Как отвести тепло

Отвод тепла из тела человека

Если вдыхание нагретого воздуха не является фактором, существенно ухудшающим условия дыхания в респираторе, то повышенные температура и влажность подземных выработок являются весьма серьезной профвредностью труда работников горноспасательных частей. Опасность перегревания стала в особенности угрожающей в связи с переходом на разработку глубоких горизонтов и увеличением полей современных крупных механизированных шахт. В таких шахтах, даже при отсутствии нагревания воздуха в результате пожара, горноспасателям длительное время приходится передвигаться и выполнять тяжелую работу в условиях неблагоприятных для отвода тепла .

Для того чтобы человек мог выполнять какую-нибудь работу, ему, подобно тепловой машине, необходимо непрерывно отводить образующееся в результате процессов жизнедеятельности (главным образом окислительных) тепло.

Даже при отсутствии внешней работы одно только поддержание процессов основного обмена требует отвода тепла:

• спящий человек развивает около 70 ккал/час,
• человек бодрствующий, но лежащий неподвижно, — около 80 ккал/час;
• работник горноспасательной части, выполняющий среднюю работу, — 12 000 кгм/час (0,045 л.с.) — около 250 ккал/час,
• а при тяжелой работе, соответствующей максимальной нагрузке, при которой испытываются респираторы,— 25 000 кгм/час (0,093 л.c.) — свыше 400 ккал/час.

Роль отдельных путей отвода тепла указана ниже.

Дыхание

Количество отводимого дыханием тепла зависит от объема вентиляции, температуры и влажности вдыхаемого воздуха. Пренебрегая теплоемкостью водяного пара, как величиной малой по сравнению с теплоемкостью воздуха, можно подсчитать количество тепла, отводимого дыханием по формуле:

Q 1 =V[0,57(m 1 —m 2 ) + C р (t 1 — t 2 )], (46)

где Q 1 — теплоотдача, ккал\час; V — вентиляция легких, м3\час; 0,57 — количество тепла, поглощаемого воды, ккал; m 2 — насыщенное влагосодержание при веческого тела, г\м3; m 2 — влагосодержание вдыхаемого воздуха, С р — теплоемкость воздуха, ккал\град м3; t 1 — температура воздуха в легких; t 2 — температура вдыхаемого воздуха.

Поскольку в рудничных условиях разность температур окружающей среды и человеческого тела невелика, основное значение имеет степень влажности вдыхаемого воздуха: чем суше воздух, тем больше испаряется в легких влага, причем, как уже указывалось, на каждый грамм испарившейся воды расходуется при 37° около 0,57 ккал. Поскольку легочная вентиляция при работе, в среднем, составляет 1,8 м3/час (30 л/мин), влагосодержание при насыщении и температуре 37° — 44 г/м3 то, при относительной влажности воздуха 50%, охлаждающее действие воздуха за счет одного только испарения должно составить .

Охлаждающее действие вдыхаемого воздуха при различных условиях температуры, влажности, легочной вентиляции, а следовательно, и мощности работы показано на графике ( рис. 50 ). Здесь пунктиром показан ход определения охлаждающего действия воздуха с температурой 37° для приведенного выше случая вентиляции 1.8 м3. Из графика видно, что при абсолютно сухом воздухе его охлаждающее действие при легочной вентиляции 2 м3 составляет 50 ккал/час, т. е. равно 1/8 от цифры близкой к максимальной теплопроизводительности человека при работе — 400 ккал/час.

Из изложенного, а также из графика видно, что респиратор, в котором производится полная осушка вдыхаемого воздуха (например пероксидный противогаз), оказывает при температуре вдыхаемого воздуха 37° такое же охлаждающее действие, как и противогаз, в котором вдыхаемый воздух насыщен влагой (например изолирующий противогаз с известковым химпоглотителем) при температуре вдыхаемого воздуха 15°.

Рис. 50. График для определения количества тепла, отдаваемого при дыхании

Теплоизлучение

Теплоизлучение происходит практически не со всей поверхности тела вполне обнаженного человека, которая для горноспасателя ростом 170 см и весом 70 кг составляет около 1,8 м2, а с поверхности около 1,5 м2. Отвод тепла теплоизлучением происходит лишь до тех пор, пока температура человеческого тела чиже температуры окружающих предметов.

Проводимость

Под проводимостью (конвекцией) понимают отдачу тепла потоку воздуха. Для определения количества тепла, отводимого за счет проводимости, существует ряд эмпирических формул, дающих значение коэффициента теплоотдачи (или тепловосприятия) проводимостью в зависимости от скорости движения окружающего воздуха.

Потоотделение

При повышенной температуре окружающего воздуха потоотделение является единственным регулятором теплоотдачи человеческого тела. Поскольку в составе пота соли (NaCl, KC1) составляют всего около 0,8% по весу, упругость паров пота почти равна упругости паров воды. Упругость паров воды быстро растет с возрастанием температуры воздуха, что, при условии его сухости, создает благоприятные условия теплоотдачи при повышенной температуре.

Новые методы отвода тепла в электронике

Не секрет, что в настоящее время приблизительно половина потребляемой серверами энергии тратится на их охлаждение. Поэтому поиск эффективных систем охлаждения — актуальный вопрос.

Исследователи из Технического университета Чалмерса (Гётеборг, Швеция) разработали метод эффективного охлаждения электроники с помощью графеновой пленки. Оказалось, что она проводит тепло в четыре раза лучше меди и легко прикрепляется к электронным компонентам, сделанным из кремния. Однако несколько слоев атомов не в состоянии обеспечить отвод большого объема тепла. С увеличением же числа слоев растет и риск отрыва пленки от основы. Решить эту проблему удалось, добавив в графеновую пленку силан APTES (вещество, традиционно применяемое для усиления сцепления битума со щебнем в асфальте). Подвергнутый нагреву и гидролизу он не только улучшает сцепление, но и вдвое увеличивает плоскостную (in-plane) теплопроводность графеновой пленки: до 1600 Вт/мК, при толщине пленки 20 мкм.

На другом континенте сотрудники Университета Райса (Хьюстон, Техас) Ружбе Шахсавари и Навид Сакхаванд завершили первый теоретический анализ возможности применения трехмерного нитрида бора в качестве настраиваемого материала для отвода тепла от электронных устройств.

В двумерной форме гексагональный нитрид бора (или белый графен) выглядит так же, как монослой атомов углерода. Но h-BN является не проводником, а естественным изолятором. Проведенные симуляции показали, что 3D-структуры из плоскостей h-BN, соединенных нанотрубками нитрида бора, будут способны переносить фононы во всех направлениях, как параллельно, так и перпендикулярно плоскости. При этом, чем больше нанотрубок или чем они короче, тем медленнее распространяется тепло, а длинные трубки ускоряют теплообмен.

Этот тип системы объемного управления теплообменом открывает возможности создания тепловых вентилей или тепловых выпрямителей, в которых поток тепла в одном направлении будет отличаться от встречного потока. Благодаря изолирующим свойствам нитрида бора, он может стать удачным дополнением к графену в будущих устройствах трехмерной наноэлектроники.

Применение этих технологий сделает возможным появление более быстрой, миниатюрной и экономичной мощной электроники – светодиодов, лазеров и радиочастотных компонентов.

• отвод тепла
• охлаждение

Монтаж и отвод тепла

Спрос на качественное и в то же время энергосберегающее освещение растет с каждым годом. Основным приоритетным направлением в освещении являются светодиодные источники света. Они имеют хороший КПД и длительный срок службы. Для поддержания этих качеств нужно соблюдать правила монтажа светодиодов.

Во-первых, обеспечение правильного подключения, придерживаясь, правил пайки и постройки схем. Во-вторых, надлежащий отвод тепла.

Установка светодиодов заключается в эффективном обеспечении охлаждения полупроводникового кристалла, также очень важно организовать изоляцию светодиода с радиатором.

Продолжительность работы и яркость свечения светодиода напрямую зависит от температурных режимов. Различают два температурных режима:

• температура на поверхности кристалла;
• температура p-n перехода (между светодиодом и радиатором или подложкой).

Температурные режимы поверхности кристалла влияют на срок службы светодиода. Если кристалл во время работы достигает критичного показателя температуры, это влияет на износ и дальнейшую работоспособность.

Температура p-n перехода, там, где металл одного типа соединяется с другим металлом. Высокая температура в этом месте влияет на яркость свечения светодиода, или его КПД. Чтобы улучшить коэффициент эффективности светового потока, следует обеспечить надлежащий теплоотвод. При надлежащем отводе тепла электрическая энергия будет больше преобразовываться в свет, и меньше иметь расход на тепловое излучение.

Монтаж светодиодов мощностью от 1 до 5 Вт осуществляется на алюминиевые платы, так называемые подложки. Они имеют несколько слоев для обеспечения электро-изоляции. Основой является алюминиевая или медная пластина, на которую нанесена изоляция (диэлектрик). Поверх изоляционного слоя проложены контактные дорожки, которые покрыты вторым слоем диэлектрика со слоем специального лака. Таким образом, диэлектрик обеспечивает надежную изоляцию, а также обладает высокой теплопроводностью.

Подложки бываю разных форм, и могут размещать разное количество светодиодов. Одной из популярных платформ для монтажа светодиодов является подложка «звезда». Она предназначена для монтажа одного светодиода.

Размещение светодиода на подложку выполняется с помощью пайки. В центр подложки необходимо нанести теплопроводящую пасту, а контакты припаять к контактным площадкам используя флюс и припой. Во время пайки важно не перегреть мощный светодиод, поэтому во избежание перегрева пайка выполняется подходами по 5-10 секунд.

Подложка выполняет диэлектрические функции и не является теплоотводом. Для хорошего отвода тепла используют радиатор для светодиода. Он состоит из основания и отведенных ребер для циркуляции тепловых масс. В зависимости от мощности светодиодного источника подбирается и радиатор. С расчетов на 1Вт, алюминиевый радиатор должен иметь площадь в 35 кв. см.

Сцепление светодиода с радиатором можно выполнить двумя способами:

• механический;
• с помощью термоклея.

Механический способ монтажа предусматривает крепления светодиода с помощью шурупов либо других крепежных элементов. В данном способе важно использовать термопасту. Необходимо определить место крепления светодиода, нанести небольшое количество термопасты на светодиод, и плотно прислонить его к поверхности радиатора.

Для того чтобы избежать возникновения пустот, необходимо плотно прижать светодиод к радиатору и выполнить амплитудные движения. Важно помнить, что толстый слой теплопроводящей пасты может негативно сказаться на теплообмене.

Монтаж с помощью термоклея является более быстрым и эффективным. Процедура нанесения термоклея такая же, как и теплопроводящей пасты. Высыхание клея длится от 10 до 20 минут в зависимости от площади нанесения.

Радиатор охлаждения сверхярких светодиодов обеспечивает надлежащий отток теплового сопротивления. В зависимости от среды размещения светодиодов используют пассивный и активный отвод тепла. Пассивное охлаждение предусматривает использование радиатора с ребрами, где осуществляется естественный отток тепловых масс. Активный теплоотвод формируется на радиаторе и вентиляторе. В данном охлаждении кулер ускоряет отток тепла.

Оптимальная температура для работы светодиода составляет до 65°С. Долговечность и яркость свечения светодиода напрямую зависит от балансировки температурных режимов. Качественные светодиоды более стойкие к перепадам тепловых показателей.

В интернет магазине Foton.ua можно приобрести не только сверхяркие светодиоды. В ассортименте представлены радиаторы для светодиодов, оптика для светодиодов, драйверы для светодиодов, а также все необходимое для качественной пайки (припой, паяльный флюс, канифоль, паяльные пасты). Широкий ассортимент продукции, представленный нашим магазином, дает возможность купить все необходимое в одном месте по низким ценам.

Технология отведения тепла от оборудования

В производственных процессах участвуют различные виды оборудования: это и обрабатывающие станки, и аппараты высокого давления, и ёмкости с химическими растворами, и нагревательные баки. Все они способны нагреваться, что негативно влияет и на обрабатываемые детали, и на рабочие органы, и на технологический процесс в целом. Но как отвести тепло от бака, который сам обеспечивает нагрев определённых систем? Или как отвести тепло от ёмкости, наполненной горячим продуктом? А также как отвести тепло от станка, в котором инструмент находится в постоянном движении? И охлаждение станков, и различных резервуаров выполняется при помощи специального теплообменного оборудования, которое сегодня активно применяется и в сельском хозяйстве, и в промышленности, и в быту. Такие аппараты нагревают или охлаждают воду, которая обеспечивает нагрев или охлаждение другой технической воды и растворов, циркулирует в замкнутых контурах горячего водоснабжения и отопительных системах, в системах вентиляции и кондиционирования, в испарителях и конденсаторах, в бассейнах и других производственных и бытовых системах. Вопрос о том, как отвести тепло от воды, разрешается путём применения чиллеров – специальных холодильных установок той или иной мощности и холодопроизводительности. Посредством компрессорного агрегата и испарителя в этой установке осуществляется охлаждение фреона, который через теплообменник охлаждает воду в отдельном резервуаре. Отсюда уже теплоноситель устремляется к охлаждаемому объекту, будь то ёмкость, ванна с раствором, нагревательный бак или обрабатывающий станок. Но для контроля температуры теплоносителя в конструкции чиллера предусмотрен и нагреватель воды, с помощью которого исключается переохлаждение жидкости, способное внести дисбаланс в производственный цикл. Для охлаждения резервуаров теплообменник обустраивают как внутри ёмкостей, так и вокруг них, в зависимости от того, открытая ли это ванна или закрытый бак. Охлаждение станка подразумевает как охлаждение движущихся частей, так и охлаждение системы смазки. В первом случае холодная вода может подаваться открыто прямо в зону резки или шлифовки. Во втором случае через систему смазки пропускают змеевик с охлаждённым теплоносителем нужной температуры. Компания Питер Холод уже давно работает в области теплообменного оборудования самого разного назначения. Мы реализуем современные качественные установки, отлично справляющиеся с поставленными задачами нагрева и охлаждения, производим установку их на объекте с полным монтажом сопутствующих трубопроводов, выполняем запуск, техническое обслуживание, инструктируем персонал по вопросам наладки и контроля.

ОТПРАВИТЬ ЗАЯВКУ-ЗАПРОС

ВОДОПОДГОТОВКА

• Умягчение воды
• Удаление примесей и газов

• Ремонт холодильной техники
• Монтаж и пусконаладка
• Сервисное обслуживание
• Расчет чиллера
• Расчет градирни

Телефон горячей линии. Бесплатно по России:

8 800 250-64-87
8 812 331-38-32

г. Санкт-Петербург, ул. Ворошилова, д. 2