Что такое итп в отоплении: Преимущества индивидуальных тепловых пунктов (ИТП)

Разное

Содержание

Что такое блочный тепловой пункт

Причины сдерживающее использование блочных тепловых пунктов

Напомню, что такое блочный тепловой пункт и чем он отличается от обычного ИТП. ИТП или полное наименование индивидуальный тепловой пункт это комплекс оборудования и приборов позволяющий принимать, учитывать, регулировать, распределять и доставлять тепло конечным потребителям, т.е нам с Вами и в наши квартиры. Располагается он, как правило, в подвальном помещении на входе в жилой многоквартирный дом.

Изготавливается тепловой пункт по чертежам, разработанным проектной организацией, согласуется со всеми заинтересованными сторонами и в первую очередь теплоснабжающей организацией, поскольку основой для проектирования служат ТУ (технические условия) выданные этой самой организацией.

Монтаж обычно теплового пункта ведется в том же подвале, можно сказать кустарным способом, прямо на коленке, естественно, если изготовить такой же тепловой пункт в заводских условиях его качество будет на порядок выше, и между тем, несмотря на все рекомендации и предписания нашего законодательства использование блочных тепловых пунктов пока мало распространено.

Справедливый вопрос – почему блочные тепловые пункты не получают должного применения?

Как говорится блочный ИТП на все случаи жизни.

Таких причин несколько, попробуем проанализировать каждую.

Причина 1я – проект не хочет согласовывать теплоснабжающая организация или как у нас принято ее называть – тепловые сети.

Почему? Все дело в том, что проектировщики идут по самому легкому пути. Желая удешевить стоимость проектной документации (для того чтобы победить в торгах), они попросту отправляют запрос на изготовление блочного теплового пункта производителю, и вкладывают чертежи коммерческого предложения в проект под гордым названием – ИТП.
Завод изготовитель тоже выдают типовую документацию, без должной привязки к местным условиям и нагрузкам. Сделать одно изделие на все случаи жизни не возможно. В результате такой проект не согласуется энергоснабжающей организацией или согласуются под давлением власти или денег.

Причина 2я – в большинстве домов старой постройки (и в новых тоже) блочный тепловой пункт из-за размеров и веса не возможно установить. Без разборки его не затянешь в подвал. Разбирать и заново монтировать его конечно тоже ни кто не будет, в расценке на монтаж учитывается только вес и подключение. Вот и делается «пародия» на блочный ИТП прямо на месте, из совершенно другого оборудования (кстати, это разрешено правилами торгов и более того предписано для альтернативы). В результате мы получаем только дискредитацию идеи создание теплового пункта в промышленных условиях.

Причина 3я – посмотрите, кто является производителем блочных тепловых пунктов.
Производитель пластинчатых теплообменников, его цель сбыт своей продукции.
Производитель теплосчетчиков – цель тоже понятна и производитель средств автоматизации тепловых процессов, цель тоже понятна и отнюдь это не забота о нашей с вами экономии тепла, а только о сбыте своей продукции.
Откуда такие выводы спросите Вы, из анализа коммерческих предложений. В предлагаемых к реализации блочных тепловых пунктах всегда есть излишек продукции поставщика.

Если учесть что блочные ИТП требуют обязательных постоянных затрат на электроэнергию и главное обслуживание, при этом доступ к отдельным элементам для ремонта практически всегда затруднен, понятно что внедрение блочных ИТП несмотря на все их достоинства сдерживается.

Заводской блочный ИТП с оригинальной идеей и множеством ошибок, я указал только некоторые, особо критичные для учета тепла.

  Что делать, как добиться внедрения передовой идеи установки современных блочных тепловых пунктов, экономящих тепло, в наших домах.

Все довольно просто, для этого необходимо:

  • Перестать экономить на проектной документации, проектировщиком подготавливать принципиальную схему ИТП, привязывать ее к нагрузкам и температурным режимам, согласовывать с энергоснабжающей организацией и только после этого размещать заказ у производителя.
  • Тоже самое должно касаться проекта узла учета тепловой энергии, именно разработанный по всем правилам (имеется в виду правила коммерческого учета тепла) и согласованный с поставщиком тепла проект узла учета необходимо передавать производителя блочных тепловых пунктов.
  • Поставщики блочных тепловых пунктов должны поставлять свою продукцию строго по предоставленным им принципиальным схемам ИТП, с комплектом рабочей документации, по которой он изготовлен.
  • При составлении смет на монтаж или капитальный ремонт необходимо учитывать местные условия, если блочный тепловой пункт не возможно установить без разборки, значит, его необходимо разобрать и собрать заново, учтя это в расценке на монтаж, для этого и пригодится рабочая документация завода изготовителя.
  • Исключить из требований аукционов разрешение на использование альтернативных материалов, если проект разработан, изменять проектные решения без согласований с проектировщиками запретить.
  • Восстановить авторский надзор за внедрением проектов.
  • Перед заключением договоров обращать внимание не только на членство претендента в СРО, но и на аттестацию непосредственных исполнителей в органах технического надзора, поскольку блочные тепловые пункты относятся не к внутренним инженерным сетям жилых домов, а к устройству тепловых сетей.

Перечисленные выше меры помогут реальному, а не на бумаге внедрению блочных тепловых пунктов в наших домах, что в свою очередь позволит улучшить качество теплоснабжения и получить фактическую экономию тепла и природных ресурсов.

Парамонов Юрий Олегович, 2016-17 год. Эксклюзивно для ООО «Энергостром»

Все о том, как устроена погодозависимая автоматика, принципах её подбора, схемах, разновидностях, цене и главное, как погодозависимая автоматика экономит тепло, а также — «Кто имеет право изменять настройки счетчика тепла».

Что еще почитать по теме:

Индивидуальный тепловой пункт: для чего нужен и сколько экономит | Отопление | Инженерия | Дом

Ввиду сложной ситуации в Украине с обеспечением газовыми ресурсами энергоэффективность для жителей стала важным вопросом. Нынешние тарифы на коммунальные услуги оказались весомым стимулом для замены или переоборудования существующих систем отопления и водоснабжения. Все мы неоднократно слышали такое понятие, как «термомодернизация здания» и обобщенно, в принципе, все понимают суть данной процедуры. Однако, далеко не все знают, что именно ключевой «фигурой» такого современного здания и должен стать индивидуальный тепловой пункт (ИТП), о выборе которого очень подробно рассказано здесь https://thermomodernisation.org/individualnyi-teplovoi-punkt-sovety-jeksperta/. Мы же разберемся что это вообще такое, каковы функции возложены на данное оборудование и какие преимущества оно перед нами раскрывает.

Что представляет собой индивидуальный тепловой пункт (ИТП)?

ИТП – это комплексное оборудование, которое объединяет централизованную систему теплоснабжения непосредственно с конкретным потребителем, например, домом, административным зданием, цехом и т.д. Состоит ИТП из перечня таких устройств, как теплосчетчики, циркуляционные насосы, регуляторы, клапаны и краны, пластинчатые теплообменники, предохранительная арматура. Главной функцией ИТП является обеспечение необходимым количеством теплоносителя инженерных систем здания. Именно, необходимым количеством: ни больше, ни меньше. Важным преимуществом индивидуального теплового пункта для жильцов дома считается то, что забор теплоносителя из централизованной системы теплоснабжения определяется датчиком температуры, установленным снаружи здания.

Эксперты акцентируют внимание на том, что даже при выполнении всевозможных мер термомодернизации здания (оконные и дверные проемы повышенной плотности, утепление стен здания, регулировка потребления теплоты в каждой отдельной квартире) не приведет к желаемому результату без ИТП. Ведь гидроэлеваторы (элеваторные узлы), которые были установлены еще в прошлом веке, не обладают возможностью регулирования.

Балансировка системы ИТП

Возможно, некоторые не знают, что любая система нуждается в балансировке. Для чего это нужно? Думаю, многие сталкивались с проблемой, когда половина этажей обогревается хорошо, а остальные тепло недополучают. Так вот, чтобы избежать такой ситуации, в квартире каждого потребителя устанавливается балансировочный клапан, регулирующий равномерное распределение поступающего тепла.

В каких зданиях может быть установлен индивидуальный тепловой пункт (ИТП)?

Ответ на данный вопрос очень прост – в любых, где нуждаются в качественном теплоснабжении и экономии. Кстати, возраст здания не имеет значения. Именно комплектация ИТП «подстраивается» под существующую систему. Единственное требование – это наличие места для теплового пункта. Чаще всего его может быть достаточно в подвальном помещении или же при крайней необходимости придется соорудить пристройку.

Какие выгоды получают жильцы дома при наличии ИТП?

Здесь сложно сказать конкретные цифры, ведь эффективность проведенных мер по термомодернизации следует рассматривать в комплексе (кстати, тогда она будет максимально выгодной). Также процент экономии зависит от типа здания и качества проведенного с ним утепления. Но, если говорить о средних показателях, то это около 40-60%.


Цена вопроса

Невозможно сразу просчитать стоимость оснащением индивидуальным тепловым пунктом лишь при одном взгляде на объект. Требуется проведение некоторых мероприятий, связанных с замерами и дальнейшими расчетами, учитывая целый ряд параметров. Но, абсолютно точно, что на стоимость будут влиять такие характеристики как этажность здания и его утепленность, разновидность ИТП (зависимый-независимый), функциональность некоторых элементов системы и другое.

Тепловой паспорт теплового пункта. Согласование.

Действительны по                                                                                                        

ОЭТС                                                                                                                             

Заказчик                                                                                                                        

(название, адрес)

  1. Присоединение возможно от существующего (проектируемого) теплопровода

                                                             магистрали №                                                  

  1. Точка присоединения

(улица, проезд, номер камеры, неподвижной опоры и т. п.)

  1. Располагаемый напор, давление в паропроводе, в точке присоединения м
  2. Полный напор в обратном трубопроводе м
  3. Отметка линии статического напора м
  4. Расчетные температуры наружного воздуха для проектирования

а) отопления tно                                                            °С;

б) вентиляции tнв                                                       °С

  1. Расчетный температурный график тепловой сети

а) на отопление                                                           °С;

б) на вентиляцию                                                      °С;

в) на горячее водоснабжение                             °С;

  1. Точка излома температурного графика при °С,

что соответствует         °С наружного воздуха

  1. Разрешенный максимум теплопотребления

                              ГДж/ч (Гкал/ч), (для пара                          т/ч)

  1. Стояки и теплопотребляющие приборы должны быть оборудованы запорно-регулировочной арматурой

Выбор схемы присоединения систем отопления и вентиляции и их гидравлическое сопротивление должны быть увязаны с заданными статическим и рабочим напорами в тепловой сети (пп. 3-5)

  1. Система горячего водоснабжения должна быть присоединена к тепловой сети по схеме
  2. Отопительные узлы и узлы присоединения систем горячего водоснабжении должны быть оборудованы авторегуляторами, приборами учета и контроля в следующем объеме
  3. Проект присоединения должен быть разработан в соответствии с действующими строительными нормами и правилами (СНиП) и согласован с ОЭТС и органом госэнергонадзора
  4. Строительство и монтаж должны вестись под техническим надзором эксплуатационного района № ОЭТС
  5. Прочие условия присоединения *

Главный инженер ОЭТС                                                                                             

Начальник службы                                                                                                       

* указать возможные причины повышения давления и температуры сетевой воды в нестационарных режимах для осуществления заказчиком технических мер и средств предупреждения повреждении тепловой сети и теплопотребляющих установок.

UMI.CMS — Центральный тепловой пункт

Оборудование/Теплоснабжение/Центральный тепловой пункт (ИТП)

 

Тепловой пункт представляет собой  комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по типам потребления.

Назначение: Центральный тепловой пункт (ЦТП) — является связующим звеном между источником тепла и потребителем теплоты. Предназначается для обслуживания группы потребителей — жилого комплекса, района, промышленного завода. Из центрального теплового пункта теплоноситель может передаваться к индивидуальным тепловым пунктам. Посредствам теплового пункта выполняется управление внутренними системами теплопотребления — системой отопления, системой горячего водоснабжения (ГВС) и системой вентиляции.

Принцип действия центрального теплового пункта (ЦТП):

Схема ТП зависит, с одной стороны, от особенностей потребителей тепловой энергии, обслуживаемых тепловым пунктом, с другой стороны, от особенностей источника, снабжающего ТП тепловой энергией. Далее, как наиболее распространённый, рассматривается ТП с закрытой системой горячего водоснабжения и независимой схемой присоединения системы отопления.

Принципиальная схема центрального теплового пункта(ЦТП):

Теплоноситель, поступающий в ТП по подающему трубопроводу теплового ввода, отдает свое тепло в подогревателях систем ГВС и отопления, а также поступает в систему вентиляции потребителей, после чего возвращается в обратный трубопровод теплового ввода и по магистральным сетям отправляется обратно на теплогенерирующее предприятие для повторного использования. Часть теплоносителя может расходоваться потребителем. Для восполнения потерь в первичных тепловых сетях на котельных и ТЭЦ существуют системы подпитки, источниками теплоносителя для которых являются системы водоподготовки этих предприятий.

Водопроводная вода, поступающая в ТП, проходит через насосы ХВС, после чего часть холодной воды отправляется потребителям, а другая часть нагревается в подогревателе первой ступени ГВС и поступает в циркуляционный контур системы ГВС. В циркуляционном контуре вода при помощи циркуляционных насосов горячего водоснабжения движется по кругу от ТП к потребителям и обратно, а потребители отбирают воду из контура по мере необходимости. При циркуляции по контуру вода постепенно отдает своё тепло и для того, чтобы поддерживать температуру воды на заданном уровне, её постоянно подогревают в подогревателе второй ступени ГВС.

Система отопления также представляет замкнутый контур, по которому теплоноситель движется при помощи циркуляционных насосов отопления от ТП к системе отопления зданий и обратно. По мере эксплуатации возможно возникновение утечек теплоносителя из контура системы отопления. Для восполнения потерь служит система подпитки теплового пункта, использующая в качестве источника теплоносителя первичные тепловые сети.

Тепловые пункты различаются по количеству и типу подключенных к ним потребителей теплоты, по типу монтажа и особенностям размещения оборудования в помещении теплового пункта. Можно выделить следующие типы тепловых пунктов.

Типы тепловых пунктов:

  • Индивидуальные тепловые пункты (ИТП)
  • Центральные тепловые пункты (ЦТП)
  • Блочные тепловые пункты (БТП)
  • Модульные тепловые пункты (МТП)

Технические характеристики центрального теплового пункта:

  • Давление в прямой магистрали теплосети — не более 1,6 МПа
  • Давление в обратной магистрали теплосети — не более 0,6 МПа
  • Температура теплоносителя в прямой магистрали — до 150 °С
  • Температура теплоносителя в обратной магистрали — до 95 °С
  • Режим работы — постоянный
  • Средняя наработка на отказ – 80 000 часов
  • Средний срок службы – 12 лет

Преимущества:

  • Низкая цена (имея максимальные скидки при закупке комплектующих и своё производство мы обеспечим Вам самую низкую цену)
  • Быстрый подбор (мы готовы подготовить Вам технико-коммерческое предложение в день запроса)
  • Качество (мы используем оборудование ведущих производителей (Danfoss, Siemens, Grundfos, Alfa Laval, Ридан, Broen, ADCA, Zetkama, ТД АДЛ и др. )
  • Гибкость (мы готовы изготовить нестандартные тепловые пункты без увеличения стоимости за нестандартное исполнение; также мы готовы при требовании заказчика изготовить тепловые пункты на более дешевых комплектующих для снижения стоимости)
  • Минимальные сроки поставки (срок изготовления до 3-4 недель в зависимости от оборудования, но мы всегда идем навстречу Заказчику и готовы изготовить тепловые пункты в требуемые ему сроки)
  • Полная документация (мы предоставляем полный пакет документации, и Заказчику не составляет труда самому смонтировать и произвести пуско-наладку теплового пункта)

К проектированию, подбору и монтажу центрального теплового пункта необходимо подходить с пониманием того, что от этого подбора будет зависеть комфорт от температуры в помещении, экономия в потреблении теплоносителя от тепловой сети, возможность контроля и регулирования параметров ЦТП.

При необходимости мы выполняем монтаж и пуско-наладку.

Гарантийный срок на изделие — 2 года.

Все изделия сертифицированы.

 

Чтобы получить дополнительную информацию просим Вас отправить запрос по электронной почте — [email protected] или позвонить по телефону — 8-981-725-33-78


Запорная арматура в индивидуальных тепловых пунктах

  • Главная
  • О компании
  • Обучение и техподдержка
  • Статьи и блог
  • Технический форум
  • Вопросы и ответы
  • Контакты

+ 7 (495) 268-0-242

[email protected]

Написать нам

+7 (495) 268-0-242
[email protected]

Обратный звонок

Регистрация

Вход

Каталог товаров

  • Трубопроводная арматура

    По назначению
    Безопасность
    Отвод потоков
    Перекрытие
    Регулировка
    По производителям
    ARI-Armaturen
    FluoroSeal
    Polix
    По сериям
    ARI EURO-WEDI
    ARI-ASTRA
    ARI-CHANGE
    ARI-CHECKO

    Посмотреть все >>

    По типу продукции
    Балансировочные клапаны
    Дисковые поворотные затворы
    Запасные части
    Запорно-регулирующие клапаны

    Посмотреть все >>

  • Системы промышленных пластиков

    По материалу
    Полипропилен (PPR)
    Промышленный пластик (PVC-U)
    По производителям
    Georg Fischer
    Georg Fischer Techno Plastic
    ProAqua
    SupraTherm

    Посмотреть все >>

    По типу продукции
    Аксессуары и инструменты
    Втулки
    Гайки
    Датчики

    Посмотреть все >>

  • Системы очистки воды

    По типу оборудования
    Системы механической предочистки
    Системы обезвоживания
    По этапу очистки
    Обезвоживание
    Предочистка

  • Промышленная химия

ВТП Инжиниринг- проектирование и монтаж индивидуальных тепловых пунктов (ИТП)

Компания «ВТП Инжиниринг» специализируется на проектировании и монтаже тепловых пунктов с согласованием в МОЭКе и Ростехнадзоре. Мы выполняем работу «под ключ» и самостоятельно разрабатываем проект будущей инженерной конструкции, приобретаем необходимые комплектующие, монтируем и запускаем в эксплуатацию готовый ИТП.

Виды ИТП

Индивидуальный тепловой пункт – это совокупность устройств, размещенных в выделенном помещении или отдельно стоящем здании, который служит для присоединения систем теплопотребления здания к тепловым сетям.

Тепловой пункт интегрирован во внутренние инженерные системы (водоснабжение,  трубопроводы отопления здания, вентиляционные установки). Основной задачей теплового пункта – является регулирование характеристик теплоносителя, в зависимости от погоды, для этого используются теплообменники, запорно-регулирующие клапаны и распределительные устройства, циркуляционные насосы. Всем этим управляет электронные модули, называемые контроллерами.

Кроме того,  тепловой пункт может комплектоваться узлами смешения теплоносителя системы отопления, которые позволяют регулировать температуру подаваемой воды в зависимости от погодных условий, настроек эксплуатационной компании, иных факторов.

ИТП для систем теплопотребления зданий делятся на две группы:

  • Проектно-компонуемый. Это пункт, который проектируется и строится как самостоятельный объект, но состоит из отдельных компонентов. В нем размещается все необходимое для работы оборудование. Оно легко перевозится и быстро монтируется, параметры и перечень устройств подбирается с учетом площади и конфигурации помещения.  Минус ИТП этого типа в том, что сборка производится уже на месте, поэтому если строительные работы выполняются неквалифицированными работниками, возможны протечки и неправильная работа приборов. Поэтому важно поручать монтаж тем же специалистам, которые его проектировали.

  • Блочно-модульный. Этот тип ИТП компонуется из отдельных узлов, которые собираются на одной раме. При проектировании производится предварительная привязка к помещению. Сборка блочно-модульного пункта производится на заводе, что гарантирует ее качество и надежность системы. Минус – большая стоимость изделия и работ по его доставке и установке.

ПОЧЕМУ ВЫБИРАЮТ ИМЕННО НАС

Опытная компания в сфере монтажа ремонта ИТП

8 лет репутации, более 300 выполненных заказов

Выполнение работ без посредников

Настроенная процедура работ от проектирования до монтажа и сдачи в МОЭК и Ростехнадзор

Официальная гарантия на работы

Вся продукция в соответствии с гос. стандартами

Четкое соблюдение сроков

Никаких дополнительных расходов кроме тех, которые зафиксированы в смете

Бесплатная консультация и составление сметы

Выезд мастера для консультирования и снятия замеров в удобное для вас время

МЫ ЯВЛЯЕМСЯ ОФИЦИАЛЬНЫМИ ДИЛЛЕРАМИ

Эффективное и качественное обрудование для ИТП подбирается на стадии проектирования, когда заказчик нашему проектировщику предоставляет исходные данные. Далее разрабатывает проектно-сметная документация, которая проходит несколько стадий проверки. Сначала проект ИТП проверяется внутри компании, затем проект согласовывается инспектором в энергоснабжающей организации. Такой подход в проектировании ИТП исключает возможность совершения ошибок на стадии проектирования, поэтому при качественном проекте и смете переделывать ИТП после монтажа не придется.

]

Этапы строительства

Строительство индивидуального теплового пункта под ключ включает в себя следующие этапы:

  1.  Обследование объекта и сбор первоначальных данных. Они необходимы для составления технического задания на проект и выполнения инженерных расчетов.
  2.  Проектирование. Специалисты разрабатывают проект теплового пункта с учетом действующих строительных правил, документация согласовывается с заказчиком или службой, которая будет эксплуатировать отапливаемых объект.
  3.  Согласование. На этом этапе происходит согласование проектной документации с теплоснабжающей организацией, выдавшей технические условия к подключению к ее тепловой сети.
  4.  Монтаж. Квалифицированные инженеры и сотрудники компании производят установку теплового пункта на объекте заказчика, подключают оборудование к инженерным системам здания.
  5.  Запуск в эксплуатацию. После окончания строительно-монтажных работ наладчики проводят гидравлические испытания для проверки герметичности соединений, настраивают оборудование и щит управления, выводят пункт на штатный режим работы.

Если тепловой пункт не обслуживается сотрудниками управляющей компании или эксплуатационной организации, можно заказать сервисное обслуживание и проверку работоспособности систем в компании «ВТП Инжиниринг».

ЦЕНЫ НА УСЛУГИ

Проектирование тепловых пунктов

от 300 000 руб

Тепломеханика (ТМ, ТС)

Силовое электрооборудование и освещение (ЭОМ, ЭО, ЭМ)

Автоматизация (АТС, АТМ)

 

Смотреть все работы

Монтаж
ИТП, ЦТП

от 400 000 руб

Высокая квалификация монтажных работ

Установка ИТП в полном соответствии с документацией

Учитываем нюансы будущей эксплуатации

Оформляем полный пакет документации

Смотреть все работы

Монтаж
УУТЭ

от 300 000 руб

Монтаж узла учета тепловой энергии

Первичная наладка

Оформление полного пакета документации

Удобство будущего обслуживания оборудования

Сдача и постановка на коммерческий учет в теплоснабжающую организацию и получение Акта допуска

Обучение персонала работе с оборудованием

Смотреть все работы

Наши специалисты готовы предложить Вам строительство как в новом здании, так и произвести реконструкцию уже работающего производственного здания. Компания ВТП Инжиниринг предлагает следующие виды работ по организации отопления в производственных сооружениях:

Проектирование котельной, ИТП, ЦТП и УУТЭ
Поставка оборудования ИТП, ЦТП и УУТЭ
Монтаж оборудования УУТЭ
Автоматизация и электромонтажные работы Пусконаладочные работы (пуско-наладка) ИТП и ЦТП

Схема работы

  1. Вы звоните в нашу компанию или оставляете заявку через наш сайт.
  2. Расчет сметы и составление КП
  3. Заключение договора
  4. Приступаем к работе
  5. Сдаем обьект

НАШИ КЛИЕНТЫ

Что такое теплопередача? | SimScale CAE SimWiki Learning

В общем, теплопередача описывает поток тепла (тепловой энергии) из-за разницы температур и последующего распределения и изменений температуры.

Изучение явлений переноса касается обмена импульсом, энергией и массой в форме проводимости, конвекции и излучения. Эти процессы можно описать математическими формулами.

Основы этих формул находятся в законах сохранения количества движения, энергии и массы в сочетании с основными законами, соотношениями, которые описывают не только сохранение, но и поток величин, участвующих в этих явлениях.Для этого используются дифференциальные уравнения, чтобы наилучшим образом описать упомянутые законы и определяющие соотношения. Решение этих уравнений — эффективный способ исследования систем и прогнозирования их поведения.

Рис. 1. Охлаждение радиатора с помощью SimScale, показывающее распределение температуры

История и терминология

Без внешней помощи тепло всегда будет течь от горячих объектов к холодным, что является прямым следствием второго закона термодинамики .

Мы называем это тепловым потоком . В начале девятнадцатого века ученые считали, что все тела содержат невидимую жидкость, называемую калорической (безмассовая жидкость, которая, как считается, течет от горячих объектов к холодным). 5 \).

Поток тепла происходит постоянно от любого физического объекта к окружающим его объектам. Тепло постоянно течет от вашего тела в окружающий вас воздух. Небольшое подъемное (или конвективное) движение воздуха будет продолжаться в комнате, потому что стены никогда не могут быть идеально изотермическими, как в теории. Единственная область, свободная от теплового потока, должна быть изотермической и полностью изолированной от любой другой системы, допускающей передачу тепла. Такую систему создать практически невозможно.1 \).

Феноменология

Теплопередача — это передача тепловой энергии за счет градиента температуры.


Методы теплопередачи

Рис. 2: Проводимость, конвекция и излучение происходят одновременно.

Проводимость

Закон Фурье : Жозеф Фурье (см. Рисунок 3) опубликовал свою книгу «Аналитическая теория де ля Шалёр» в 1822 году.

Рисунок 3: Жозеф Фурье — французский математик и физик

В этой книге он сформулировал полная теория теплопроводности. Он заявил эмпирический закон, а именно. закон Фурье, который гласит, что тепловой поток (\ (q \), возникающий в результате теплопроводности, прямо пропорционален величине градиента температуры. Если мы назовем константу пропорциональности \ (k \), это означает

$ $ q = -k \ frac {dT} {dx} \ tag {1} $$

Константа \ (k \) называется теплопроводностью с размерами \ (\ frac {W} {m * K} \) или \ (\ frac {J} {m * s * K} \).

Имейте в виду, что тепловой поток является векторной величиной! Уравнение (1) говорит нам, что при понижении температуры с \ (x \), \ (q \) будет положительным i.е. он будет течь в положительном \ (x \) — направлении. Если \ (T \) увеличивается с \ (x \), \ (q \) будет отрицательным; он будет течь в отрицательном \ (x \) — направлении. В любом случае \ (q \) будет течь от более высоких температур к более низким температурам, как уже упоминалось. Уравнение (1) представляет собой одномерную формулировку закона Фурье. Трехмерная эквивалентная форма:

$$ \ overrightarrow {q} = -k \ nabla T $$

, где \ (\ nabla \) обозначает градиент.

В одномерных задачах теплопроводности нет проблемы с определением направления теплового потока.1 \).

Теплопроводность газов можно понять с помощью воображения молекул. Эти молекулы перемещаются за счет теплового движения из одного положения в другое, как это видно на рисунке ниже:

Рисунок 4: Теплопроводность газа

Внутренняя энергия молекул передается посредством удара с другими молекулами. Области с низкими температурами будут заняты молекулами с высокими температурами, и наоборот. Теплопроводность можно объяснить с помощью этого воображения и вывести с помощью кинетической теории газов :

$$ T = \ frac {2} {3} \ frac {K} {N k_B} $$

в котором говорится, что «средняя кинетическая энергия молекул прямо пропорциональна абсолютной температуре идеального газа» \ (^ 6 \). Теплопроводность не зависит от давления и увеличивается корнем от температуры.

Эту теорию довольно сложно понять для других объектов, кроме металлов. А для жидкостей это еще сложнее, потому что не существует простой теории. В неметаллических компонентах тепло передается через колебания решетки (Фонон). Теплопроводность , передаваемая фононами, также существует в металлах, но ее превосходит проводимость электронов.

Низкая теплопроводность изоляционных материалов, таких как полистирол или стекловата, основана на принципе низкой теплопроводности воздуха (или любого другого газа).В следующей таблице перечислены некоторые из часто используемых элементов / материалов и их теплопроводность:

Материал Теплопроводность \ (Вт / (мК) \)
Кислород 0,023
Пар 0,0248
Полистирол 0,032-0,050
Вода 0,5562
Стекло 0,76
Бетон 2. 1
Сталь высоколегированная 15
Сталь нелегированная 48-58
Железо 80,2
Медь чистая 401
10 Алмазный

Таблица 1: Теплопроводность различных материалов

Аналогичные определения

Теплопередача: Плотность теплового потока \ (\ propto \) grad T (Теплопроводность)

Диффузия: Парциальная плотность тока \ (\ propto \) grad x (Коэффициент диффузии)

Электропровод: Плотность тока \ (\ propto \) grad \ (U_ {el} \) (Электропроводность)

Радиация

Радиация описывает явление передачи энергии от одно тело к другому путем распространения через среду.Все тела постоянно излучают энергию электромагнитным излучением. Интенсивность такого потока энергии зависит не только от температуры тела, но и от характеристик поверхности. 1 \).7 \).

Электромагнитное излучение можно рассматривать как поток фотонов, каждый из которых движется по волнообразной схеме, движется со скоростью света и несет энергию. Различные электромагнитные излучения классифицируются по энергии фотонов в них. Важно помнить, что, если мы говорим об энергии фотона, поведение может быть либо волной, либо частицей, называемой световым дуализмом « волна-частица ».

Каждый квант лучистой энергии имеет длину волны \ (\ lambda \) и частоту \ (\ nu \), связанную с ним.{-34} Js) \).

В таблице ниже показаны различные формы в диапазоне длин волн. Тепловое излучение от 0,1 до 1000 \ (\ мкм м \).

Характеристика Длина волны
Гамма-лучи 0,3 100 \ (pm \)
Рентгеновские лучи 0,01-30 \ (нм \)
Ультрафиолетовый свет

3-400 \ (нм \)
Видимый свет 0,4-0,7 \ (мкм \)
Ближнее инфракрасное излучение 0. S \) однородны для всех длин волн.2 \).

Конвекция

Рассмотрим ситуацию конвективного охлаждения. Холодный газ течет мимо теплого тела, как показано на рисунке ниже:

Рисунок 6: Конвективное охлаждение нагретого тела происходит в результате теплообмена между двумя телами, аналогично теплопроводности

Жидкость образует тонкую замедленную область, называемую пограничный слой, непосредственно прилегающий к телу. В этот слой передается тепло, который исчезает и смешивается с потоком. Мы называем этот процесс отвода тепла от тела движущейся жидкостью конвекцией .1 \).

Стационарная форма закона Ньютона охлаждения, определяющая свободную конвекцию, описывается следующей формулой:

$$ Q = h (T_ {body} — T_ \ infty) $$

где \ (h \ ) — коэффициент теплопередачи . Этот коэффициент можно обозначить полосой \ (\ overline {h} \), которая указывает среднее значение по поверхности тела. \ (h \) без черты обозначает «локальные» значения коэффициента.

В зависимости от того, как инициируется движение жидкости, мы можем классифицировать конвекцию как естественная (свободная) или принудительная конвекция . Естественная конвекция вызвана, например, эффектами плавучести (теплая жидкость поднимается, а холодная опускается из-за разницы в плотности). В другом случае принудительная конвекция заставляет жидкость перемещаться с помощью внешних средств, таких как вентилятор, ветер, охлаждающая жидкость, насос, всасывающие устройства и т. Д.

Перемещение твердого компонента в жидкость также можно рассматривать как принудительное конвекция. Естественная конвекция может создать заметную разницу температур в доме или квартире. Мы осознаем это, потому что одни части дома теплее других.3 \).

Моделирование теплопередачи — структурная теплопередача

Рисунок 8: Структурный анализ теплопередачи в сравнении с анализом жидкость-твердое тело

Программное обеспечение для структурной теплопередачи используется, когда:

  • Можно предположить, что температура жидкости однородна вокруг твердой части
  • Исследование поведения элементов конструкции только при нагревании
  • Исследование напряжения и деформации детали, вызванной тепловой нагрузкой (анализ термического напряжения)

Анализ парной теплопередачи (жидкость-твердое тело) используется, когда:

  • Необходимо изучить распределение жидкости вокруг твердого тела
  • Исследование влияния объекта на жидкость
  • Исследование естественного охлаждения

Анализ теплопередачи — линейный статический анализ

Проведите быстрое сравнение двух результатов анализа в таблице ниже:

Категория Структурный анализ (линейный статический) Анализ теплопередачи (установившийся режим)
Свойства материала Модуль Юнга ( E ) Теплопроводность ( k )
Законы Закон Хука \ (\ sigma = E \ cdot \ frac {du} {dx} \) Закон Фурье \ (q = -k \ cdot \ frac {dT} {dx} \)
Степень свободы
(DOF)
Смещение ( u ) Температура ( T )
Градиент DOF Деформация \ (\ epsilon \) Напряжение \ (\ sigma \) Температура градиент \ ((\ nabla T) \)
Сходства Осевая сила на единицу длины: Q Площадь поперечного сечения: A Модуль Юнга: E Внутреннее тепловыделение на единицу длины: Q Площадь поперечного сечения: A T теплопроводность: k

Таблица 3: Анализ теплопередачи в сравнении со структурным анализом

Тепловое моделирование

Тепло — структурный анализ

Теплопередача учитывает энергетический баланс исследуемых систем. При исследовании термомеханических компонентов также могут учитываться деформации конструкции, вызванные воздействием тепловых нагрузок на твердые тела. Моделирование реакции напряжения на тепловые нагрузки и отказы важно для многих промышленных приложений. Примером приложения является анализ теплового напряжения печатной платы.

Рисунок 9: Печатная плата — смоделирована с помощью SimScale. Области, отмеченные красным цветом, являются «горячими» точками и могут деформировать материал.

Сопряженная теплопередача

Моделирование сопряженной теплопередачи (CHT) позволяет анализировать сопряженную теплопередачу в жидкостях и твердых телах.Прогнозирование потока жидкости с одновременным анализом теплопередачи, которая происходит в пределах границы жидкость / твердое тело, является важной особенностью моделирования CHT. Одна из областей, в которой он может использоваться, — охлаждение электроники (см. Рисунок 1).

Проводимость

Теоретически тепло передается от горячего объекта к холодному. Электропроводность — это передача тепла от горячего к холодному объекту, находящемуся в непосредственном контакте друг с другом. Теплопроводность различных объектов определяет, сколько тепла передается в данный момент времени.Примеры включают лампочки CFL.

Конвекция

Конвективная теплопередача — это передача тепла между двумя зонами без физического контакта. Конвективные токи возникают, когда молекулы поглощают тепло и начинают двигаться. Как вы понимаете, эти эффекты трудно предсказать, поэтому для получения надежных результатов моделирования требуется высокая вычислительная мощность. Одним из таких приложений является охлаждение материнской платы Raspberry pi.

Излучение

Электромагнитные волны являются источником передачи тепла посредством излучения.Обычно они играют роль при высоких температурах. Количество тепла, излучаемого излучением, зависит от типа поверхности материала. Общее правило состоит в том, что чем больше поверхность, тем выше излучение. Применение, в котором используется моделирование излучения, — это лазерная сварка.

Термический анализ SimScale

Многие материалы и продукты обладают температурно-зависимыми характеристиками, что делает анализ тепла и управление температурным режимом критически важным процессом при разработке продукта.Модуль теплопередачи онлайн-платформы моделирования SimScale позволяет прогнозировать воздушный поток, распределение температуры и теплопередачу. Это включает в себя конвекцию, проводимость и излучение, чтобы обеспечить производительность, долговечность и энергоэффективность ваших конструкций.

Анимация 1: Тепловое моделирование с использованием SimScale, показывающее движущуюся горячую лазерную точку на зубе.

Последнее обновление: 10 ноября 2020 г.

Решила ли эта статья вашу проблему?
Как мы можем добиться большего?

Мы ценим ваши отзывы.

Отправьте свой отзыв