Тепловой расчет электрошкафа

Тепловой расчет электрошкафа

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 Q_v=132 Вт. Рассмотрим случай, когда в разное время года температура внешней среды может значительно меняться. Например,

зимой: T_i — +10 градусов Цельсия, T_a — -15 градусов Цельсия

летом: T_i — +30 градусов Цельсия, T_a — +40 градусов Цельсия

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

Q _{02 —} требуется установка вентилятора или другого холодильного агрегата.

Поддержание климата в шкафах автоматики. Тепловой расчет шкафа (Калькулятор)

В современном мире развивающейся автоматизации постоянно стоит вопрос — как продлить срок службы используемого оборудования, чтобы оно работало без сбоев и не вышло из строя раньше времени. Оптимальным решением этой задачи является монтаж оборудования в шкаф управления, ведь основная функция шкафа — это защита установленных приборов от влияния окружающей среды: воды, влаги, пыли и так далее. Правильно подобранный шкаф позволяет защитить оборудование от внешних негативных воздействий.

Расчет температуры обогрева и охлаждения шкафа управления

Однако внутри шкафа также присутствуют факторы, отрицательно влияющие на оборудование. Одним из таких факторов является избыточное тепло. Перегрев довольно частая причина выхода из строя различных устройств. Самым распространенным способом охлаждения оборудования является конвекция — охлаждение потоком воздуха. В этом случае вентиляторы служат наиболее простым и экономным средством отвода тепла.

Другим негативно влияющим фактором внутри шкафа выступает холод. Во-первых, большинство оборудования не рассчитано на работу при сильных морозах, поэтому при установке шкафа в неотапливаемом помещении или на улице, и эксплуатации в зимнее время, необходимо устанавливать в шкаф дополнительный обогрев. Во-вторых, холод создает условие для образования конденсата, а это еще один фактор, который способствует выходу оборудования из строя. Существует так называемая точка росы, это температура, ниже которой при определенной влажности воздуха на поверхности образуется конденсат. Чтобы избежать выпадения конденсата на стенках внутри шкафа автоматики, в шкафу необходимо поддерживать температуру выше точки росы. В Таблице 1 представлены значения точки росы для различных показаний окружающей температуры и влажности воздуха. Использование обогревателей в этих случаях позволит избежать такой проблемы.

Таблица 1 — Точка росы

Относительная влажность среды, %	Температура окружающей среды, °C
	20	25	30	35	40	45	50	55
40	6	11	15	19	24	28	33	37
50	9	14	19	23	28	32	37	41
60	12	17	21	26	31	36	40	45
70	14	19	24	29	34	38	43	48
80	16	21	26	31	36	41	46	51
90	18	23	28	33	38	43	48	53
100	20	25	30	35	40	45	50	55

Чтобы нейтрализовать все эти факторы и обеспечить долгую службу оборудования, установленного в шкафу, необходимо корректно рассчитать и подобрать комплектующие для поддержания климата внутри шкафа, при этом следует учитывать ряд важных моментов.

Для начала необходимо определить размеры шкафа управления и место его установки. Эти данные необходимы для вычисления эффективной поверхности теплообмена, поверхности, которая может рассеивать тепло в окружающую атмосферу. Чем больше размер шкафа, тем большее количество тепла будет рассеиваться с его поверхности. Соответственно, если необходимо охлаждать автоматику в таком шкафу, нам потребуется меньший объем воздуха, чем если бы мы установили то же самое оборудование в более компактный шкаф. А с обогревом возникает обратная ситуация, обогреть компактный шкаф, проще чем большой. Рассчитать эффективную поверхность теплообмена можно по формулам, приведенным в Таблице 2. Данные формулы взяты из стандарта МЭК 60890, этот документ содержит методику расчета теплообмена при помощи конвекции и естественной вентиляции.

Таблица 2 — Эффективная поверхность теплообмена

Место установки шкафа	Формула расчета
Отдельно стоящий шкаф	A = 1,8 · В · (Ш + Г) + 1,4 · Ш · Г
Шкаф смонтирован на стене	A = 1,4 · Ш · (В + Г) + 1,8 · Г · В
Крайний шкаф, стоящий в ряде	A = 1,4 · Г · (В + Г) + 1,8 · Ш · В
Крайний шкаф, смонтирован на стене	A = 1,4 · В · (Ш + Г) + 1,4 · Ш · Г
Средний шкаф, стоящий в ряде	A = 1,8 · Ш · В + 1,4 · Ш · Г + Г · В
Средний шкаф, смонтирован на стене	A = 1,4 · Ш · (В + Г) + Г · В
Средний шкаф, смонтирован на стене, под козырьком	A = 1,4 · Ш · В + 0,7 · Ш · Г + Г · В

На теплоотвод влияет место установки шкафа. Так, отдельно стоящий шкаф отдает больше тепла в окружающую атмосферу, чем шкаф смонтированный на стене или установленный в один ряд с другими шкафами. Еще одним параметром, влияющим на теплоотвод, является плотность теплового потока, она зависит от константы воздуха. Простыми словами, это скорость, с которой шкаф рассеивает тепло. Этот параметр зависит от атмосферного давления, чем ниже давление, тем хуже рассеивается тепло. А атмосферное давление, в свою очередь, зависит от высоты над уровнем моря. Соответственно, получаем такую зависимость: плотность теплового потока обратно пропорциональна высоте над уровнем моря. Чем выше над уровнем моря установлен шкаф, тем хуже он будет рассеивать тепло. Для средней полосы России высота над уровнем моря составляет 170 метров, и константа воздуха для этого региона будет равна 3,2 м 3 К/Втч.

Помимо размеров и места установки необходимо учитывать из какого материала изготовлен шкаф. Разный материал имеет разный коэффициент теплоотдачи. Этот параметр показывает какое количество теплоты в единицу времени переходит от более нагретого теплоносителя к менее нагретому через 1м 2 эффективной поверхности теплообмена. Например, листовая крашеная сталь имеет коэффициент 5,5 Вт/м 2 К, у нержавеющей стали он равен 4,5 Вт/м 2 К, а коэффициент алюминия равен 12 Вт/м 2 К. Если мы возьмем два шкафа одинакового размера, но из разного материала — один из алюминия, второй из стали, то проще будет охладить шкаф из алюминия, так как он имеет больший коэффициент теплоотдачи и через его поверхность будет рассеиваться большее количество тепла, чем с поверхности стального шкафа.

Одним из основных пунктов при выборе шкафа и комплектующих для поддержания климата является само оборудование, которое будет установлено в наш шкаф. Если внутри шкафа смонтированы приборы, выделяющие большое количество тепла: частотники, блоки питания, трансформаторы или другие подобные устройства, то в этом случае нужно обязательно провести расчет и определить требования по дополнительному охлаждению или обогреву шкафа.

Расчет температуры внутри шкафа осуществляется по формуле:

где:
T_r – температура внутри шкафа;
Q_v – тепловыделение установленного оборудования;
k – коэффициент теплоотдачи;
A – эффективная поверхность теплообмена;
T_u – окружающая температура.

Если тепловыделение установленного оборудования неизвестно, его можно самостоятельно посчитать. Данные для расчета тепловыделения различных устройств приведены в Таблице 3.

Таблица 3 — Тепловыделение различного оборудования

Устройство	Формула для расчета	Описание расчета
Преобразователи частоты	Qпч = Q · 0,05	Суммарная мощность всех ПЧ умножить на 0,05
Блоки питания	Qбп = Q · 0,1	Суммарная мощность всех БП умножить на 0,1
Автоматы	Qа = I · 0,2	Суммарный ток всех автоматов умножить на 0,2Вт/А
Пускатели	Qп = I · 0,4	Суммарный ток всех пускателей умножить на 0,4Вт/А
Трансформаторы	Qт = Q · 0,1	Суммарная мощность всех трансформаторов умножить на 0,1
Твердотельные реле	Qр = I · 1,2	Суммарный ток всех нагрузок по каждой фазе умножить на 1,2

Из этих данных рассчитывается тепловыделение Qv (Вт) внутри шкафа, результат суммируется Q_v = Q_пч + Q_бп + Q_а + Q_п + Q_т + Q_р.

После проведения данного расчета станет известна температура внутри шкафа, это позволит определить дальнейшие действия. Если расчетная температура ниже необходимой температуры (Tu P n = A ⋅ k ⋅ ( T u − T i ) P_n=A cdot k cdot (T_u-T_i)

где:
P_n – необходимая мощность обогрева;
A – эффективная поверхность теплообмена;
k – коэффициент теплоотдачи;
T_u – окружающая температура;
T_i – необходимая температура.

Если расчетная температура выше необходимой температуры (Tu > Ti), то нам потребуется дополнительно охлаждение. Так как охлаждение происходит при помощи обдува, следует помнить, что вентилятор не сможет охладить шкаф ниже окружающей температуры, это физически невозможно.

Расчет необходимого для охлаждения объема воздуха в шкафу производится по формуле:

где:
B – необходимый объем воздуха;
Q_v – тепловыделение установленного оборудования;
f – константа воздуха (для средней полосы России равна 3,2 м 3 К/Втч);
T_u – окружающая температура;
T_i – необходимая температура.

При использовании данных расчетов следует помнить, что на вентиляторах и решетках установлен защитный фильтр и он имеет свойство засоряться, особенно если в воздухе присутствует пыль. Как правило, на большинстве производств чистота воздуха не идеальна. При засорении фильтрующего элемента падает производительность установленных вентиляторов, воздухообмен уменьшается и это может привести к перегреву оборудования. Поэтому необходимо уделять особое внимание состоянию фильтров и производить их своевременную замену.

Когда шкаф выбран, произведен температурный расчет и подобраны климатические компоненты, очень важным моментом в поддержании климата является правильная установка этих компонентов. Вентиляторы рекомендуется всегда устанавливать, так чтобы они нагнетали воздух в нижнюю часть шкафа и комплектовать шкаф выходными решетками с фильтрами в верхней части. Вентиляторы поставляются собранными в виде нагнетающего модуля, то есть они засасывают воздух внутрь шкафа и обдувают установленное оборудование. Благодаря этому в шкафу создаётся избыточное давление чистого воздуха, предотвращающее попадание грязного воздуха внутрь через возможные дефекты уплотнения врезанного оборудования. При установке вентиляторов необходимо обратить внимание на воздушный поток собственных вентиляторов в оборудовании. Следует убедиться, что потоки воздуха от вентиляторов и компонентов внутри шкафа не имеют отрицательного воздействия друг на друга. Воздух должен выдуваться по диагонали, это способствует равномерному распределению воздуха в корпусе.

При монтаже обогревателей для лучшего распределения тепла их необходимо устанавливать внизу шкафа. Не стоит размещать обогреватели вплотную к другим приборам, чтобы избежать перегрева оборудования. Если обогреватель не имеет защитного кожуха, существует опасность получения ожога. В таких случаях следует устанавливать обогреватель так, чтобы исключить возможность случайного касания радиатора.

Чтобы вентиляторы и обогреватели постоянно не работали, рекомендуется использовать для их управления терморегуляторы или термостаты. Это позволит уменьшить износ, уменьшить энергопотребление, увеличить срок службы и повысить эффективность вентиляторов и обогревателей.

В данной статье мы рассмотрели основные принципы поддержания температуры в шкафах автоматики. Поддержание климата является очень важным моментом для сохранения работоспособности оборудования. Поэтому следует уделять этому особое внимание.

Подбор компонентов в результате расчета по калькулятору климата в шкафах управления

К статье прилагается калькулятор расчета климатических компонентов. При помощи этого калькулятора легко и быстро производится расчет даже теми специалистами, которые в первый раз столкнулись с такой задачей.

В калькуляторе температуры шкафа необходимо заполнить все поля отмеченные зеленым цветом, после ввода всех данных о высоте, глубине, установленном оборудовании, графе обогрев и охлаждение будут показыны расчетные данные для вашего шкафа. Подробная инструкция прилагается к калькулятору в архиве для скачивания.

По итогам расчетов воспользуйтесь готовым комплектом приборов для климатики в шкафах управления. Готовые наборы охлаждения и обогрева шкафов приведены ниже.

Расчет и подбор жарочного шкафа

Расчет жарочного шкафа производится в соответствии с количеством кулинарных изделий, выпускаемых за время максимальной нагрузки, и устанавливаемой часовой производительностью,Q,кг/ч.

Расчет производится по формуле:

где n₁— количество изделий на одном листе, шт.;

g – масса (нетто) одного изделия;

n₂ — число изделий, находящихся одновременно в камере шкафа, шт.;

n₃ – число камер в шкафу, шт.;

t – продолжительность подоборота, равна сумме продолжительности посадки, жарки и выгрузки изделий, мин.

Время работы шкафа рассчитываем по формуле:

где G – масса выпекаемы изделий, кг;

Q – производительность аппарата, кгч.

Масса выпекаемых изделий или кулинарной продукции, G, кг, определяется по формуле:

где n – количество изделий за максимальный час или за смену, шт.;

g – масса одной штуки, г.

К расчету принимаем шкаф ШЖЭ-2 с двумя отсеками, в которых находиться по два листа.

Результаты расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет числа секций жарочного шкафа

блюд и изделий за рассчи

ного протвеня, шт или порций

Пудинг из творо

тыми сливками и орехами

2. Описание устройства, принципа действия и правил эксплуатации шкафа жарочного ШЖЭ-2

2.1 Устройство и принцип работы шкафа жарочного ШЖЭ-2

ШЖЭ-2 работает следующим образом. Загрузку жарочной камеры осуществляют полностью или частично в зависимости от требуемого объема готовой продукции, для чего включают необходимое количество отсеков, начиная с верхнего.

Включение шкафа на необходимую температуру производят поворотом ручек датчик – реле температуры, при этом должны загореться соответствующие сигнальные лампы. Загрузка функциональных емкостей с нижнего отсека, выгрузка с верхнего.

2.2 Размещение оборудования и его монтажная привязка

Размещение оборудования в горячем цехе осуществляют в соответствии с производственными линиями. Монтажная привязка оборудования определяет местоположение точек ввода коммуникаций (электроэнергии, газа, пара, горячей и холодной воды, отвода в канализацию) к технологическому оборудованию.

Для этой цели на монтажном плане указаны расстояния от точек ввода до двух строительных конструкций (стен, колон, перегородок), перпендикулярно расположенных друг к другу. Кроме того должны быть указаны все параметры подводимых коммуникаций: фазность и мощность тока, диаметр трубопровода холодной и горячей воды, высота проводок от чистого пола. При нанесении точек ввода коммуникаций учтены рекомендуемые расстояния точек ввода до краев оборудования. На монтажный план нанесено только монтируемое тепловое, холодильное, механическое и вспомогательное оборудования.

На предприятиях общественного питания обычно принимают четырехпроводные электрические сети, имеющие напряжение 380В, реже 220В.

Передача электроэнергии от трансформатора к электрическим приемникам осуществляется по проводам и кабелям. В помещениях предприятия пременены только изолированные провода и кабели, которые проложены открыто по стенам, потолку или скрыто в строительных конструкциях. Прокладка незащищенных изолированных проводов на рамках или других изоляторах осуществляются на высоте не менее 2,5 м. спуски включателей к розеткам и пусковым аппаратом защищаются в цехах от механических повреждений на высоту до 1,5 м от пола.

Калькулятор мощности обогревателя шкафа управления ОША

Многие наружные электрошкафы — например, для банкоматов, контроллеров температуры, датчиков и сенсорных коробок, а также портативного испытательного оборудования — содержат электронику, которая может выйти из строя из-за конденсации или при замерзании конденсата внутри шкафа.

Несколько видов обогревателей могут нагревать воздух в шкафу, чтобы предотвратить это повреждение. Самыми распространенными и компактными являются обогреватели шкафов автоматики ОША, которые вы можете заказать со склада или под заказ на нашем сайте.

Главным фактором, влияющим на эффективность обогрева воздуха в электрошкафу, является показатель мощности нагревательного элемента. Мощность обогревателя ОША должна быть достаточной для того, чтобы иметь возможность поддерживать оптимальные показатели температуры для работы электроприборов в щите управления.

Необходимая мощность обогревателя зависит от общей площади вашего шкафа и необходимого повышения температуры. Также значимыми переменными являются такие показатели как способ монтажа шкафа, материал корпуса, а также тепловыделение от оборудования в нем размещенного. Вы можете использовать этот калькулятор, чтобы быстро определить необходимую мощность. Однако калькулятор не может учесть абсолютно все, поэтому для наиболее точного расчета и подбора моделей обогревателей ОША свяжитесь с нашими специалистами по телефону или через онлайн-консультанта.

Расчет параметров нагревателей шкафа автоматики

Размещение электрических компонентов внутри корпуса электрошкафа является обязательным требованием в современных промышленных производствах. Кожух необходим для защиты контроллеров, компонентов распределения питания, источников питания и другой электроники от неблагоприятных производственных условий. В некоторых случаях, например, при установке на открытом воздухе, в корпусах может потребоваться обогрев.

Шкафы управления и автоматики в современных производственных процессах становятся все более распространенными в связи с повсеместной автоматизацией производства. От того, насколько стабильно будут работать все размещенные в шкафу компоненты будет зависеть и стабильность контролируемого процесса, поэтому сбои в электрошкафу могут привести к очень нежелательным последствиям, начиная с простоя оборудования до полного выхода из строя.

Для электронного оборудования, которое обычно размещается в шкафах управления, очень важным фактором является температура их эксплуатации. В уличных электрошкафах данная проблема становится еще более значимой, так как низкие температуры воздуха в зимний период очень негативно сказываются на стабильности работы компонентов.

Когда температура опускается ниже минимально допустимого диапазона для электроники, наши электрические обогреватели могут поднять температуру внутри корпуса до необходимого уровня.

Давайте рассмотрим основные факторы, влияющие на стабильность работы электрооборудования в распределительных шкафах автоматики.

Перегревание

Заводы, предприятия и прочие объекты часто имеют относительно высокие температуры окружающей среды, и многие электрические компоненты, расположенные в шкафу управления, выделяют тепло, поэтому многие корпуса автоматики требуют охлаждения.

Низкие температуры

В большинстве случаев обогрев корпуса не используется для поддержания тепла внутренних компонентов. Фактически, большинство электрических и электронных компонентов лучше работают при более низких температурах.

Исключение составляют случаи, когда кожух устанавливается снаружи в зоне, где температура окружающей среды опускается ниже нуля. В этих ситуациях требуется нагревание для поддержания внутренней температуры в рабочем диапазоне электрических компонентов, ведь низкие температуры могут полностью вывести их из строя.

Как правило, нагрев необходим для уменьшения влажности и связанной с ней коррозии. Целью обогрева шкафа является поддержание относительной влажности внутри шкафа ниже 65% и удерживание температурных показателей на уровне не меньше значения точки росы.

Точкой росы называют граничное температурное значение, при достижении которого молекулы воды, находящиеся в воздушной середе, выпадают в виде конденсата. Естественно, уровень точки росы зависит не только от температуры, но также и от значения влажности воздуха. Посмотреть значения для точки росы вы можете в размещенной ниже таблице.