Расчеты способов охлаждения шкафов автоматики.

Если Вы читаете эту статью, то наверное не первый день знакомы со сферой промышленной автоматизацией,  АСКУЭ,  АИИСКУЭ,  энергетикой,  АСУ ТП, КИПа,  ПАЗ и РЗА,  встраиваемыми системами,  SCADA и смежными направлениями.  И так как вы являетесь специалистом в этой области, то мы опустим никому ненужную вводную часть и сразу перейдем к делу.

В своей статье мы хотим освятить такую важную тему, как климатика внутри электротехнического шкафа. Ведь помимо подбора оборудования в проект и пуско-наладки наступает период эксплуатации оборудования, 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, что бы понять какое устройство для создания климата поставить в шкаф, необходимо знать какие способы охлаждения вообще существуют.

Естественная конвекция

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

 – Тепловая энергия излучаемая во внешнюю среду с поверхности шкафа.

– Коэффициент теплоотдачи, зависит от материала:

Листовая сталь  – 5,5 

Пластмасса  – 3,5 

 – 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 шкафа.

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, являющиеся 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.

 – Разница температур воздуха снаружи/внутри шкафа.

В данном случае устройство охлаждения не требуется.

Принудительная вентиляция

Принудительная вентиляция происходит с помощью вентилятора с фильтром используется 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:

 – Воздушный поток, создаваемый вентилятором с фильтром.

 – Тепловая  энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающего установленного оборудования.

 – Разница температур воздуха снаружи/внутри шкафа.

Электротехнические напольные шкафы Elbox серии EMS имеют в линейке аксессуаров стенки для монтажа вентиляторов. Стенки предназначен для обеспечения климат-контроля путем установки вентиляторов и выпускных фильтров.  Уровень защиты сохраняется на уровне IP55. В нижнюю часть корпуса 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. 

 

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

Замкнутый контур охлаждения

Замкнутый контур охлаждения,  при котором внутренняя воздушная среда изолирована  от внешней и обеспечивает охлаждение и циркуляцию чистого воздуха внутри электротехнического шкафа, а температура внешней среды выше, чем необходимая внутри корпуса.  Такое активное охлаждение происходит при помощи кондиционеров и теплообменников.  При проектировании следует учитывать размер шкафа и температуру окружающей среды, используя диаграммы при расчетах.  Для расчета требуемой мощности охлаждения используется уравнение:

    

 – Холодопроизводительность кондиционера

 – Тепловая энергия образующая внутри шкафа за счет нагревания работающих электротехнического оборудования

– Теплоотдача через корпус электротехнического шкафа (не учитывая коэффициент изоляции)

 - Коэффициент теплоотдачи

 – Площадь поверхности электротехнического шкафа

 – Разница температур воздуха снаружи/внутри шкафа

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

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. Эти охлаждающие устройства предлагают уникальную безопасность для Вашего оборудования, которая реализуется с помощью запатентованной системы удаления конденсата и обеспечивает 100% защиту от образования конденсата. Отличаются простотой установки, мульти-контроллером с функцией энергосбережения и простотой обслуживания.  Аксессуар сохраняет уровень защиты на уровне IP54. Плюсом такого решения является значительная экономия места в электротехническом шкафу.  Крыша выполнена таким образом, что потолочные кондиционеры устанавливаются посередине шкафа.

Рис.3 Крыша для установки кондиционера

Исходя из выбранного способа вентиляции далее подбираются аксессуары. На основании 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 1 800 кг при равномерно распределенной статической нагрузке. 

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

Далее, используя различные аксессуары, можно на основании корпуса EMS, дополнив его стенками либо крышей, создать шкаф с климатикой.  При использовании монтажной шины EMS-RM-Х.23 с тремя поверхностями перфорации возможен монтаж в трех плоскостях, как  в горизонтальном и вертикальном так и торцевых плоскостях.  Распределенная нагрузочная  способность монтажных шин EMS-RM-23.23 до 40 кг, EMS-РRM-48.23 до 80 кг  и EMS-RM-73.23 до 180 кг.  Если необходимо создать 19” пространство внутри шкафа, то комплект юнитовых направляющих из 4 вертикальных направляющих и  4 поперечных кронштейнов с возможность регулировки по глубине шкафа поможет его организовать.

Большим плюсом является производство в зоне таможенного союза, что позволяет использовать оборудование Elbox в процессе импортозамещения.  Во-вторых, это цена, на которую не влияют курсы валют.

Торговая марта ELBOX является собственностью Производственной группа REMER (Россия), которой так же принадлежат  такие торговые марки как ЦМО, и REM.

Производственная группа REMER отметила своё пятнадцатилетие. За это время было разработано более тысячи изделий, приобретен неоценимый опыт, что позволяет успешно конкурировать с западными производителями.