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 7,5 кВт — MD500T7.5G/11PB-PLUS, его рассеиваемая мощность по каталогу Qv=388 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*388Вт / 5⁰С = 241 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.

Положение оболочки		Формула расчет площади S, м²
	Доступна со всех сторон	S = 1,8В x (Ш+Г) + 1,4ШxГ
	У стены	S = 1,4Ш x (В+Г) + 1,8ГxВ
	В конце ряда	S = 1,4Г x (В+Ш) + 1,8ШxВ
	В углу	S = 1,4В x (Ш+Г) + 1,4ШxГ
	В ряду	S = 1,8ШxВ + 1,4ШxГ + ГxВ
	В нише	S = 1,4Ш x (В+Г) + ГxВ
	В нише, закрыта сверху	S = 1,4ШxВ + 0,7ШxГ + ГxВ

где В- высота, м; Ш- ширина, м; Г- глубина, м.

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 328 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 FS291F500 и выпускной решетке ID GS291.

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.

Артикул	Расход воздуха вентилятора
	без фильтра	с выпускной решёткой	с выпускной решеткой большего размера
ID FS092F35	35 м3/ч	25 м3/ч — ID GS092	27 м3/ч — ID GS125
ID FS125F67	85 м3/ч	70 м3/ч — ID GS125	81 м3/ч — ID GS177
ID FS177F108	126 м3/ч	90 м3/ч — ID GS177	105 м3/ч — ID GS223
ID FS223F190	240 м3/ч	185 м3/ч — ID GS223	227 м3/ч — ID GS291
ID FS223F270	265 м3/ч	215 м3/ч — ID GS223	236 м3/ч — ID GS291
ID FS291F500	600 м3/ч	410 м3/ч — ID GS291	483 м3/ч — 2x ID GS291
ID FS291F850	800 м3/ч	600 м3/ч — ID GS291	648 м3/ч — 2x ID GS291

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.