Расчет подогрева шкафа или щита с утеплением
Зачастую различное электронное оборудование необходимо установить не в отапливаемом помещении, а иногда даже на улице. Не все электрооборудование допускает эксплуатацию при отрицательных температурах и в условиях возможного выпадания конденсата, поэтому для обеспечения нормальной работы такого оборудования целесообразно использовать защищенные оболочки IP54 и выше, кроме того очень важна задача поддержания температуры внутри электрического щита или шкафа выше 0 градусов цельсия, т.к. при достижении точки росы наиболее вероятно выпадение конденсата, который более губителен чем низкие температуры, т.к. может привести к короткому замыканию и выходу из строя электрической аппаратуры.
Подгрев электрощитов можно сделать более эффективным если использовать не только герметичный шкаф, но и провести дополнительное утепление внутренних стенок шкафа, чтобы снизить их теплопроводность, а для снижения влажности воздуха внутри шкафа рекомендуется использовать осушители на основе селикагелей, надо отметить что индикаторные селикагели позволят судить о необходимости замены или просушки осушителя. Использование утеплителей позволит существенно сэкономить электроэнергию на обогрев, особенно если с электропитанием есть сложности, которые зачастую возникают при использовании автономных источников электроэнергии, таких как солнечные батареи. При создании автономных систем наиболее целесообразным является подогрев отдельных элементов системы, нежели нагрев общего пространства электрооборудования, к примеру, на обогрев щита потребуется 500Вт, тогда как на обогрев только теплоизолированного массива аккумуляторных батарей потребуется только 70Вт, разница настолько существенна, что в первом варианте является практически не реальной для такого вида систем в условиях Российского климата.
Мощность на обогрев щита рассчитывается довольно просто, надо знать габариты шкафа или объекта обогрева, толщину утепляющего материала, нижнюю (от которой идет нагрев (-28град цельсия)) и верхнюю границу температуры. Для снижения мощности на обогрев из получившейся суммы можно вычесть мощность собственного тепловыделения элементов шкафа и учесть факторы влияющие на снижение теплопотерь, к примеру, два подогреваемых шкафа стоят стенка к стенке. Не стоит греть внутреннее пространство щита или шкафа до высоких температур выше 25, т.к. увеличение разницы температур существенно повлияет на мощность требуемого нагревателя! К примеру популярные гелевые и AGM аккумуляторы могут заряжаться от -10 градусов цельсия, поэтому достаточно поддерживать температуру на них 5 градусов цельсия.
Это классический случай теплопередачи через плоскую стенку.
Q= (tв – tн) ? F ? (1/?н + ?ст/?ст + ?т/?т + 1/?в), где
tв - температура воздуха внутри шкафа, С
tн - температура воздуха на улице, С
Q - тепловыделения в шкафу от установленного оборудования, Вт
F - площадь стенок шкафа, соприкасающихся с наружным воздухом, м2
?н - коэффициент теплоотдачи наружного воздуха, Вт/м2*С, можно принять равным 23 Вт/м2*С.
?ст - толщина стали, м.
?ст - коэффициент теплопроводности стали, Вт/м*С. Равен примерно 45...50.
?т - толщина слоя теплоизоляции, м.
?т - коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/м*С.
?в - коэффициент теплоотдачи воздуха внутри шкафа, можно принять 8 Вт/м2*С.
Сопротивление теплопередаче Пенофола 10мм без учета стали(при равномерной теплоизоляции можно не учитывать) равно:
R = 1/?н + ?т/?т + 1/?в = 1/23+0.01/0.049+1/8.7 = 0.36 Вт/м2*С
Теплопотери через стенки шкафа:
Q=(tв-tн)*R * F;
Коэффициент теплопроводности пенофола в зависимости от условий эксплуатации и толщины , при 20° 0,038-0,051. Примерное значение сопротивления теплопередаче R утеплителя «ПЕНОФОЛ» в конструкции с замкнутой воздушной прослойкой с tн = - 20 0 С и tвн = 20 0 С (При условиях эксплуатации А и Б, м2.0С/Вт (СНиП II-3-79*) (см. приложение к Технической Оценке ФЦС Госстроя России ТО № 0457-01) для разных толщин материала: 3мм: 1,175 ? 1,067, 4мм: 1,200 ? 1,094, 5мм: 1,254 ? 1,148, 10мм: 1,362 ? 1,257.
Как найти площадь шкафа или щита? Для расчета площади поверхности щита или шкафа есть простая формула: F=2(ab+bc+ac), где a,b и c – это ширина, длина и высота щита или шкафа.
Для подогрева можно использовать различного рода нагревающие элементы, для регулирования температуры применяются биметаллические и электронные термостаты. При использовании греющего саморегулирующегося кабеля надо учесть тот факт, что даже при 60 градусах цельсия он еще потребляет ток, поэтому применение летом может привести к перегреву оборудования, а максимальное потребление тока кабелем при температурах ниже 0 градусов цельсия, с увеличением температуры ток падает. Чтобы избежать перегрева также рекомендуется применение термостатов или регулирующей аппаратуры.
Точка росы и электрооборудование в шкафу:
Существует простая формула для приблизительного расчёта, дающая погрешность ±1,0 °C, что вполне достаточно при рассчете температурного режима шкафа, формула при относительной влажности в объёмных долях более 0,5:
Тр = T- (1-RH)/0,05, где Тр – точка росы, RH - относительная влажность в объёмных долях (0,5 < RH < 1,0), T = температура в градусах Цельсия.
Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу. Этот параметр зависит от давления воздуха.
В строительстве согласно СП 50.13330.2012 п. Б.24 точка росы — температура, при которой начинается образование конденсата в воздухе с определенной температурой и относительной влажностью.
В московском регионе средняя относительная влажность около 80%, максимальная среднемесячная 91%, минимальная 66%.
Точка росы определяется относительной влажностью воздуха. Чем выше относительная влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре воздуха. Чем ниже относительная влажность, тем точка росы ниже фактической температуры. Если относительная влажность составляет 100 %, то точка росы совпадает с фактической температурой. Применение осушителей внутри шкафа или щита позволит существенно снизить относительную влажность воздуха, однако при отсутствии полной герметичности шкафа или при открытии шкафа на время вероятно попадание влажного воздуха и возникнет необходимость в периодической замене осушителей.