Как рассчитать радиаторы отопления: способы расчета
Тема отопления не актуальна только для тех людей, кто живет в вечном лете. Всем остальным постоянно приходится быть в курсе всех новинок в этой области, стараться по возможности заменять устаревшее оборудование на более новое, эффективное и экономичное. Тем, кто делает все с нуля, тоже будет полезно знать, как рассчитать радиаторы отопления, их количество, мощность, место расположения.
Немного о разновидностях
Радиатор – он же, батарея, это часть отопительной системы дома, квартиры или любого другого помещения, посредством которого оно будет обогреваться. На вид радиатора, который необходимо установить никак не влияет вид топлива, которое будет использоваться, технические характеристики помещения или любые другие параметры. Все они одинаково универсальные и популярны. Чтобы правильно рассчитать радиаторы отопления, необходимо учитывать мощность одной пластины, размеры комнаты и ее расположение в доме. (См. также: Биметаллические радиаторы отопления)
Основные виды радиаторов, которые сегодня представлены на рынке:
- трубчатые;
- секционные;
- панельные.
По виду материала, из которого производятся, выделяют:
- чугунные, как самые старые,
- алюминиевые, как самые легкие, предназначены для максимально быстрого прогрева помещения.
- стальные, как самые распространенные;
- биметаллические, как относительную новинку, рассчитанную на самое высокое давление.
Все они имеют некоторые недостатки. Так, чугунные – очень долго прогреваются и менее эффективны. Алюминиевые сильно подвергаются коррозии из-за агрессивных компонентов в воде, а стальные не имеют внутреннего покрытия, что приводит к разрушению металла изнутри.
Как рассчитать количество радиаторов в доме
Чтобы полностью поменять или же установить впервые систему отопления дома, необходимо точно или максимально приближенно к реальности рассчитать количество радиаторов отопления, дабы не покупать лишнее и не докупать недостающее.
Итак, для того, чтобы сделать все по правилам, необходимо знать следующие показатели: площадь помещения и мощность одной секции батареи.
Согласно формуле, необходимо площадь помещения умножить на 100, и разделить полученный результат на мощность одной секции выбранного типа нагревателя. (См. также: Расчет радиаторов отопления)
Если стоит вопрос, как рассчитать радиаторы отопления стальные, то необходимо исходить из мощности одной стальной секции. Этот показатель указан в технических характеристиках каждого конкретного радиатора. Также его может поведать менеджер в магазине или сайт производителя в интернете.
Откуда взялось число 100? Этот показатель берется из строительных норм, утвержденных государством. Так, на 1 куб.м. площади жилой комнаты необходимо 100 ватт мощности батареи для быстрого и комфортного нагрева.
Эта формула поможет рассчитать количество секций радиатора отопления, а сколько радиаторов необходимо на комнату, необходимо исчислять, руководствуясь данными о количестве секций в выбранных вами моделях и подбирать необходимые. (См. также: Как выбрать электрический радиатор отопления)
Важно, учитывать количество окон в комнате.
За каждое окно необходимо к общей сумме секций добавлять еще 1/5 от общего количества на комнату. Столько же, придется набросить за то, что помещение будет угловым. Например, по формуле необходимо 30 секций, это 2 радиатора по 15 секций. К этим 30 необходимо приплюсовать еще 6 секций за одно окно и столько же, если это угловая комната.
Если вами были выбраны биметаллические радиаторы, то вышеизложенную формулу необходимо ставить его показатель мощности и вопрос, как рассчитать биметаллические радиаторы отопления будет снят.
Если нет четких данных по теплоотдаче секций радиатора, то берут средний коэффициент. В общем, возможная мощность варьирует в пределах 120 – 225 ватт. Для того, чтобы скорректировать возможные огрехи результату прибавляют около 20%, чтобы наверняка. (См. также: Как разобрать батарею отопления)
Второй способ
Чтобы удачно и правильно купить радиаторы отопления как рассчитать площадь является очень важным. И второй способ включает в себя еще один показатель – высоту комнаты.
Но, ради точности, важно учесть, что он пригоден только для расчета количества приборов, чья мощность превышает показатель в 50 ватт. Иначе, есть вероятность получить расчет с большой погрешностью.
Отталкиваться стоит от стандартного показателя высоты помещения в 2,5 метра и то, что одна секция радиатора оптимально обогревает 1,8 кв. м площади комнаты. Таким образом, для комнаты в 20 кв.м. будет рассчитываться следующим образом: 20/1,8 = 11,1. После запятой осталась единица, но все равно, желательно округлить в большую сторону. А, значит, понадобиться 12 секций. Сколько устанавливать самих радиаторов, два маленьких или один большой, выбирать хозяевам.
Третий вариант
И последний вариант, который подскажет, как рассчитать размер радиатора отопления, базируется на стандартных данных и объеме отапливаемой комнаты. (См. также: Какие биметаллические батареи лучше)
За стандарт необходимо брать данные условного обогрева пяти кубических метров объема комнаты понадобиться 1 секция радиатора с мощностью в 200 ватт.
Таким образом, комната с параметрами 4*5*2,5 будет поставлена в формулу следующим образом: (4*5*2,5)/5=10. Значит, понадобиться 10 секций каждая мощностью в 200 ватт.
Расчет без четких данных
Есть альтернативный метод расчета, в котором используют стандартный показатель в 41 ватт мощности для обогрева одного куба помещения и умножить его на размеры комнаты: площадь и высота. Эта формула даст общую мощность, необходимую для полноценного обогрева комнаты. Этот показатель возьмется за основу, когда будет вычисляться количество секций и радиаторов.
Альтернатива секциям
Не только секционные радиаторы довольно распространены в последнее время. Так, есть панельные. И, если расчет мощности велся по последней из предложенных формул, то будет легко подсчитать количество радиаторов, минуя показатель секций. Тем более, что в панельных радиаторах помещается меньше воды, которая и отдает тепло в помещение, следовательно, для отопления комнаты необходимо будет затратить меньше ресурса.
Экономия.
Советы по выбору и эксплуатации
Неправильно подобранные радиаторы способны не просто работать не правильно, но и создавать массу неудобств, проблем и даже аварийны ситуаций. Поэтому, к выбору отопительных элементов необходимо подходить серьезно, не бояться спрашивать у продавцов, консультантов.
Итак, по материалу, самыми неэффективными являются чугунные радиаторы. Они тяжелые в транспортировке и установке, долго прогреваются, долго остывают, что делает невозможным быструю коррекцию температуры в помещении. Они не украшают помещение, выглядят громоздкими и неуклюжими, непригодны для современных систем отопления с принудительной циркуляцией воды. Алюминиевые радиаторы и их походные – биметаллические считаются самыми оптимальными, исходя их технических характеристик и внешних данных. Но, если кислотность воды в системе превышает показатель – 8, лучше от них отказаться.
Второй возможный недочет – неправильно подобранная мощность радиатора. Губительным будет не только его работа на перегрев, но и обратная реакция.
Это приведет к быстрому износу, неправильной температуре в помещении, далеко неоптимальной влажности, быстрым и значительным перепадам всех важных показателей. При перегреве возможно появление сквозняков через открытые окна, ощущении постоянно высокой температуры, сухости на слизистых, обострение аллергий. Недостаточная мощность чревата холодом, вынужденными работами по добавлению секций или замене радиаторов на более мощные модели.
Неправильное место установки или недочет его особенностей при выборе мощности прибора. Так, агрегат, установленный в нише или близко к полу будет иметь заниженные показатели теплоотдачи, а следовательно и не достаточно обогретое помещение. Для оптимизации показателей к вычисленным данным добавляют 5% от изначальной мощности. Для присоединения радиатора к системе необходимо около 20 см длины стенки, если этого не учесть, будут проблемы. Если радиатор планируется закрытым декоративной панелью со щелями, к необходимой мощности, добавляют еще 15%.
Неправильным можно назвать выбор длины радиатора, исходя из размеров оконных проемов.
Если не знаете, как правильно рассчитать мощность агрегата, лучше попросите помощи у специалистов.
Совет: если стоит выбор, взять один длинный радиатор или два коротких, более эффективным будет использование двух маленьких. Они быстрее прогреваются и будут экономнее и оперативнее выполнять надлежащие функции.
Идеальное место для установки радиатора – под окном, и даже если окно одно и под него планируется вмонтировать большой радиатор, лучше установить два: один непосредственно под окном, другой – на противоположной или другой подходящей стене.
Ширина и высота радиаторов мало влияет на их мощность и не является главным показателем теплоотдачи. Конечно, чем больше площадь металла, тем лучше, но делать выводы можно только после ознакомления со всеми данными из инструкции или технической документации на товар.
Установку лучше доверить профессионалам, чтобы избежать протечек, срыва крепежей или связующих деталей. Тестировать систему лучше в теплую пору года, чтобы не остаться без тепла в отопительный период года.
Радиаторы водяного охлаждения для ПК – как правильно выбрать радиатор для ПК с жидкостным охлаждением
Добро пожаловать в серию компонентов. Мы надеемся помочь строителям, как новым, так и старым, понять их варианты, когда речь идет о компонентах в их пользовательских контурах водяного охлаждения. В сегодняшней записи мы рассмотрим сложности современных радиаторов водяного охлаждения ПК.
По правде говоря, водяное охлаждение ПК — это действительно воздушное охлаждение. Чтобы понять это, вам нужно понять только одно: тепло движется. Это универсальная константа. Везде, где есть разница температур, тепло будет пытаться перейти в область с более низкой температурой. Чем больше разница температур, тем быстрее он движется. Как только температуры выравниваются, движение прекращается.
В вашем ПК с водяным охлаждением тепло передается от критической детали к установленным на ней водяным блокам, поскольку блок холоднее детали. Оттуда оно подхватывается более холодной водой, протекающей через него, и отводится к радиатору.
По мере того, как жидкость течет по трубкам радиатора, тепло снова переходит в окружающий воздух, при условии, что он холоднее, чем жидкость в радиаторе. Таким образом, хотя жидкость может охлаждать наши драгоценные части, именно воздух охлаждает жидкость, чтобы снова запустить цикл.
Тепловой цикл в пользовательском водяном контуре ПК .
Без хорошей передачи тепла от охлаждающей жидкости к наружному воздуху пострадает остальная часть системы. Правильный выбор радиатора позволит максимально увеличить теплопередачу и повысить эффективность всей системы.
Так как же правильно выбрать радиатор (или радиаторы) для водяного охлаждения?
Несмотря на то, что радиаторы просты по конструкции и их функции понятны, при выборе радиатора для ПК необходимо учитывать больше факторов, чем при выборе любой другой части индивидуального контура водяного охлаждения.
Давайте посмотрим, что нужно учитывать.
Медь и алюминий являются основными материалами в радиаторах охлаждения ПК . Латунь часто используется для резервуаров и .
Да, мы снова пройдемся по материалам. Это важно. Как и другие детали водяного охлаждения, радиаторы разных марок и моделей изготавливаются из разных материалов. Хотя алюминиевые радиаторы доступны и эффективны, их следует использовать только в контуре водяного охлаждения со всеми алюминиевыми компонентами. Единственным исключением являются радиаторы из цинкового сплава. Эти радиаторы предназначены для использования в системе из смешанных металлов, но цинк выступает в качестве расходуемого анода. Со временем он будет подвергаться коррозии – как долго это зависит от процесса, использованного для его изготовления.
Современные радиаторы водяного охлаждения обычно изготавливаются из меди, латуни и алюминия.
Камеры на концах радиатора обычно изготавливаются из латуни, хотя нередко встречается медь, а некоторые из них изготовлены из акрила или ацеталя. Ребра охлаждения будут медными или алюминиевыми. Это одно из немногих мест, где алюминий допустим в вашем контуре водяного охлаждения, поскольку ребра никогда не соприкасаются с охлаждающей жидкостью.
Медь и латунь хорошо сочетаются друг с другом, а два используемых пластика не вступают в реакцию с металлами, поэтому коррозия не является проблемой. Ни один из других материалов не обеспечивает такие характеристики теплопередачи, как медь, но они дешевле и позволяют производителям, которые их используют, предлагать эти продукты по более низкой цене. Учитывая, насколько малы баки, любое влияние на производительность будет минимальным.
Три распространенных размера радиаторов охлаждения ПК: 360 мм, 240 мм и 120 мм.
Размер
Размер — это простой фактор, но в случае с радиатором для ПК он имеет несколько разных значений.
Первый подходит. Поместится ли радиатор физически внутри корпуса вашего ПК? Можете ли вы установить его в нужном месте и ориентации?
Первая цифра, которую вы всегда будете видеть, глядя на размер радиатора, — это не его длина, ширина или толщина. Это сумма вентиляторов, с которыми он был разработан для работы вдоль одной стороны радиатора. Например, 360-мм радиатор рассчитан на работу с тремя 120-мм вентиляторами с одной стороны (3 x 120 = 360), а 280-мм радиатор рассчитан на работу с двумя 140-мм вентиляторами с одной стороны (2 x 140 = 280). Реже вы также можете увидеть 360-мм радиатор с номером 120,3 или 280-мм радиатор с номером 140,2.
Этот общий размер вентилятора не всегда говорит вам, подходит ли данный радиатор к корпусу вашего ПК. Не так давно можно было с уверенностью предположить, что корпус для ПК, в котором рекламировалась возможность размещения 360-мм радиатора, вмещает любой 360-мм корпус на рынке. Не так сегодня.
Достижения и изменения стиля как в дизайне корпуса ПК, так и в дизайне радиатора создали некоторые проблемы с зазорами, которые необходимо учитывать, чтобы ответить на вопрос «подойдет ли он».
Это еще более важно для постоянно растущей группы энтузиастов малых форм-факторов.
Alphacool’s 1080-мм радиатор Nova — не для толпы SFF.
Почти все производители радиаторов указывают фактические размеры своего продукта: длину, ширину и толщину. Это числа, которые нужно использовать, чтобы проверить, поместится ли радиатор, который вы рассматриваете, в заданном пространстве.
Многие производители корпусов ПК сообщают об ограничениях по размеру радиатора в информации о своих продуктах, но не все. Ручное измерение в любом случае лучше.
Планируя размещение и размеры радиатора, не забудьте указать толщину вентиляторов, которые вы планируете использовать с ним. Многие менее опытные строители совершили эту ошибку и в конечном итоге были вынуждены изменить свои планы.
Ориентация порта / потока – Двойной проход против Crossflow
F или Черы из этой статьи, термин « конверт.
баки установлены . «Сторона» относится к твердым сторонам охлаждающей сердцевины между баками.
Двухпроходный
Стандартный радиатор ПК называется двухпроходным радиатором. Называется так потому, что охлаждающая жидкость совершает два прохода по длине радиатора через охлаждающие трубки. В двухпроходном радиаторе все порты (за исключением дренажного порта, если он есть) будут на одном конце. Охлаждающая жидкость входит в порт на этом конце, течет к противоположному концу радиатора, через камеру на дальнем конце и возвращается к тому концу, из которого она вышла на другой стороне.
Схема потока двухходового радиатора . Охлаждающая жидкость входит и выходит с одного конца радиатора.
Для этого резервуар на входе/выходе будет разделен на две части. На некоторых радиаторах это видно как глубокая V-образная форма посередине, образующая два совершенно отдельных бака.
Впускной и выпускной баки этого двухходового радиатора четко разделены.
Не все двухпроходные радиаторы имеют эту V-образную форму – у некоторых есть что-то вроде единственного бака на конце. Внутри этих резервуаров будет установлена разделительная панель, образующая два отдельных резервуара.
Конец бака, противоположный входному/выходному концу двухконтурного радиатора, как правило, также меньше раздельного бака, поскольку он служит только для направления потока охлаждающей жидкости обратно к тому концу, из которого он вышел.
Радиаторы с двойным потоком обычно имеют только два порта, но некоторые модели могут иметь четыре или даже шесть портов на входе/выходе, а некоторые даже имеют один порт на другом конце для слива воды из радиатора.
На изображении ниже вы можете увидеть внутреннюю работу типичного двухпроходного радиатора. Я хотел бы лично поблагодарить этот маленький EK Coolstream Classic SE 120 за то, что он пожертвовал свое тело науке.
Излучатель двухпроходный разборный . Обратите внимание на пластину, приваренную к внутренней части верхнего бака, разделяющую его на две части .
Crossflow
Радиаторы Crossflow являются однопроходными радиаторами. Вместо того, чтобы делить охлаждающие трубки пополам и отправлять хладагент в оба конца обратно к тому концу, с которого он начался, радиаторы с поперечным потоком сразу же разделяют поток хладагента на все трубки охлаждения и направляют его по одностороннему пути к другому концу.
Схема потока поперечноточного радиатора . Охлаждающая жидкость входит в один конец радиатора и выходит из другого конца .
Радиаторы с поперечным потоком всегда будут иметь порты на обоих концах. Как и в случае с двухпроходными радиаторами, некоторые из них могут предлагать более двух, но они всегда будут присутствовать на обоих концах радиатора.
Два разных типа многопортовых радиаторов с поперечным потоком . Следует соблюдать осторожность при вводе и выводе в первом стиле.
Концевые бачки радиаторов с поперечным потоком обычно имеют одинаковый размер на обоих концах. Обычно это делает его длиннее эквивалентного двухпроходного радиатора, что делает измерение фактического радиатора еще более важным.
Конструкция перекрестноточных радиаторов означает, что хладагент будет течь из любого порта в любой другой порт. Внутри нет закрытых помещений. Это делает выбор портов для впуска и выпуска очень важным, поскольку именно они контролируют количество охлаждающей жидкости, которая фактически течет по трубкам и отводит тепло.
Направления потока и результаты охлаждения при различных впускных и выпускных отверстиях на многопортовом радиаторе с поперечным потоком .
Впускной и выпускной порты должны располагаться на противоположных концах и противоположных сторонах любого радиатора с поперечным потоком.
Что лучше?
При сравнении перекрестноточных и двухпроходных радиаторов помните, что все они используют одни и те же охлаждающие ядра. Эти сердечники из труб и ребер используются в конструкции обоих типов, единственная разница в конструкции – концевые резервуары.
Тестирование показало, что при прочих равных условиях двухпроходной радиатор имеет небольшое преимущество в производительности, поэтому большинство радиаторов, представленных на рынке, выполнены в этом стиле.
Однако предел улучшения был очень небольшим. Учитывайте это при выборе радиатора. Если форм-фактор радиатора с поперечным потоком упрощает прокладку труб или улучшает внешний вид, это может стоить небольших потерь.
Холодопроизводительность
Существует множество факторов, определяющих общую охлаждающую способность радиатора, некоторые из которых даже не связаны с самим радиатором.
Размер
Как и у любого воздухоохладителя, площадь охлаждающей поверхности радиатора больше всего влияет на его охлаждающую способность. Типичная мудрость гласит, что необходимо оставить 120 мм пространства для радиатора на каждый охлаждаемый компонент плюс еще 120 мм. Это эмпирическое правило действительно устарело, поскольку некоторые из современных аппаратных средств выделяют больше тепла, чем любые компоненты, когда это правило было введено, но это только начало. Считайте это минимумом.
Помните также, что часто упоминаемое измерение размера вентилятора описывает только два измерения размера радиатора. Толщина также важна.
Толщина
Логика подсказывает, что более толстый радиатор будет работать лучше, чем более тонкий, просто из-за увеличенной площади поверхности. Хотя в целом это верно, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами более толстого радиатора, вы должны иметь возможность направлять поток воздуха через все это.
Обычно это означает большее количество вентиляторов, вентиляторов с более высоким давлением или более быстрых вентиляторов — все это может привести к большему шуму.
Материал s
Различия в используемых материалах не повлияют на общую охлаждающую способность радиатора настолько, чтобы ее можно было измерить без очень чувствительных приборов, поэтому мы не будем принимать это во внимание.
Плотность ребер
Плотность ребер — это мера количества охлаждающих ребер радиатора в заданном пространстве, обычно измеряемая в FPI или Fins Per Inch. Чем плотнее ребра, тем лучше он будет охлаждаться, но тем больше потребуется воздушного потока из-за меньших проходов между ребрами. Это должно быть обработано выбором вентилятора, как и более толстый радиатор.
Различия в плотности плавников. Левый радиатор имеет 18 ребер на дюйм, а правый — 8 .
Обратите внимание, что повреждение ребер, как показано справа, практически не повлияет на работу вашего радиатора r .
Скорость потока
Скорость, с которой ваша охлаждающая жидкость проходит через радиатор, влияет на его охлаждающую способность. Скорость потока зависит от ограничения радиатора и производительности вашего водяного насоса. Я не буду вдаваться здесь в расход и напор — ищите в ближайшем будущем пост о компонентах по насосам, мы там все расскажем.
Обратите внимание на цифры: некоторые производители указывают холодопроизводительность своих радиаторов в ваттах. Эти цифры не имеют отношения к вашей системе охлаждения, поэтому используйте их только для сравнения теоретических мощностей с другими радиаторами того же производителя. Например, если они предлагают две версии 240-мм радиатора, вы можете использовать эти цифры, чтобы узнать, что одна из них обеспечивает большую охлаждающую способность, чем другая.
Все, что сверх этого, является догадками.
Особенности
Хотя я упоминал о них ранее, стоит перечислить некоторые функции, которые вы, возможно, захотите найти в своем следующем радиаторе.
• Дренажный порт — это просто дополнительный порт на конце радиатора напротив впускных/выпускных портов. Он упрощает слив радиатора (и, возможно, всего контура водяного охлаждения, в зависимости от того, где он расположен).
• Резьбовые кожухи. Радиаторы имеют металлические выступы на раме с резьбовыми отверстиями для установки на них вентиляторов. Эти отверстия почти всегда находятся непосредственно над охлаждающим сердечником, а это означает, что при использовании слишком длинных винтов винт может проникнуть в сердечник и повредить ребра или даже проколоть трубку охлаждающей жидкости. Винтовой щит — это второй металлический язычок под первым, который предотвращает это.
Винтовой щиток на этом радиаторе предотвращает случайное повреждение охлаждающей сердцевины при установке вентиляторов.
• RGB. Тенденция RGB нашла свое отражение и в радиаторах. Доступны модели с логотипами с подсветкой и даже полосами RGB, покрывающими всю сторону радиатора.
RGB-подсветка используется во всем, что связано с ПК, даже в радиаторах.
• Мониторы. Доступны несколько радиаторов со встроенными OLED-дисплеями и датчиками температуры.
Эстетика
Это еще одна область, которая изменилась совсем недавно. Раньше радиаторы были самой пустой и скучной частью вашего ПК. Все они выглядели очень похожими — черными. Несколько было предложено в белом цвете, но это было все.
Сегодня вы можете не только купить радиаторы разных цветов, но некоторые даже имеют сменные цветные боковые панели, так что вы можете изменить свой цвет, если хотите.
BarrowCH Радиатор Chameleon Fish со сменными боковыми панелями из анодированного алюминия и встроенным OLED-дисплеем температуры.
Факт против вымысла
Возможно, вы слышали некоторые распространенные “факты” о радиаторах водяного охлаждения.
“ Более толстые радиаторы лучше охлаждают. ”
“ Большое количество ребер делает систему громче. ”
“ Лучше всего использовать двухтактный вентилятор. ”
“ Всегда ставьте радиаторы на верхнюю часть корпуса, потому что тепло поднимается вверх. »
Первые три приведенных выше утверждения верны при определенных обстоятельствах .
Более толстые радиаторы лучше охлаждают если имеют достаточный поток воздуха. Между толстым и тонким радиатором с низким или умеренным, но равным потоком воздуха более тонкий радиатор, скорее всего, будет работать лучше.
Большое количество ребер может сделать систему охлаждения громкой, если поток воздуха достаточно высок.
Большое количество ребер обеспечивает более эффективное охлаждение за счет увеличенной площади поверхности , но им требуется больший поток воздуха, чтобы преодолеть ограничение, вызванное большим количеством ребер. В зависимости от ваших вентиляторов, этот воздушный поток может быть громким, если он достаточно высок.
Настройка push/pull иногда лучший способ. Использование вентиляторов с обеих сторон радиатора — это нормально, но если ваш радиатор охлаждается так же хорошо, как это возможно с вентиляторами только с одной стороны, удвоение числа вентиляторов только будет стоить больше денег и сделает всю установку громче.
Тепло поднимается за счет конвекции. Это сила природы, но очень слабая. Малейшее механическое принудительное движение воздуха преодолеет конвекцию без измеримых усилий. Другими словами, конвекция становится бессмысленной, как только вы устанавливаете вентилятор и включаете его. Поместите свои радиаторы там, где они могут обеспечить достаточный поток воздуха.
Как принять решение?
Со всеми этими факторами по отдельности и всеми возможными перестановками с их комбинациями, как вы решаете, что получить? Первый шаг к этому – решить, чего вы хотите.
Поскольку эстетика слишком субъективна, чтобы я даже комментировал ее, давайте рассмотрим две другие причины, по которым люди выбирают водяное охлаждение: производительность и шум.
Вы ищете максимально возможную производительность охлаждения, не заботясь о стоимости или шуме? Втисните в свой ПК как можно больше места для радиатора с помощью высокоскоростных вентиляторов с обеих сторон каждого и включите их до упора. Вы можете использовать столько, сколько хотите во внешней настройке.
Вам больше нравится бесшумное охлаждение? Опять же, используйте как можно больше места для радиатора, но убедитесь, что ваши радиаторы имеют низкое количество FPI, и установите низкоскоростные вентиляторы с высоким статическим давлением только с одной стороны.
Включите вентиляторы чуть ниже желаемого уровня шума.
Вы можете считать эти два примера крайностями обеих причин, но логика работает. То, что у вас получится, будет зависеть от других факторов, таких как ваш бюджет, и, скорее всего, придется идти на компромиссы в той или иной области. Знание всех вовлеченных факторов поможет вам свести эти компромиссы к минимуму.
Следите за новостями в нашей серии компонентов, чтобы получить всю необходимую информацию о насосах, чтобы завершить уравнения охлаждения.
Спокойствие на МКС
Это вторая из пяти частей цикла статей о строительстве МКС. Первый исследовал архитектуру и конструкцию станции.
В будущих выпусках будут рассмотрены электроэнергия, сантехника и эргономика станции.
(требуется RealPlayer)
21 марта 2001 г. — Вселенная – это место крайностей: свет, тьма… влажно, сухо… воздух, вакуум… голодный, сытый. Человеческая жизнь имеет тенденцию процветать в равновесии. Мы чувствуем себя наиболее комфортно в местах, где не слишком жарко и не слишком холодно, не слишком светло и не слишком темно — другими словами, в местах, которые «как раз подходят».
Большая часть нашей планеты подходит под это описание. Пока вы держитесь подальше от Южного полюса и не падаете в вулкан, Земля — довольно удобный мир. Но теперь, когда люди отправляются в космос — не как посетители, а как поселенцы — поиск правильного баланса становится более сложной задачей.
Рассмотрим, например, Международную космическую станцию (МКС).
Без теплового контроля температура на обращенной к Солнцу стороне орбитальной космической станции подскочила бы до 250 градусов по Фаренгейту (121 C), а термометры на темной стороне упали бы до минус 250 градусов по Фаренгейту (-157 C).
К счастью для экипажа и всего оборудования станции, МКС спроектирована и построена с учетом теплового баланса и оснащена системой термоконтроля, которая обеспечивает прохладу и комфорт астронавтам в их орбитальном доме.
|
Первым соображением при проектировании теплового контроля является изоляция — чтобы сохранить тепло для тепла и не допустить его охлаждения.
Здесь, на Земле, тепло окружающей среды передается в воздухе в основном за счет теплопроводности (столкновения между отдельными молекулами воздуха) и конвекции (циркуляция или объемное движение воздуха).
«Вот почему вы можете изолировать свой дом, в основном, используя воздух, находящийся внутри вашей изоляции», — сказал Эндрю Хонг, инженер и специалист по терморегулированию в Космическом центре имени Джонсона НАСА. «Воздух — плохой проводник тепла, а волокна домашней изоляции, удерживающие воздух, минимизируют конвекцию».
«В космосе нет воздуха для теплопроводности или конвекции», — добавил он. Космос — это среда с преобладанием радиации. Объекты нагреваются, поглощая солнечный свет, и охлаждаются, излучая инфракрасную энергию, форму излучения, невидимую для человеческого глаза.
В результате изоляция для Международной космической станции не похожа на пушистый коврик из розовых волокон, который часто можно найти в земных домах. Вместо этого изоляция станции представляет собой высокоотражающее одеяло, называемое многослойной изоляцией (или MLI), изготовленное из майлара и дакрона.
Вверху слева : Обычная домашняя изоляция на Земле.
Вверху справа : Многослойная изоляция — или MLI — для Международной космической станции. Светоотражающая серебряная сетка изготовлена из алюминированного майлара. Материалом медного цвета является каптон, более тяжелый слой, который защищает листы хрупкого майлара, толщина которых обычно составляет всего 0,3 мила или 3/10000 дюйма. Фото предоставлено Эндрю Хонгом, АО.
«Майлар покрыт алюминием, поэтому солнечное тепловое излучение не может пройти через него», — объясняет Хонг. Здесь, на Земле, мы используем одеяла, содержащие алюминизированный майлар, чтобы укутывать людей, подвергшихся воздействию холода или травм. Такие одеяла особенно популярны среди охотников и отдыхающих!
«Слои дакроновой ткани разделяют листы майлара, что предотвращает передачу тепла между слоями», — продолжил он. «Это гарантирует, что излучение будет наиболее доминирующим методом передачи тепла через одеяло».
За исключением окон, большая часть МКС покрыта радиационно-защитным MLI.
«Окна — это огромная утечка тепла, — сказал Хонг, — но они нужны астронавтам из-за эргономики, а также для их исследований. Это то, что мы должны спроектировать».
Изоляция MLI выполняет двойную функцию: не пропускает солнечную радиацию и не дает пронзительному космическому холоду проникнуть в металлическую обшивку станции.
Он выполняет свою работу так хорошо, что МКС представляет собой еще одну тепловую проблему для инженеров – иметь дело с внутренними температурами, которые постоянно растут внутри этой сверхизолированной орбитальной лаборатории, полностью укомплектованной множеством видов приборов, производящих тепло.
Справа : Тепловые одеяла MLI — это лишь один из многих материалов космической эры, которые защищают МКС от суровых условий космоса. [подробнее]
Представьте, что «ваш дом был очень, очень хорошо изолирован, и вы закрыли его и отключили кондиционер», — сказал Джин Унгар, специалист по анализу теплоносителя из Космического центра имени Джонсона НАСА.
«Почти каждый ватт энергии, проходящий по электрическим проводам, превращается в тепло».
Именно это и происходит на космической станции. Энергия солнечных батарей поступает на МКС для работы авионики, электроники… всех многочисленных систем станции. Все они выделяют тепло, и нужно что-то делать, чтобы избавиться от лишнего.
Основной ответ – установить теплообменники. Конструкторы создали активную систему термоконтроля, или сокращенно ATCS, чтобы отводить тепло от космического корабля.
Отработанное тепло отводится двумя способами: через охлаждающие пластины и теплообменники, оба из которых охлаждаются контуром циркулирующей воды. Воздушно-водяные теплообменники охлаждают и осушают внутреннюю атмосферу космического корабля. Генераторы высокой температуры крепятся к изготовленным на заказ охлаждающим плитам. Холодная вода, циркулирующая с помощью крыльчатки со скоростью вращения 17 000 оборотов в минуту, проходит через эти теплообменные устройства для охлаждения оборудования.
«Эта очень эффективная система жидкостного теплообмена отводит избыточное тепло, — сказал Унгар. «Затем мы отправляем энергию на радиаторы, чтобы отводить это тепло в космос».
Выше : На этом снимке Международной космической станции, сделанном в прошлом месяце экипажем STS-98, видны вытянутые алюминиевые радиаторы станции. Нажмите для
.
Но вода, циркулирующая в трубах за пределами космической станции, быстро замерзала. Чтобы эта жидкостная система работала, отработанное тепло во второй раз передается другому контуру, содержащему аммиак вместо воды. Аммиак замерзает при температуре -107 градусов по Фаренгейту (-77 С) при стандартном атмосферном давлении. Нагретый аммиак циркулирует через огромные радиаторы, расположенные снаружи космической станции, выделяя тепло в виде инфракрасного излучения и охлаждаясь по мере его прохождения.
Вытянутые радиаторы станции изготовлены из сотовых алюминиевых панелей.
Имеется 14 панелей, каждая размером 6 на 10 футов (1,8 на 3 метра), что в общей сложности составляет 1680 квадратных футов (156 квадратных метров) площади теплообмена, заполненной аммиачными трубками. Сравните этот величественный радиатор с сеткой змеевиков площадью 3 квадратных фута в типичных домашних кондиционерах, и вы сможете оценить масштаб и сложность выполнения «рутинных» действий в космосе.
Наконец, инженеры по тепловому контролю должны решить проблему воздушного потока внутри космической станции. Движение воздуха является основным фактором в достижении баланса между горячим и холодным.
ATCS работает в тандеме с системой экологического контроля и жизнеобеспечения (ECLSS), которая контролирует качество воздуха и поток на МКС. В условиях свободного падения на орбите, эквивалентных невесомости, горячий и холодный воздух не поднимаются и не опускаются, как на Земле. Надлежащая циркуляция воздуха помогает предотвратить появление нежелательных холодных пятен, которые могут привести к образованию конденсата, поражению электрическим током, серьезной коррозии и даже биологическим проблемам, таким как рост микробов.
Разъедающие грибы были серьезной проблемой на российской космической станции «Мир», и планировщики миссии МКС хотят избежать повторного заражения.
Выше : Парить в космосе в коротких рукавах и босиком? Там должно быть удобно!
Это действительно странный новый мир на МКС. Горячий воздух, который не поднимается… тепло, которое не проводит… радиаторы слишком холодные для жидкой воды… достаточно, чтобы у инженера-теплотехника появились седые волосы! Но благодаря эффективным интегрированным системам термоконтроля станции экипажу не о чем беспокоиться — охлаждение на МКС не проблема!
Примечание редактора : Один читатель спрашивает: «Если температура на затененной стороне космической станции может опускаться до -250 F и если температура замерзания аммиака составляет всего -107 F, почему аммиак в замерзают радиаторы?» Причина в том, что теплосодержащий аммиак не может отдавать тепло достаточно быстро, чтобы достичь точки замерзания, прежде чем жидкость циркулирует обратно в более теплые пределы космической станции.
Если (в качестве мысленного эксперимента) мы выключим насосы и сориентируем станцию так, чтобы радиатор находился в тени, скажем, солнечной панели, аммиак, скорее всего, через некоторое время замерзнет.
Веб-ссылки
Международная космическая станция — домашняя страница НАСА
Взгляд на Международную космическую станцию со своего заднего двора — Статья Science@NASA : С помощью бесплатного программного обеспечения НАСА вы можете обнаружить Международная космическая станция со своего заднего двора.
В ожидании МКС — Science@NASA article : Ученые на недавнем медиа-форуме заявили, что очень хотят начать использовать Международную космическую станцию в качестве инновационной орбитальной исследовательской лаборатории.
Колеса в небе — Science@NASA article : Новаторские концепции космических станций середины 1950-х годов не очень похожи на сегодняшние стационарные установки на орбите.
Новая звезда в небе — Science@NASA article : Что-то в небе становится все ярче и вскоре станет одной из самых привлекательных звезд в ночном небе. Нет, это не сверхновая. Это Международная космическая станция!
Легкое дыхание на космической станции — Science@NASA, статья : Системы жизнеобеспечения на МКС обеспечивают кислородом, поглощают углекислый газ и управляют выбросами пара от самих астронавтов. Это все часть того, чтобы дышать легко в нашем новом доме в космосе.
Вода на космической станции — Science@NASA article : Нормирование и переработка будут неотъемлемой частью жизни на Международной космической станции. В этой статье Science@NASA исследует, где команда будет получать воду и как они будут (повторно) ее использовать.
Микроскопические безбилетные пассажиры на МКС — Science@NASA article : Куда бы люди ни отправились, микробы обязательно последуют за ними, и космическая станция не является исключением.