Рассчитаем тепловой баланс и выберем вентилятор охлаждения шкафа по методике МЭК 60 890. После подготовки такой расчет займёт не больше минуты, конечно если все данные известны. Понадобится: рассеиваемая оборудованием мощность, габариты шкафа, температура окружающей среды и допустимая температура в шкафу.
Зачем вентилятор в НКУ
Вентилятор понадобится если в шкафу чувствительное оборудование, например — источник бесперебойного питания (ИБП). Аккумуляторные батареи, встроенные в ИБП, начинают кипеть во время заряда если температура выше 30°С. Конечно, срок службы батарей зависит и от других факторов, но если ИБП закрыть в герметичном шкафу, то срок их службы может сократиться до одного года. При повышении температуры в шкафу до 50°С появляется риск выхода из строя силовой части: перегреваются транзисторы, диоды, трансформаторы.
Активные компоненты — транзисторы выделяют тепло во время работы из-за чего их температура превышает температуру окружающей среды. Транзистор может нагреваться до 150°С, работая на пределе своих возможностей и распространяя выделенное тепло на соседние компоненты. Например, в преобразователе частоты, управляющем электродвигателем в 45 кВт, во время работы выделяется 1,3 кВт тепловой энергии. Если эту энергию не выводить за пределы шкафа, то сработает защита и преобразователь частоты остановит двигатель, останавливая и производство — работу крана, конвейера или насоса. Кроме того, срок службы самого преобразователя частоты и окружающих его компонентов сократится.
Силовые шины, автоматические выключатели, реле и другое оборудование так же выделяет тепло, но они обычно не требуют дополнительного охлаждения. Вентилятор — потенциальная точка отказа, поэтому профессиональные проектировщики НКУ создают условия при которых шкаф будет справляться с охлаждением без помощи вентиляторов. Избежать перегрева помогает расчёт теплового баланса — подбор необходимого режима работы силовых шин и организация естественной вентиляции шкафа.
Краткий расчёт
V=3,1Qv/ΔT
Для того что бы избежать ошибок при проектировании европейцы максимально упростили расчет теплового баланса и описали его в стандарте МЭК 60 890 (ранее МЭК 890). Стандарт подробно описывает методику расчета и подбора климатического оборудования, но мы будем рассматривать только подбор вентиляторов для того, чтобы максимально просто объяснить, как это сделать на практике.
Цель расчёта — получить «V», требуемый расход воздуха вентилятором в кубических метрах на час.
Ограничения — краткий расчет не учитывает способность шкафа рассеивать тепло без вентилятора. Это не критично если внутри стоит оборудование с большим тепловыделением, например — частотный преобразователь. Упрощение не занижает требуемый воздушный поток вентилятора, поэтому приемлемо.
Исходные данные
Ti, °C — Температура внутри оболочки
Te, °C — Температура наружного воздуха
ΔT, °C — Разность между температурой внутри оболочки и температурой наружного воздуха ΔT = (Ti – Te)
Qv, Вт — Тепловыделение оборудования, установленного в шкафу. Вычисляется как суммарное значение всех электроприборов, установленных в шкафу.
V, м3/ч — Необходимый объёмный расход фильтрующего вентилятора.
Например
Установим в шкаф частотный преобразователь 11 кВт — ATV212HD11N4, его рассеиваемая мощность по каталогу Qv = 430 Вт. Максимальная температура эксплуатации частотного преобразователя по каталогу 400С. Примем, что температура воздуха в помещении не поднимается выше 350С даже в летнее время.
ΔT = 400С — 350С = 50С
Вентиляторы подходят для охлаждения электрошкафа, если максимальная температура окружающего воздуха ниже требуемой температуры внутри оболочки не менее чем на 5 °C, а требуемая степень защиты шкафа не превышает IP55 — защита от пыли и струй воды. Что делать если ваше оборудование не подходит под эти требования мы опишем в конце статьи.
V = 3,1*430Вт / 50С = 266 м3*ч
Или по графику
Также зная Qv и ΔT мощность фильтрующего вентилятора можно определить с помощью диаграммы
Подробный расчёт
Помимо описанных ранее физических величин, необходимо определить эффективную поверхность теплообмена шкафа в зависимости от способа установки.
Для примера возьмем шкаф, установленный у стены
Высота: 1800 мм
Ширина: 600 мм
Глубина: 400 мм
Рассчитаем площадь поверхности шкафа, рассеивающей тепло в окружающую среду
S=1,4*0,6*(1,8+0,4)+1,8*0, 4*1,8=3.4 м2
Расчет производится в метрах, поэтому значения в миллиметрах нужно переводить в метры при подстановке размеров в формулу.
Необходимая мощность охлаждения
Qe=700-3.4*5,5*10=513 Вт
Мощность рассчитывается в ваттах, нужно не забыть перевести подставляемые значение из киловатт в ватты.
Воздушный поток
V=3.2*513/5=328 м3*ч
Выбор вентилятора
Производители вентиляторов обычно указывают не менее двух значений воздушного потока:
- Свободный воздушный поток — ситуация невозможная на практике, всегда что-то сдерживает воздушный поток вентилятора.
- Воздушный поток с одной выпускной решёткой такого же размера как вентилятор.
- Воздушный поток с выпускной решёткой большего размера.
- Воздушный поток с выпускной решёткой размера большего чем вентилятор.
В примере выше мы посчитали необходимый воздушный поток 164 м3/ч. Полученное при расчетах значение сравнивают со значением производительности воздушного потока вентилятора с выпускной решеткой, указанной в таблице быстрого выбора. В нашем случае оно соответствует вентилятору ID FS223F270 и выпускной решетке ID GS223.
При пограничном значении расчетной производительности и производительности выбираемого вентилятора стоит рассмотреть установку двух фильтров или одного фильтра следующего в модельном ряду типоразмера. Дальнейшее увеличение площади выходного фильтра существенной прибавки производительности не даёт.
Установка и подключение
Важно устанавливать вентиляторы в нижней части шкафа, а в верхней устанавливать выпускные решетки с фильтром. Это предотвращает образование теплых зон в верхней части шкафа. Для управления вентиляторами рекомендовано использовать термостаты. Это способствует повышению срока службы вентиляторов и обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии.
Что делать если вентилятор не подходит
Принудительная вентиляция не единственный способ для поддержания микроклимата в шкафах. В таблице, приведённой ниже, перечислены основные их них.
Добавим, что выбор необходимого метода поддержания микроклимата, остаётся за проектировщиками, которые с учётом всех вышеприведённых факторов, требуемой степени защиты IP и особенностей оборудования должны выбрать наиболее подходящий.
Источник: https://shop.idelectro.ru/blog/sovety/kak-podobrat-ventilyator-dlya-nku/