верхнем графике мы имеем ситуацию, когда одна сторона объекта более горячая, чем другая сторона, что вызывает передачу тепла через систему со скоростью q. Модель эквивалентной схемы для этой системы показана в нижней половине, где для этой системы определено тепловое сопротивление. Как и в случае с обычным резистором, мы можем определить тепловое сопротивление в этой цепи с точки зрения теплопроводности системы, точно так же, как вы бы определили электрическое сопротивление на основе электропроводности.

Анализ теплового потока в тепловых цепях

Так же, как и в электрической цепи, тепловое сопротивление различных элементов в вашей системе объединяется, чтобы создать эквивалентное тепловое сопротивление. Разное количество тепла будет проходить через разные участки цепи, что описывает распределение теплового потока по всей системе. Тепловые цепи можно очень легко анализировать с помощью закона Ома, который дает эквивалентное тепловое сопротивление и общий тепловой поток для заданного температурного градиента в системе.

Если вы можете определить области печатной платы с низким тепловым потоком (например, области с высоким тепловым сопротивлением) или с чрезмерно высоким тепловым потоком (области с низким тепловым сопротивлением), есть несколько факторов, которыми вы можете управлять для регулировки теплового потока:

• Выбор подложки для печатной платы : подложка с большей теплопроводностью будет иметь более низкое тепловое сопротивление, и наоборот. Вы можете заменить подложку на другой материал (например, керамическую подложку).

• Наличие переходных отверстий, медных проводников и плоскостей : Эти элементы обладают высокой теплопроводностью, что означает низкое тепловое сопротивление. Добавление или удаление этих элементов на печатной плате регулирует теплопередачу по мере необходимости.

• Группировка компонентов : Это не влияет на тепловое сопротивление других областей платы, но вы можете распределить компоненты с высоким энергопотреблением, а не группировать их в одной области. Это приводит к более равномерному распределению температуры в вашей печатной плате.

Думая о равновесии

Если мы возьмем изолированную систему и создадим температурный градиент между двумя областями, тепло начнет передаваться от горячих к холодным областям системы. Когда тепло начнет покидать горячую область и приближаться к холодной, температура в каждой области начнет меняться. Температура во всей системе будет приближаться к равновесной температуре, которая является равномерной во всей системе.

В электрической системе у нас было бы что-то вроде изменения напряжения обратно к некоторому равновесному значению в системе. Рассмотрим, что происходит в разряжающемся конденсаторе; напряжение на конденсаторе похоже на разницу температур между двумя точками на печатной плате. По мере того, как заряды покидают конденсатор и рекомбинируются в другом месте цепи, напряжение на конденсаторе со временем падает экспоненциально, как это видно из зависимого от времени поведения, предсказанного законом охлаждения Ньютона.

По мере охлаждения температура приближается к некоторому равновесию, которое можно предсказать, если известны теплопроводность, плотность и удельная теплоемкость системы (как функция пространства). Как и в случае с температурой, разность потенциалов на нашем теоретическом конденсаторе установится на нуль, измеренная на двух пластинах. Этот переход к равновесию от начальной температуры показан на графике ниже:

Переход к тепловому равновесию в цепи теплового сопротивления с экспоненциальным дека г.

Другими словами, падение напряжения на полностью разряженном конденсаторе равномерно распределяется между двумя пластинами. Если бы вам нужно было измерить напряжение между пластинами, потенциал, который вы измерили бы относительно некоторой плоскости заземления, был бы равномерно распределен по всему корпусу конденсатора. Точно так же, если мы измеряем температуру системы, находящейся в равновесии, температура также равномерно распределяется по всей системе.

При наличии источников тепла, таких как ИС в печатной плате, температура ИС создает новое равновесное распределение температуры, которое не является плоским, что легче всего визуализировать с помощью решателя трехмерного поля. Инструмент этого типа рассматривает выделение и перенос тепла (в том числе воздушным потоком) как мультифизическую задачу и представляет результаты в числовом и визуальном виде. Затем вы можете использовать числовые данные для расчета теплового сопротивления в вашей системе и при необходимости вносить изменения в конструкцию.

Если вам нужно визуализировать потоки тепла в различных областях электронной системы с помощью модели цепи теплового сопротивления, вы можете использовать решатель трехмерного поля для построения карты распределения температуры в вашей системе. Когда вы добавляете этот инструмент в свой рабочий процесс, вы можете определять равновесную температуру в вашей системе и извлекать значения теплового сопротивления в рамках управления теплом.

Если вы хотите быть в курсе наших материалов по системному анализу, подпишитесь на нашу рассылку, в которой собраны ресурсы о текущих тенденциях и инновациях. Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нами и нашей командой экспертов.

Решение задач электромагнитного, электронного, теплового и электромеханического моделирования, чтобы ваша система работала в широком диапазоне условий эксплуатации.

Посетить сайт Больше контента от Cadence System Analysis

Доступ к электронной книге

Термическое сопротивление — аналогия электрическому сопротивлению

Тепловое сопротивление — тепловое сопротивление

В технике часто используется еще одно очень важное понятие. Поскольку существует аналогия между диффузией тепла и электрическим зарядом , инженеры часто используют тепловое сопротивление (т. е. тепловое сопротивление против теплопроводности) для расчета теплопередачи через материалы. Тепловое сопротивление является обратной величиной теплопроводности. Точно так же, как электрическое сопротивление связано с проводимостью электричества, тепловое сопротивление может быть связано с проводимостью тепла.

Рассмотрим плоскую стенку толщиной L и средней теплопроводностью k. Две поверхности стены поддерживаются при постоянных температурах T ₁ и T ₂ . Для одномерной установившейся теплопроводности через стенку имеем T(x). Тогда Закон Фурье теплопроводности для стены может быть выражен как:

Определение теплового сопротивления

Термическое сопротивление — это тепловое свойство и измерение разности температур, с помощью которого объект или материал сопротивляется тепловому потоку. Термическое сопротивление проводимости в плоской стене определяется как:

Поскольку понятие термическое сопротивление может быть использовано в различных отраслях машиностроения, определим:

• Абсолютное термическое сопротивление , R _{t 90512 900 ед. Вт]. Абсолютное термическое сопротивление – это свойство конкретного компонента, имеющего определенную геометрию (толщина – L, площадь – A и форма). Например, характеристика определенного теплообменника. Для определения теплопередачи необходима только разница температур.}
• Удельное тепловое сопротивление или удельное тепловое сопротивление, R _λ , измеряется в [(К·м)/Вт]. Удельная теплоемкость является константой материала, а толщина материала и разность температур необходимы для определения теплопередачи.
• Значение R . Значение R (коэффициент теплоизоляции) является мерой теплового сопротивления. Чем выше значение R, тем выше эффективность изоляции. Теплоизоляция имеет единицы [(м ² .K)/Вт] в единицах СИ или [(фут ² ·°F·ч)/БТЕ] в имперских единицах измерения. Это тепловое сопротивление единицы площади материала. Значение R зависит от типа изоляции, ее толщины и плотности. Для определения теплопередачи необходимы площадь и разность температур.

Аналогия с электрическим сопротивлением

Приведенное выше уравнение для теплового потока аналогично соотношению для потока электрического тока I , выраженное как:

где R _e = L/σ _e A – электрическое сопротивление, а V ₁ – V ₂ – разность потенциалов на сопротивлении (σ _e – электропроводность). Аналогия между обоими уравнениями очевидна. Скорость теплопередачи через слой соответствует электрическому току, тепловое сопротивление , соответствует электрическому сопротивлению, а разность температур соответствует разности напряжений на слое. Разница температур является потенциальной или движущей функцией теплового потока, в результате чего Уравнение Фурье записывается аналогично закону Ома теории электрических цепей.

Представления цепей представляют собой полезный инструмент для концептуализации и количественной оценки проблем теплопередачи. Эта аналогия также может быть использована для теплового сопротивления поверхности против тепловой конвекции. Обратите внимание, что когда коэффициент конвекционной теплопередачи очень велик (h → бесконечность), сопротивление конвекции становится равным нулю, а температура поверхности приближается к объемной температуре. Эта ситуация практически реализуется на поверхностях, где происходит интенсивное кипение и конденсация.

Теплопередача через композитную стенку может быть рассчитана по этим сопротивлениям. Скорость устойчивого теплообмена между двумя поверхностями равна разности температур, деленной на общее тепловое сопротивление между этими двумя поверхностями.

Эквивалентная тепловая схема для плоской стенки с условиями конвекционной поверхности показана на рисунке.

См. также:  Закон Видемана–Франца

 

Ссылки:

Теплопередача:

1. Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
2. Тепло- и массообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
3. Основы тепломассообмена. CP Котандараман. New Age International, 2006 г., ISBN: 9788122417722.
4. Министерство энергетики США, термодинамики, теплопередачи и течения жидкости. Справочник по основам Министерства энергетики США, том 2 из 3, май 2016 г.

Ядерная и реакторная физика:

1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. WM Stacey, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-й выпуск, 1994, ISBN: 978-0412985317
5. W.S.C. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Г.Р.Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
7. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерных реакторов, 1988 г.
8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
9. Пол Ройсс, нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008 г. ISBN: 9.78-2759800414.

Передовая физика реакторов:

1. К. О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статистику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
4. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

См. выше:

Удельное тепловое сопротивление

сообщите об этом объявлении

Основы теплового сопротивления | Celsia

 

Сегодняшний гостевой блог, посвященный основам теплового сопротивления, ведет доктор Джеймс Стивенс, профессор машиностроения в Университете Колорадо. Доктор Стивенс специализируется на численном и аналитическом анализе теплопередачи, охватывающем как стационарные, так и переходные ситуации, с приложениями к тепловой истории, тепловому отклику, электронному охлаждению, температурным профилям, тепловому расчету и определению скорости теплового потока.

Аналогия теплового сопротивления

Термическое сопротивление — это удобный способ анализа некоторых проблем теплопередачи с использованием электрической аналогии, чтобы упростить визуализацию и анализ сложных систем. Он основан на аналогии с законом Ома:

В законе Ома для электричества «V» — это напряжение, которое вызывает ток величиной «I». Величина тока, протекающего при заданном напряжении, пропорциональна сопротивлению (R _elec ). Для электрического проводника сопротивление зависит от свойств материала (например, медь имеет более низкое сопротивление, чем дерево) и физической конфигурации (толстые короткие провода имеют меньшее сопротивление, чем длинные тонкие провода).

 

Для одномерных стационарных задач теплообмена без внутреннего тепловыделения тепловой поток пропорционален разности температур согласно следующему уравнению:

где Q — тепловой поток, k — свойство материала теплопроводность, A — площадь, нормальная к потоку тепла, Δx — расстояние, на которое течет тепло, а ΔT — разница температур, управляющая тепловым потоком.

Если провести аналогию, сказав, что электрический ток течет подобно теплу, и сказав, что напряжение управляет электрическим током так же, как разность температур управляет тепловым потоком, мы можем записать уравнение теплового потока в форме, аналогичной закону Ома: 

, где R _th  — тепловое сопротивление, определяемое как: Так же, как и электрическое сопротивление, тепловое сопротивление будет выше для небольшой площади поперечного сечения теплового потока (A) или для большого расстояния (Δx).

Обоснование

Теперь, зачем со всем этим заморачиваться? Ответ заключается в том, что тепловое сопротивление позволяет нам решать довольно сложные проблемы относительно простыми способами. Мы еще поговорим о различных способах его использования, но сначала давайте рассмотрим простой случай, чтобы проиллюстрировать преимущества.

Предположим, что мы хотим рассчитать поток тепла через стену, состоящую из трех различных материалов, и нам известны температуры каждой внешней поверхности, T _A и T _B , а также свойства и геометрия материала.

 

Мы могли бы написать уравнение проводимости для каждого материала: алгебраически решить эти три неизвестных не составит большого труда, однако, если мы воспользуемся аналогией с тепловым сопротивлением, нам не придется делать даже столько работы:0007

, где

, и мы можем найти Q за один шаг.

Объединение тепловых сопротивлений

В этом простом примере показано, как последовательно объединять несколько тепловых сопротивлений, структура которых аналогична электрической: и параллельно:

За пределами проводимости

До сих пор мы говорили о тепловом сопротивлении, связанном с проводимостью через плоскую стенку. Для стационарных одномерных задач другие уравнения теплопередачи могут быть сформулированы в формате теплового сопротивления. Например, изучите закон охлаждения Ньютона для конвекционного теплообмена:

где Q — тепловой поток, h — коэффициент конвективной теплопередачи, A — площадь, на которой происходит теплообмен, T _s — температура поверхности, на которой происходит конвекция, а T _inf — температура жидкости в свободном потоке. Как и в случае теплопроводности, существует разница температур, управляющая тепловым потоком. В этом случае тепловое сопротивление будет равно:

. Аналогично, для лучистой теплопередачи от серого тела:

, где Q — тепловой поток, ε — коэффициент излучения поверхности, σ — постоянная Стефана-Больцмана, Т _s — температура поверхности излучающей поверхности, а T _surr — температура окружающей среды. Разлагая на множители выражение для температуры, тепловое сопротивление можно записать:

Преимущество: простая постановка задачи

Формулировки теплового сопротивления могут упростить постановку довольно сложной задачи. Представьте, например, что мы пытаемся рассчитать тепловой поток от потока жидкости известной температуры через композитную стенку к воздушному потоку с конвекцией и излучением, происходящими на стороне воздуха. Если известны свойства материала, коэффициенты теплопередачи и геометрия, формула уравнения очевидна:

Теперь для решения этой конкретной задачи может потребоваться итеративное решение, поскольку радиационное тепловое сопротивление содержит внутри себя температуру поверхности, но установка проста и понятна.

Преимущество: Понимание проблемы

Формулировка термического сопротивления имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что очень четко видно, какие части модели контролируют теплопередачу, а какие не важны или даже незначительны. В качестве конкретной иллюстрации предположим, что в последнем примере термическое сопротивление со стороны жидкости было 20 К/Вт, что первый слой в композитной стене был сделан из пластика толщиной 1 мм с тепловым сопротивлением 40 К/Вт, что второй слой состоял из стали толщиной 2 мм с термическим сопротивлением 0,5 К/Вт, а тепловое сопротивление конвекции в воздух составляло 200 К/Вт, а тепловое сопротивление излучению в окружающую среду составляло 2500 К/Вт, исходящему от поверхность с коэффициентом излучения 0,5.

 

Мы можем многое понять о проблеме, просто рассматривая тепловое сопротивление. Например, поскольку сопротивление излучению параллельно гораздо меньшему сопротивлению конвекции, это будет иметь небольшое влияние на общее тепловое сопротивление. Увеличение коэффициента излучения стены до единицы улучшит общее тепловое сопротивление только на 5%. Или полное игнорирование излучения приведет к ошибке всего в 6%. Точно так же тепловое сопротивление стали последовательное и ничтожно мало по сравнению с другими сопротивлениями в системе, поэтому независимо от того, что делается с металлическим слоем, это не будет иметь большого эффекта. Замена стали на чистую медь, например, улучшит общее тепловое сопротивление только на 0,2%. Наконец, ясно, что управляющим тепловым сопротивлением является конвекция со стороны воздуха. Если бы было возможно удвоить коэффициент конвекции (скажем, за счет увеличения скорости воздуха), один только этот шаг уменьшил бы общее тепловое сопротивление на 36%.