Attache-k.ru

Мебель и Декор
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Самый простой расчёт охлаждения электрошкафа

Самый простой расчёт охлаждения электрошкафа.

Частый вопрос — как рассчитать охлаждение электрошкафа? С одной стороны — это комплексный вопрос, с другой, есть две простые формулы, которые позволяют определить необходимое охлаждение электрошкафа через расчёт изменения температуры.

Большинство электронных приборов и компонентов при своей работе выделяют избыточное тепло. Чем опасен перегрев — перегрев электронных компонентов приводит к их ускоренной деградации с последующим выходом из строя. Так как температура большинства электронных компонентов ограничена до 70°C, максимальная температура охлаждающего воздуха, окружающего преобразователь (температура окружающей среды) или подаваемого в него (охлаждающий воздух), ограничена до 50°C. Для некоторых типов устройств и приложений граница составляет 40°C. Стандартно эта информация указана в руководстве по эксплуатации и в технических параметрах устройств. Также отметим, что внутренняя переходная температура между электронными компонентами и радиатором приблизительно находится между 125°C и 150°C.

Как может быть реализовано охлаждения электрошкафа?

  • конвекционное охлаждение
  • принудительное воздушное охлаждение шкафа
  • принудительное воздушное охлаждение через вентиляционные каналы
  • жидкостное охлаждение
  • охлаждение с помощью теплообменников и кондиционеров

Какие данные необходимы для расчета охлаждения?

  • Выделяемая тепловая энергия при полной нагрузке
    (= температура окружающей среды внутри электрошкафа).
  • Максимальная температура воздуха вне электрошкафа или температура подаваемого в электрошкаф воздуха.
  • Данные расчетов изменения температуры.

Общая мощность тепловых потерь

Общая мощность тепловых потерь — это сумма всех потерь энергии в электрошкафу. Оно должно учитывать все находящиеся в электрошкафу устройства, излучающие тепло, к примеру, трансформаторы, дроссели, блоки питания, преобразователи со всеми принадлежностями и т. д.

Тепловые потери преобразователя

КПД преобразователя указывается равным 97% или 95% – 97%. Но эти данные относятся не к указанной в справочнике “мощности привода”, а к используемой преобразователем электроэнергии.

Например, преобразователь 7,5 кВт с двигателем 7,5 кВт отдает 7,5 кВт механической энергии на валу.

Но по физическим причинам возникают механические и электрические потери в силовой системе привода (преобразователь <-> двигатель <-> механика). Поэтому мощность преобразователя на 7,5 кВт механической мощности равна приблизительно от 9 до 10 кВт электрической (около 10-12 кВА).

Также, к сожалению, не всегда для каждого преобразователя или его опции доступны данные по тепловыделению.

Если данные отсутствуют, то за величину потерь при полной нагрузке преобразователя можно взять 6% от номинального значения в кВт.

Для нагрузок ниже полной могут использоваться пропорциональные полной нагрузке значения, но не ниже 25% от потерь при полной нагрузке.

У преобразователей низкой мощности (ниже 1 кВт) потери выше.
Потери у преобразователей со встроенными или без встроенных фильтров практически идентичны.

Тепловыделение от комплектующих

Преобразователи часто комплектуются входными или выходными дросселями. Тепловыделение этих компонентов также должны быть включены в общее тепловыделение электрошкафа (вместе с другим оборудованием).

И здесь тепловыделение для режима частичной нагрузки может быть рассчитаны заново, но уже не ниже 50%.

Если в электрошкафу установлены тормозные резисторы, то их тепловыделение (в зависимости от нагрузочного цикла) в обязательном порядке должно быть учтено в вычислениях! А лучший вариант вынести тормозные резисторы на крышу шкафа.

Для расчёта необходимо знать мощность потерь для всех компонентов электрошкафа:

  • Преобразователь
  • Входные и выходные дроссели
  • Синусные фильтры
  • Остальные компоненты электрошкафа.

Определение температуры в помещении и температуры охлаждающего воздуха

Важно определить температуру воздуха, поступающего в электрошкаф. Необходимо учитывать время года, инсоляцию и другое оборудование. Значения температуры на большой производстве, на котором в летний период работает всё оборудование, могут кардинально отличаться от таковых в зимний период.

Собственно необходимо рассчитать прирост температуры.

Для расчета прироста температуры в электрошкафу можно использовать две простые формулы.

Формула для шкафа с конвекционным охлаждением (естественное охлаждение)

Если внешний воздух в электрошкаф не подается и если охлаждающий вентилятор для воздухообмена в электрошкафу не установлен, то прирост температуры может быть рассчитан из общей мощности тепловыделения излучаемой в электрошкафу и облучаемой поверхности электрошкафа следующим образом:

Формула для определения прироста температуры

Использую температуру прироста — получаем формулу сравнения для определения достаточности охлаждения.

Читайте так же:
Двери шкафа купе задевают друг друга

Формула сравнения с предельной температурой для оборудования

Важно: при расчёте площади облучаемой поверхности электрошкафа, учитываются площади боковых поверхностей и лицевая сторона, дно и задняя стенка шкафа обычно не учитываются.

Общее тепловыделение в электрошкафу составляет 300 Вт, облучаемая поверхность электрошкафа составляет 4 м², ожидаемый прирост температуры внутри электрошкафа — 13,6°C.

Если же наружная температура составляет 40°C ("наихудший случай"), то температуры в электрошкафу может возрасти до 53,6°C, что является слишком высокой величиной для большинства электронных устройств. Поэтому здесь необходимо выбрать другое решение с вентиляцией.

Формула для электрошкафа с принудительным воздушным охлаждением

Если охлаждение электрошкафа осуществляется с помощью принудительной вентиляции, то прирост температуры в электрошкафу может быть вычислен по следующей формуле:

В примере выше, если электрошкаф оснащен небольшим вентилятором (например, как используемый на MM4 — FSC 3,28 м³/мин), прирост температуры составляет 4,8°C.

При наружной температуре в 40°C температура в электрошкафу увеличивается максимально до 44,8°C. Это вполне приемлемо.

Важно помнить, что при принудительном охлаждении в электрошкаф попадает пыль и другие загрязнения. Поэтому если установлен вентилятор, то это всегда предполагает необходимость проведения более частого технического обслуживания, включая очистку/или замену фильтров.

Следует отметить, что производительность часто указывает в куб.футах в минуту (cfm). Для пересчета в куб. м в минуту (м³/мин) можно использовать следующий коэффициент:

м³/мин = cfm * 0,0283

Условия с высокими тепловыми потерями

Если описанные выше методы не обеспечивают требуемого охлаждения, то можно оборудовать отдельный вентиляционный канал к преобразователю или в целом к электрошкафу. Также существует возможность установки кондиционера и теплообменника в электрошкаф.

На рисунке синим показан воздуховод, для случая использования вентиляторов ПЧ.

Подаваемый наружный воздух является хорошим решением, особенно тогда, когда требуются большие объемы воздуха. Так, к примеру, преобразователю на 90 кВт требуется 13,5 м³/мин при максимальной температуре в 40°C. Также необходимо обеспечить оптимальное прохождение воздуха через электрошкаф;

Например, отдельный подвод воздуха непосредственно на преобразователь или целенаправленный отвод отработанного воздуха. Этот способ снижает нагрев других устройств в электрошкафу.

Обратите внимание, что на картинке показан именно подвод и отвод воздуха от преобразователя частоты.

Если соответствующие меры не принимаются, то вентилятор преобразователя просто “гоняет” воздух в электрошкафу, что вызывает резкий прирост температуры

Для мощных преобразователей от 110 кВт и более настоятельно рекомендуется использовать воздуховоды или разделительный воздушный барьер в электрошкафу.

Разделительный воздушный барьер

Разделительный воздушный барьер

Разделительный воздушный барьер — важный элемент при вентиляции электрошкафа с преобразователем, особенно если используются собственные вентиляторы преобразователя частоты в качестве основной системы вентиляции. К сожалению, часто разделительный воздушный барьер удаляют из шкафа по непонятным причинам, что приводит к повышенной внутренней циркуляции воздуха и перегреву преобразователей частоты. Здесь важно обратить внимание: что мощные преобразователи вырабатывают изрядное избыточное тепло. Работа с постоянной повышенной температурой приводит к преждевременной деградации силовых IGBT транзисторов и значительно снижает срок службы преобразователей частоты.

Использование кондиционера

Для охлаждения внутри электрошкафа можно использовать кондиционеры. От поставщиков такого оборудования необходимо получить данные по утилизации тепловой мощности, но расчеты по излучению энергии внутри электрошкафа необходимо выполнить самостоятельно. Кроме этого, необходимо проявлять осторожность при включении системы после отключения или ТО, т.к. последующее понижение температуры может привести к образованию конденсата в электрошкафу.

Отправьте заявку и получите очень выгодное коммерческое предложение по оборудованию Siemens
в течение 4 часов

Отправьте заявку и получите коммерческое предложение по оборудованию Siemens

Дистрибьютор Siemens

Value Added Reseller партнер Siemens

Лидер продаж 2020

Лидер продаж 2019

Платиновый дистрибьютор 2019

Золотой Лидер 2019

по направлениям PA и PI/CI
(КИПиА, SimaticNet и S7-400)

Бронзовый партнер 2019

Лидер продаж 2018
Лидер продаж. 2018

Платиновый дистрибьютор Siemens 2018 по направлению GMC
Платиновый дистрибьютор Siemens 2018 по направлению GMC

Лидер продаж пускорегулирующей аппаратуры 2018

Лидер продаж по направлению General Motion Control
Лидер продаж по направлению General Motion Control

Лидер продаж 2017
Лидер продаж. 2017

Платиновый Дистрибьютор Siemens 2017 по направлению GMC
Платиновый Дистрибьютор Siemens 2017 по направлению GMC

Платиновый Дистрибьютор Siemens

Лидер продаж
Лидер продаж. 2016

Платиновый Дистрибьютор Siemens 2016 по направлению GMC

Лидер продаж
За развитие электронного бизнеса. 2016

Лидер продаж
Лидер продаж пускорегулирующей аппаратуры. 2016

Лидер продаж 2015

Лидер продаж 2014

Дистрибьютор года 2014

Лидер продаж НКА в 2013 году

© ПРОМЭНЕРГО АВТОМАТИКА, 2001—2021. Все права защищены законодательством РФ.
Не допускается полное или частичное копирование материалов данного сайта без письменного разрешения владельца.

Мы в Инстаграм:
Instagram
Все самое свежее о семинарах, обучениях, web-тренингах и новостях из мира АСУТП

Выбор способа охлаждения электротехнического шкафа

Для того чтобы оборудование в электротехническом шкафу не выходило из строя, необходимо поддерживать определенную температуру и влажность. Для охлаждения и борьбы с конденсатом применяются разные методы, которые выбираются в зависимости от условий эксплуатации. В статье приведены расчеты, на которые следует опираться при выборе метода охлаждения, и показано, что на базе электротехнического шкафа EMS торговой марки Elbox можно собрать решение с любым способом вентиляции.

Читайте так же:
Как скрафтить шкаф в антюрнед

Remer_Elbox.png

Специалисты, работающие с техническим оборудованием, знают, насколько важен правильный климат-контроль внутри электротехнического шкафа. Ведь после подбора оборудования для реализации проекта, после его пусконаладки наступает период эксплуатации, который должен протекать многие годы. Но такие факторы, как суточные колебания температуры внутри металлических шкафов, влажность, конденсат, а в последующем и коррозия, могут значительно сократить жизнь оборудования.

Для того чтобы понять, какое устройство для создания климата поставить в шкаф, необходимо знать, какие способы охлаждения существуют.

Естественная конвекция

Если температура снаружи электротехнического шкафа ниже температуры внутри, то отдача тепла во внешнюю среду происходит через поверхность шкафа. Этот способ эффективен при условии, если наружная температура ниже требуемой температуры внутри шкафа на 25 градусов. При расчете уровня тепла, излучаемого электротехническим шкафом, можно использовать простое уравнение:

где Ps [ватт] – тепловая энергия, излучаемая во внешнюю среду с поверхности шкафа;
k [Вт/м²К] – коэффициент теплоотдачи, который зависит от материала (листовая сталь – 5,5 Вт/м²К, пластмасса – 3,5 Вт/м²К);
А [м²] – площадь поверхности электротехнического шкафа.

Следует отметить, что в формуле берется эффективная площадь теплообмена шкафа и что способ установки шкафа (свободно стоящий, у стены, в нише) радикально влияет на теплообмен.

В области систем микроклимата для шкафов действуют несколько стандартов: IEC 60 890 (ранее МЭК 890), EN 60 814, DIN 57660 часть 500, VDE 0660 часть 500. Все они являются по сути одной и той же нормой, принятой разными институтами.

Стандартом предусмотрена классификация типов установки шкафов и указана формула для расчета эффективной площади теплообмена А для каждого случая:
— один шкаф, свободно стоящий: A = 1,8 · H · (W + D) + 1,4 · W · D;
— один шкаф, монтируемый на стену: A = 1,4 · W · (H + D) + 1,8 · D · H;
— крайний шкаф свободно стоящего ряда: A = 1,4 · D · (H + W) + 1,8 · W · H;
— крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену: A = 1,4 · H · (W + D) + 1,4 · W · D;
— не крайний шкаф свободно стоящего ряда: A = 1,8 · W · H + 1,4 · W · D + D · H;
— не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену: A = 1,4 · W · (H + D) + D · H;
— не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену под козырьком: A = 1,4 · W · H + 0,7 · W · D + D · H,
где W – ширина шкафа, м; H – высота шкафа, м; D – глубина шкафа, м.
∆T [К] – разница температур воздуха снаружи/внутри шкафа.
В данном случае устройство охлаждения не требуется.

Принудительная вентиляция

При данном методе охлаждение осуществляется с помощью вентилятора с фильтром. Принудительная вентиляция применяется в чистых помещениях с приемлемым колебанием температур, если требуемая температура внутри шкафа превышает температуру окружающей среды на 10 градусов. Для расчета необходимого потока воздуха используется уравнение:

Formula.png

где V [м³/ч] – воздушный поток, создаваемый вентилятором с фильтром;
Pv [ватт] – тепловая энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающего установленного оборудования;
∆T [К] – разница температур воздуха снаружи и внутри шкафа.

Электротехнические напольные шкафы Elbox серии EMS имеют в линейке аксессуаров стенки для монтажа вентиляторов PF, произведенные фирмой Pfannenberg EMS-WF. Стенки предназначены для обеспечения климат-контроля путем установки вентиляторов и выпускных фильтров. При этом сохраняется степень защиты корпуса IP55. В нижнюю часть стенки шкафа устанавливается вентилятор, в верхнюю – фильтр, который имеет одинаковый дизайн с вентилятором. Крепление вентилятора и фильтра производится методом защелкивания и не требует дополнительных крепежных элементов.

Ris.1.png

Рис. 1. Стенки EMS-WF c установленными вентилятором и фильтром

Замкнутый контур охлаждения

При замкнутом контуре охлаждения внутренняя воздушная среда изолирована от внешней, благодаря чему обеспечивается охлаждение и циркуляция чистого воздуха внутри электротехнического шкафа, а температура внешней среды превышает необходимую температуру внутри корпуса. Такое активное охлаждение осуществляется с помощью кондиционеров и теплообменников. При проектировании следует учитывать размер шкафа и температуру окружающей среды, используя диаграммы в расчетах. Требуемая мощность охлаждения вычисляется по уравнению:

Читайте так же:
Духовой шкаф выключается во время работы

где Pк [ватт] – холодопроизводительность кондиционера;

Pv [ватт] – тепловая энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающего электротехнического оборудования;
Pr [ватт] – теплоотдача через корпус электротехнического шкафа (не учитывая коэффициент изоляции).

где k [Вт/м²К] – коэффициент теплоотдачи;

А [м²] – площадь поверхности электротехнического шкафа;

∆T [К] – разница температур воздуха снаружи и внутри шкафа.

Для определения мощности требуемого кондиционера необходимо использовать кривую производительности (рис. 2). Холодопроизводительность должна примерно на 10 % превышать величину тепловых потерь от установленных компонентов.

Ris.2.png

Рис. 2. Кривая производительности для определения мощности кондиционера

Российский производитель электротехнических шкафов Elbox вывел на рынок аксессуар для линейки напольных электротехнических шкафов EMS – крышу для монтажа кондиционера DTT, выпущенного немецкой компанией Pfannenberg EMS-RC. Это охлаждающее устройство надежно предохраняет оборудование от образования капель воды благодаря запатентованной сверхнадежной системе удаления конденсата. Кондиционеры отличаются простотой установки, снабжены мультиконтроллером и легко обслуживаются. Крыша для монтажа кондиционера обеспечивает степень защиты корпуса IP54. Плюсом такого решения является значительная экономия места в электротехническом шкафу. Крыша выполнена таким образом, что потолочные кондиционеры устанавливаются посередине шкафа.

Ris.3.png

Рис. 3. Крыша для установки кондиционера DTT EMS-RC

После того как выбран оптимальный способ вентиляции, подбираются соответствующие аксессуары. На базе электротехнического шкафа EMS торговой марки Elbox можно собрать решение с любым необходимым способом вентиляции.

Линейный электротехнический шкаф серии EMS – флагман торговой марки Elbox. Основу конструкции шкафа составляет инновационный сложный профиль МS. Несущая нагрузочная способность каркаса составляет 1800 кг при равномерно распределенной статической нагрузке.

Ris.4.png

Рис. 4. Шкаф EMS в стандартной комплектации

Монтажная панель выполнена из оцинкованной листовой стали толщиной 3,0 мм, имеет двойную окантовку, что повышает несущую нагрузочную способность, которая составляет 600 кг/м².

Ris.5.png

Рис. 5. MS – сложный профиль шкафа EMS

На базе корпуса EMS, дополненного стенками или крышей, с помощью различных аксессуаров создается шкаф с климатикой. При использовании монтажной шины EMS-RV-Х.23 с тремя поверхностями перфорации возможен монтаж в трех плоскостях: горизонтальной, вертикальной и с торца. Распределенная нагрузочная способность монтажных шин EMS-RV‑23.23 достигает 40 кг, EMS-РRV‑48.23 – 80 кг и EMS-RV‑73.23 – 180 кг. Если необходимо создать 19‑дюймовое пространство внутри шкафа, то комплект юнитовых направляющих из 4 вертикальных направляющих и 4 поперечных кронштейнов с возможностью регулировки по глубине шкафа поможет его организовать.

Большим плюсом является производство в зоне Таможенного союза, что позволяет использовать оборудование Elbox в процессе импортозамещения. Еще один плюс – цена, на которую не влияют курсы валют.

Торговая марта Elbox является собственностью производственной группы REMER (Россия), которой также принадлежат такие торговые марки, как ЦМО и Rem.

В этом году производственная группа REMER отмечает свое пятнадцатилетие. За это время было разработано более тысячи изделий, приобретен неоценимый опыт, что позволяет компании успешно конкурировать с западными производителями.

Расчет теплового баланса в электротехническом шкафу

Расчет теплового баланса в электротехническом шкафу17.07.2017

Для продолжительной и бесперебойной работы электронного оборудования внутри электротехнического шкафа следует обеспечить надлежащий микроклимат внутри него, то есть постоянно поддерживать тепловой баланс.

Учитывая возможные расходы электроэнергии по поддержанию климата, температура воздуха в +35 о С будет идеальным значением для устройств внутри шкафа. Ниже рассмотрим расчет мощности климатического оборудования, в том числе и на типичных примерах.

Общее уравнение для расчета баланса температуры выглядит так:

Pk = PvPr [Ватт], где

Pk [Ватт] — мощность устройства охлаждения/нагрева.

Pv [Ватт] — потеря тепла от рассеивания.

Pr [Ватт] — теплоизлучение/теплоотдача.

Потеря тепла от рассеивания — тепловая энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающих приборов.

Чтобы узнать данную величину, следует заглянуть в технические характеристики установленного оборудования, в некоторых из них дано значение тепловых потерь. Для остальных устройств следует принять потери, составляющие примерно 10% от общей мощности потребления (её также можно найти в технических характеристиках). Нужно знать КПД и степень нагрузки для более точного расчета тепловой потери отдельного электротехнического компонента.

Читайте так же:
Как достать встроенный духовой шкаф

К примеру, если КПД частотного преобразователя составляет 95%, то условно 5% от его мощности потребления уходит на нагрев. Если же во время работы этот преобразователь работает на 70% от своего номинала, то мощность его тепловых потерь составит

70 · 5 / 100 % = 3,5 %

Таким образом, тепловая мощность шкафа будет равна сумме тепловых потерь всех устройств установленных в нём.

Теплоизлучение/телоотдача — теплоотдача через корпус электротехнического шкафа (не учитывая коэффициент изоляции). Теплоотдача шкафа рассчитывается по формуле ниже и измеряется в Ваттах:

Pr = k · A · ∆T [Ватт], где

k [Вт/м 2 K] — коэффициент теплоотдачи.

A [м 2 ] — эффективная площадь электротехнического шкафа.

∆T [K] — разница температур воздуха внутри и снаружи шкафа.

Коэффициент теплоотдачи — мощность излучения на 1 м2 площади поверхности. Является постоянной величиной и зависит от материала:

Коэффициент теплоотдачи

Эффективная площадь поверхности электрошкафа измеряется в соответствии со спецификациями VDE 0660, часть 500. Расчет зависит от расположения шкафа:

Один шкаф, свободно стоящий A = 1,8·H · (W + D) + 1,4 · W · D

Один шкаф, монтируемый на стену A = 1,4 · W · (H + D) + 1,8 · D · H

Крайний шкаф свободно стоящего ряда A = 1,4 · D · (H + W) + 1,8 · W · H

Крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену A = 1,4 · H · (W + D) + 1,4 · W · D

Не крайний шкаф свободно стоящего ряда A = 1,8 · W · H + 1,4 · W · D + D · H

Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену A = 1,4 · W · (H + D) + D · H

Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену, под козырьком A = 1,4 · W · H + 0,7 · W · D + D · H

где W — ширина шкафа, H — высота шкафа, D — глубина шкафа, измеряемые в метрах.

Разницу температур воздуха внутри и снаружи шкафа принято измерять в градусах Кельвина (разница температур в Кельвинах равна разнице температур в Цельсиях).

Разницу находят, вычитая из температуры внутри шкафа температуру окружающей среды:

∆T = Ti – Ta, где

Ti — температуры внутри шкафа.

Ta — температура окружающей среды.

Если температура окружающей среды отрицательная, к примеру, Ta = -10 о С, а требуемая внутри шкафа Ti = +35 о С, то

∆T = 35 — (-10) = 35 + 10 = 45 о K

Подставив в общее уравнение формулу по определению теплоотдачи шкафа, общее уравнение теплового баланса примет вид:

Pk = Pv – k · A · ∆T [Ватт]

Положительная величина полученной мощности указывает на то, что следует применять охлаждение, а отрицательная — нагрев.

РАССМОТРИМ ПРИМЕР:

Необходимо установить тепловой баланс отдельно стоящего электрошкафа с размерами 2000x800x600мм, изготовленного из стали, имеющего степень защиты не ниже IP54. Потери тепловой энергии всех компонентов в шкафу составляют Pv = 550 Вт.

В разное время года температура внешней среды может значительно меняться, поэтому рассмотрим два случая.

Рассчитаем поддержание температуры внутри шкафа Ti = +35 о С при внешней температуре

в зимний период: Ta = -30 о С

в летний период: Ta = +40 о С

1. Рассчитаем эффективную площадь электрошкафа.

Поскольку площадь измеряется в м 2 , то его размеры следует перевести в метры.

A = 1,8·H · (W + D) + 1,4 · W · D = 1,8 · 2000/1000 · (800 + 600)/1000 + 1,4 · 800/1000 · 600/1000 = 5,712 м 2

в зимний период: ∆T = Ti – Ta = 35 – (-30) = 65 о K

в летний период: ∆T = Ti – Ta = 35 – 40 = -5 о K

в зимний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 550 – 5.5 · 5.712 · 65 = -1492 Вт.

в летний период: Pk = Pv – k · A · ∆T = 550 – 5.5 · 5.712 · (-5) = 707 Вт.

Для надежной работы устройств по поддержанию климата, их обычно «недогружают» по мощности около 10%, поэтому к расчетам добавляют порядка 10%.

Таким образом, для достижения теплового баланса в зимний период следует использовать нагреватель с мощностью 1600 — 1650 Вт (при условии постоянной работы оборудования внутри шкафа). В тёплый же период следует отводить тепло мощностью порядка 750-770 Вт.

Читайте так же:
Дверь шкафа не закрывается

Нагрев можно осуществлять, комбинируя несколько нагревателей, главное набрать в сумме нужную мощность нагрева. Предпочтительнее брать нагреватели с вентилятором, так как они обеспечивают лучшее распределения тепла внутри шкафа за счет принудительной конвекции. Для управления работой нагревателей применяются термостаты с нормально замкнутым контактом, настроенные на температуру срабатывания равную температуре поддержания внутри шкафа.

Для охлаждения применяются различные устройства: вентиляторы с фильтром, теплообменники воздух/воздух, кондиционеры, работающие по принципу теплового насоса, теплообменники воздух/вода, чиллеры. Конкретное применение того или иного устройства обусловлено различными факторами: разницей температур ∆T, требуемой степенью защиты IP и т.д.

В нашем примере в тёплый период ∆T = Ti – Ta = 35 – 40 = -5 о K. Мы получили отрицательную разницу температур, а это значит, что применить вентиляторы с фильтром не представляется возможным. Для использования вентиляторов с фильтром и теплообменников воздух/воздух необходимо, чтобы ∆T была больше или равна 5 о K. То есть чтобы температура окружающей среды была ниже требуемой в шкафу не менее чем на 5 о K (разница температур в Кельвинах равна разнице температур в Цельсиях).

РАССМОТРИМ ДРУГОЙ ПРИМЕР:

Необходимо с помощью расчетов подобрать устройства поддержания микроклимата в шкафу, установленном в помещении. Шкаф изготовлен из стали, степень защиты не ниже IP54, его габариты 2000x800x600мм. Потери тепловой энергии всех приборов известны и составляют Pv = 550 Вт.

Требуется обеспечить внутреннюю температуру в холодный период не ниже Ti = +15 о С, а в летний – не выше Ti = +35 о С.

Внешняя температура равна: в зимний период Ta = 0 о С, в летний период Ta = +30 о С.

Тепловой расчет шкафа автоматики

Выделение тепловой энергии, или же влияние внешней среды, требует установки внутри электротехнического шкафа агрегатов теплообмена. Так, для повышения температуры используют нагреватель воздуха, а для охлаждения или отвода тепла есть большое разнообразие устройств (вентилятор, кондиционер и т.д.).

Калькулятор теплового баланса шкафа

Этап 1 . Определим площадь поверхности теплообмена.

Поверхность шкафа взаимодействует с окружающей средой, температура которой отлична от температуры внутри шкафа. В свою очередь, площадь поверхности теплообмена (параметр А) зависит от расположения, смотри таблицу 1.

Таблица 1 – Формулы поверхности теплообмена

Отдельно стоящий шкаф

Смонтирован на стене

Крайний шкаф, стоящий в ряде

Крайний шкаф в ряде, смонтирован на стене

Не крайний шкаф, стоящий в ряде

Не крайний шкаф в ряде, смонтирован на стене

Не крайний шкаф в ряде, смонтирован на стене, находящийся под козырьком

где W,H,D – ширина, высота, глубина, соответственно (м).

Этап 2 . Рассчитаем тепловые потери, выделяемые оборудованием внутри шкафа

Для данной процедуры необходимо заглянуть в технические характеристики установленного электротехнического оборудования, в некоторых из них дано значение тепловых потерь. Для остального оборудования следует принять потери, равными 10% от общей мощности, которую мы также найдем в технических характеристиках. Таким образом, тепловая мощность шкафа будет равна сумме всех тепловых потерь.

Qv — тепловая мощность

Этап 3 . Необходимая мощность охлаждения или мощность обогрева

В зависимости от внешних условий нам нужно нагревать или охлаждать воздух.

Ti — температура внутри шкафа
Ta — температура окружающей среды

Мощность охлаждения (обогрева) рассчитывается по следующей формуле:

где k – коэффициент теплопередачи, который для пластика составляет 3,5; для листовой стали 5,5; а для шкафов с двойными стенками 2,7-3.

Если значение Q мы получили отрицательное, значит необходимо установить нагреватель воздуха, а при положительном значении — холодильный агрегат ( выбор вентилятора ).

Пример расчета

Необходимо установить тепловой баланс отдельно стоящего электротехнического шкафа WxHxD которого 0,8x2x0,4 м. Потери тепловой энергии составляют Qv=132 Вт. Рассмотрим случай, когда в разное время года температура внешней среды может значительно меняться. Например,

зимой: Ti — +10 градусов Цельсия, Ta — -15 градусов Цельсия

летом: Ti — +30 градусов Цельсия, Ta — +40 градусов Цельсия

Q 01 — требуется обогрев электротехнического шкафа, то есть установить нагреватель воздуха.

Q 02 — требуется установка вентилятора или другого холодильного агрегата.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector