Przegląd różnych metod chłodzenia - klimatyzacja, osprzęt do szaf rozdzielczych, chłodnice.

Opublikowano: November 16th 2021
 

Poprzez poniższe opracowanie pragniemy wesprzeć naszych klientów w doborze odpowiedniego produktu. Poniżej przedstawiamy przegląd różnych metod chłodzenia i wyjaśniamy, kiedy i gdzie najlepiej zastosować dane urządzenie.

Dlaczego potrzebne jest chłodzenie obudowy?

Poprzez rosnącą automatyzację procesów produkcyjnych stosuje się coraz więcej elementów elektrotechnicznych. Elementy te generują duże straty mocy, które zamieniają się w ciepło. Rosnące temperatury wewnątrz obudów mają negatywny wpływ na żywotność elementów wewnątrz.

Poniższy wykres przedstawia wpływ zwiększonego wytwarzania ciepła na żywotność przykładowych podzespołów.

Wspieranie niezawodności procesu i utrzymywanie interwałów serwisowych w celach ekonomicznych to główne wyzwania, przed którymi stoi dziś zarządzanie termiczne szafami sterowniczymi

Dlatego wybór odpowiedniej metody chłodzenia jest bardzo ważny.

Najczęściej stosowane metody chłodzenia:

Konwekcja naturalna

Jeżeli Twoja aplikacja ma jedynie minimalne straty ciepła, otwory w Twojej obudowie z żaluzjami lub kratkami z filtrami mogą być wystarczająco skuteczne. Zwykle jednak ta metoda nie zapewnia wystarczającego chłodzenia dla dzisiejszych komponentów elektronicznych.

Główne zasady:

  • W zależności od obciążenia wewnątrz obudowy i temperatury na zewnątrz, temperatura obudowy powinna być wyższa niż temperatura otoczenia,
  • Brak ruchomych części — eliminując wentylatory, tworzysz aplikację bezobsługową,
  • Brak zanieczyszczeń – zastosowanie filtrów wylotowych zapobiega przedostawaniu się brudu do obudowy. Brud może uszkodzić elektronikę tak samo jak ciepło!

Jeżeli temperatura otoczenia jest niższa niż temperatura wewnątrz obudowy, rozpraszane ciepło ucieka do otoczenia przez powierzchnię obudowy.

Poniższy prosty wzór oblicza poziom ciepła odprowadzanego z obudowy:

wzór1

Ps8(W) = Moc rozpraszana (moc cieplna rozpraszana z powierzchni obudowy).

k [W/m2K] = Współczynnik przenikania ciepła (moc rozpraszana na 1 m2 powierzchni i różnica 1 K temperatury. Ta stała jest określona przez materiał 1).

A [m2] = Powierzchnia obudowy.

∆T [K] = Różnica temperatur pomiędzy powietrzem otoczenia a powietrzem wewnątrz obudowy.

1)Blacha stalowa - 5.5 W/m2K Stal nierdzewna - 5.5 W/m2K Aluminium - 12.0 W/m2K Plastik - 3.5 W/m2K

Konwekcja wymuszona

Jeśli Twoja instalacja znajduje się w czystym, bezpiecznym środowisku, w którym temperatura otoczenia jest niższa niż żądana temperatura w szafie, zwykle wystarczy prosty system wymuszonej wentylacji wykorzystujący powietrze z otoczenia. W połączeniu z filtrami powietrza, takie urządzenia zwykle spełniają potrzeby rozpraszania ciepła w urządzeniach elektronicznych.

Główne zasady:

  • Temperatura powietrza w otoczeniu szafy powinna być o min. 10 Kelwinów wyższa od temperatury wewnątrz szafy,
  • Możliwych jest wiele konfiguracji – wentylatory filtrujące mogą być umieszczane
    w wielu miejscach w zależności od konfiguracji obudów,
  • Przy obliczaniu rozmiaru wentylatora, powinno się uwzględnić ciśnienie statyczne — zrozumienie, jak ciśnienie statyczne wpływa na wydajność wentylatora, jest bardzo ważne przy wyborze wentylatorów filtrujących.

Poniższy prosty wzór oblicza wymagany przepływ powietrza:

wzór2

V [m3/h] = Objętość przepływu powietrza wentylatora filtrującego.

PV [W] = Straty mocy (moc cieplna generowana wewnątrz obudowy przez straty rozpraszania komponentów).

∆T [K] = Różnica temperatur pomiędzy powietrzem otoczenia a powietrzem wewnątrz obudowy.

Klimatyzatory z zamkniętym obiegiem powietrza w szafie

Jeśli Twoja aplikacja jest zainstalowana w środowisku o wysokich temperaturach otoczenia, narażeniu na olej i kurz oraz masz wysokie wymagania w zakresie ochrony przed zachlapaniem (NEMA / IP), to absolutnie konieczne staje się zapobieganie przedostawaniu się powietrza z otoczenia do obudowy.

System chłodzenia z zamkniętym obiegiem chłodzonego powietrza w szafie zwykle składa się z 2 obiegów; jeden obieg odcina dopływ powietrza z otoczenia, chłodzi i zapewnia cyrkulację czystego powietrza zamkniętego w obudowie. Drugi obieg wykorzystuje otaczające powietrze lub wodę do rozpraszania ciepła.

Do tych zastosowań wykorzystywane są głównie agregaty chłodnicze i wymienniki ciepła powietrze/woda.

Główne zasady:

  • Jedyna metoda obniżenia temperatury obudowy poniżej temperatury otoczenia,
  • Spełnia wymagania NEMA/IP,
  • Podczas doboru należy wziąć pod uwagę temperaturę otoczenia i straty generowanej mocy. W przypadku zastosowań zewnętrznych należy również wziąć pod uwagę obciążenie słoneczne (sprawdź wykresy wydajności produktu, którego chcesz użyć, aby upewnić się, że temperatura systemu jest odpowiednio utrzymywana).

Właściwy dobór agregatu chłodniczego zdeterminowany jest następującymi kryteriami:

    1. Wymagana wydajność chłodzenia w watach
    2. Maks. temperatura powietrza otoczenia i żądana temperatura powietrza
      w obudowie
    3. Wymagania montażowe (montaż ścienny - zewnętrzny,
      ścienny - wewnętrzny lub górny - dachowy)
    4. Wymiary klimatyzatora i obudowy
    5. Miejsce montażu (wewnątrz, na zewnątrz, w cieniu itp.)

Poniższy prosty wzór oblicza niezbędną moc chłodzenia:

PK [W] = Wydajność chłodnicza urządzenia.

PV [W] = Straty mocy (moc cieplna generowana wewnątrz obudowy przez straty rozproszenia komponentów).

PR [W] = Zysk/strata ciepła przez promieniowanie (przenikanie ciepła przez zewnętrzną część obudowy).

Poniższy prosty wzór oblicza niezbędną moc chłodzenia:

wzor4

k [W/mK K] = Współczynnik przenikania ciepła.

A [m2 ] = Powierzchnia obudowy.

∆T [K] = Różnica temperatur pomiędzy powietrzem otoczenia a powietrzem wewnątrz obudowy.

Ważne informacje dotyczące korzystania z klimatyzatorów:

  1. Obudowa powinna być uszczelniona, aby zapobiec napływowi powietrza z otoczenia.
  2. Klasa NEMA/IP klimatyzatora i obudowy powinna być taka sama.
  3. Użyj przełącznika kontaktowego drzwi, aby zapobiec działaniu przy otwartych drzwiach
    i w konsekwencji nadmiernego gromadzenia się kondensatu.
  4. Upewnij się, że wlot i wylot powietrza w obwodzie zewnętrznym nie jest zablokowany, uniemożliwiłoby to prawidłową wymianę ciepła w skraplaczu.
  5. Należy również upewnić się, że komponenty o wysokim poziomie samowentylacji nie kierują powietrza do wylotu zimnego powietrza z urządzenia chłodzącego.
  6. Upewnij się, że urządzenie stoi prosto.
  7. Ustawienie najniższej temperatury nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem. Wstępnie ustawiona wartość +35°C to dobry kompromis zapewniający długą żywotność elementów elektrycznych, wydajną pracę i minimalną kondensację. Może się to różnić w zależności od aplikacji.

Schemat klimatyzatora szafy sterowniczej

  1. Wlot powietrza po stronie obudowy
  2. Wentylator promieniowy po stronie obudowy
  3. Parownik
  4. Wylot powietrza po stronie obudowy
  5. Sprężarka
  6. Wlot powietrza od strony otoczenia
  7. Wentylator promieniowy od strony otoczenia
  8. Skraplacz
  9. Wylot powietrza od strony otoczenia
  10. Filtr osuszacz czynnika chłodniczego
  11. Dysza rozprężająca

Klimatyzatory szaf sterowniczych pracują w oparciu o układ chłodzenia składający się z czterech głównych elementów; sprężarki, parownika, skraplacza i dyszy rozprężającej. Obwód jest hermetycznie uszczelniony i krąży w nim czynnik chłodniczy R134a (R134a nie zawiera chloru i ma potencjał niszczenia ozonu [ODP] równy 0 i potencjał globalnego ocieplenia [GWP] równy 1430). Czynnik chłodniczy R134a może być stosowany bez ograniczeń zgodnie z obowiązującymi przepisami.

Kompresor spręża czynnik chłodniczy (w ten sposób doprowadzając go do wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury) i przepycha go przez skraplacz, gdzie jest chłodzony przez otaczające powietrze, przechodząc w ten sposób ze stanu gazowego do stanu ciekłego. W stanie ciekłym przechodzi następnie przez urządzenie rozszerzające, przy znacznie niższym ciśnieniu, czynnik chłodniczy dociera do parownika, gdzie pochłania ciepło niezbędne do zmiany stanu ciekłego w gazowy. Gaz jest następnie wciągany z powrotem do kompresora, kończąc cykl.

Właściwe zastosowanie klimatyzatorów szaf sterowniczych

  1. Wlot powietrza od zimnej strony obudowy
  2. Wylot powietrza z zimnej strony obudowy
  3. Wylot powietrza na ciepłą stronę otoczenia
  4. Wlot powietrza od ciepłej strony otoczenia .

Urządzenia chłodzące są używane, gdy:

  • Niezbędne odprowadzanie ciepła nie może już odbywać się w sposób ciągły przez otaczające powietrze.
  • Wymagana temperatura wewnątrz obudowy powinna być taka sama lub niższa niż temperatura otoczenia.
  • Powietrze otoczenia jest mocno zanieczyszczone lub występuje podwyższona wilgotność.

Wydajność produktu: Klimatyzatory szaf sterowniczych pracują na zasadzie pompy ciepła i w konsekwencji zużywają energię elektryczną, co jest kosztem finansowym. To, jak wydajnie urządzenie chłodzące przetwarza tę energię na wydajność chłodzenia, opisuje wskaźnik wydajności chłodzenia lub współczynnik wydajności (COP).

Nowa generacja energooszczędnych klimatyzatorów ma współczynnik COP nieprzekraczający 2,5. Oznacza to, że jednostka chłodząca o mocy chłodzenia 2000 W (L35L35) zużywa tylko 800 W (2000 / 2,5) mocy.

Prawidłowy sposób użytkowania wymienników ciepła

Wymienniki ciepła powietrze/powietrze są stosowane, gdy dostępne jest chłodne powietrze z otoczenia, ale nie powinno ono przedostawać się do obudowy sterowania z powodu jego zanieczyszczenia. Wymienniki ciepła powietrze/powietrze są używane głównie w zastosowaniach zewnętrznych.

Wymienniki ciepła powietrze/woda są stosowane głównie tam, gdzie dostępne są wodne systemy chłodzenia lub gdy trzeba poradzić sobie z dużymi stratami mocy na małych obszarach. W obu przypadkach temperatura obudowy jest wyższa niż temperatura powietrza otoczenia lub wody chłodzącej

Kiedy używać chillerów (agregatów chłodniczych) ?

Ponowne schładzanie cieczy za pomocą chillerów jest jednym z podstawowych wymogów płynnej i niezawodnej pracy w wielu procesach przemysłowych.

Wybierając chiller, najważniejszą rzeczą do rozważenia jest zastosowanie właściwego czynnika chłodzącego. Czynnik ten może składać się z olejów, mieszanki glikolu etylenowego z wodą lub wody dejonizowanej.

W zależności od wyboru rodzaju czynnika należy odpowiednio dostosować wydajność chłodniczą chillera.

Oferujemy chillery o mocach chłodniczych od 500 W do 200 kW, które możemy dostosować do indywidualnych wymagań klienta.

Skontaktuj się z nami, z przyjemnością doradzimy.

Kiedy należy używać jednostek Peltier?

Efekt termoelektryczny (zwany również efektem Peltiera, którego nazwa pochodzi od jego wynalazcy - Jeana Charlesa Peltiera) jest bezpośrednią konwersją różnic temperatur do napięcia elektrycznego i odwrotnie. Ponieważ kierunek ogrzewania i chłodzenia określa się przez biegunowość stosowanego napięcia. Takie urządzenia termoelektryczne (tzw. ogniwa Peltiera) można również stosować jako regulatory temperatury.

Jednostki chłodzące z ogniwami Peltiera są stosowane głównie tam gdzie występują małe straty mocy (30 - 800 W). W przeciwieństwie do konwencjonalnych urządzeń chłodzących, ogniwa Peltiera można zamontować w dowolnej pozycji (należy pamiętać o zarządzaniu kondensatem). Dzięki klasie ochrony IP 66 mogą być używane zarówno do zastosowań wewnętrznych, jak i zewnętrznych.

Kiedy można stosować wentylatory filtrujące?

Wentylatory filtrujące i filtry wylotowe są używane, gdy żądana temperatura obudowy może stale przekraczać temperaturę otoczenia. W połączeniu z termostatami można zaoszczędzić dodatkową energię; wentylator działa tylko wtedy, gdy jest rzeczywiście potrzebny. Ponadto powoduje to mniejsze zużycie mat filtracyjnych i rzadsze konserwacje, wydłużając żywotność wentylatorów filtrujących i poprawiając niezawodność procesu.

Wentylatory filtrujące najlepiej stosować do wpuszczania chłodnego powietrza z zewnątrz do obudowy (rys. 2 i 3), tworząc w ten sposób niewielkie nadciśnienie w środku szafy, zapewnia to, że powietrze z zewnątrz dostaje się do obudowy tylko przez wentylator filtrujący. Wlatujące powietrze wypiera ciepłe powietrze znajdujące się wewnątrz obudowy tak, że może ono uciec przez filtr wylotowy. Jeśli natomiast ciepłe powietrze jest wydmuchiwane z obudowy (rys. 1), należy zapewnić, aby niefiltrowane powietrze z zewnątrz nie mogło przedostać się przez nieuszczelnione szczeliny lub przepusty kablowe.

W przypadku montażu kombinacji wentylator filtrujący / filtr wylotowy, wentylator filtrujący powinien być zawsze umieszczony w dolnej jednej trzeciej wysokości obudowy, a filtr wylotowy w górnej części obudowy, zapobiegając powstawaniu poduszki cieplnej pod dachem szafy.

Właściwe zastosowanie grzejników do obudów

Grzejniki do obudów są ważnym segmentem rozwiązań w zakresie zarządzania ciepłem. Różnice temperatur w obudowach, głównie w zastosowaniach zewnętrznych, często skutkują występowaniem wilgoci i kondensacji pary wodnej na elementach metalowych, co może powodować awarie oraz korozję.

Zastosowanie odpowiedniej jednostki grzewczej do Twojej obudowy wyeliminuje te problemy. Ogrzewacze wentylatorowe rozprowadzają równomiernie ciepłe powietrze wewnętrzne w całej obudowie sterowniczej. Grzałki PTC są kompaktowe, mają szerszy zakres napięć, a moc grzewcza dostosowuje się do temperatury otoczenia, co skutkuje lepszą wydajnością.

Akcesoria do obudów

Termostaty i higrostaty zapewniają optymalny klimat wewnątrz obudów oraz szaf. Termostaty są dostępne jako normalnie zamknięte / NC (czerwony dysk) lub jako normalnie otwarte NO (niebieski dysk). Termostaty typu NC służą do regulacji grzałek lub do sygnalizacji alarmu, gdy temperatura obudowy spadnie poniżej ustawionej wartości minimalnej. Styk otwiera się, gdy temperatura rośnie.

Termostaty NO służą do regulacji wentylatorów filtrujących, wymienników ciepła i jednostek chłodzących Peltiera lub do przełączania sygnałów alarmowych po przekroczeniu ustalonej temperatury. Ponadto czujniki temperatury i wilgotności mogą monitorować ustawione parametry, aby uniknąć awarii lub nieprawidłowego działania sprzętu. Czujniki i podzespoły regulacyjne

 

Dodaj komentarz

★
★
★
★
★
Kod zabezpieczający

Powiązane posty

Nowości w dziale zasilacze, przetwornice i inwertery – inwertery Premium
Nowości w dziale zasilacze, przetwornice i inwertery – inwertery Premium
Opublikowano w: Aktualności, Nowości, Baza Wiedzy
22-12-2020
Od dziś w stałej ofercie DACPOL posiadamy inwertery firmy PREMIUM. 
Czytaj więcej
Obudowy Hex-Box IoT
Obudowy Hex-Box IoT
Opublikowano w: Aktualności, Nowości, Baza Wiedzy
17-12-2020
Nowe obudowy Hex-Box IoT firmy Camdenboss!
Czytaj więcej
Oświetlenie do obrabiarek– oprawy KIRA!
Oświetlenie do obrabiarek– oprawy KIRA!
Opublikowano w: Aktualności, Nowości, Baza Wiedzy
14-11-2020
DACPOL wprowadza do swojej oferty nowość w kategorii oświetlenia przemysłowego i od dziś oferuje oprawy KIRA do...
Czytaj więcej