Kokia šilumos išsiskyrimo skaičiavimo metodika naudojama parinkiant spintos aušinimo ventiliatorių dydį

Tinkamo šaldymo ventiliatoriaus skyriui parinkimas prasideda žymiai anksčiau nei peržvelgiant katalogą. Ventiliatoriaus dydis priklauso nuo to, kiek šilumos turi būti pašalinta iš korpuso, kokį temperatūros pakilimą gali ištverti įranga ir koks oro srautas reikalingas šiai šilumai pašalinti. Neteisingas spėjimas lemia elektronikos perkaitymą ir išsijungimą; per didelis įrenginys švaisto energiją ir sukuria triukšmą. Per mažo ventiliatoriaus problemos lieka nepastebėtos, kol vasaros aplinkos temperatūra nepriverčia vidinės temperatūros pakilti virš leistinos ribos ir variklis netikėtai nustoja veikti.

Apskaičiuokite šilumos apkrovą prieš pasirenkdami ventiliatorių

Išvardykite visus šilumos šaltinius vatais

Šaldymo ventiliatorius veikia tik tada, kai jo oro srautas atitinka korpuso faktinę šilumos apkrovą. Pradėkite sąrašuodami visus įrenginius, esančius skydelyje: kintamosios srovės variklių valdiklius, servomechanizmų stiprintuvus, transformatorius, maitinimo šaltinius ir PLC modulius. Kiekvienoje techninėje dokumentacijoje nurodoma šiluminės nuostolios vertė, dažniausiai kaip procentinė įvesties galios dalis. Sudėkite šiuos nuostolius, kad gautumėte bendrą šilumos apkrovą vatais. 10 kW kintamosios srovės variklių valdiklis su 3 % nuostolių sukelia 300 W; keletas mažų modulių prideda dešimtis vatų. Bendroji suma lemia viską toliau einančioje grandinėje.

Nustatykite leistiną temperatūros pakilimą (ΔT)

Temperatūros kilimas, žymimas ΔT, yra skirtumas tarp oro, įeinančio į korpusą, ir karščiausios vidinės vietos. Puslaidininkių prietaisai, tokie kaip IGBT ir lygintuvai, greitai praranda savo tarnavimo laiką, kai sąsajos temperatūra viršija nustatytą ribą, todėl dauguma skydų siekia ΔT 10–15 °C. Mažesnis ΔT reikalauja didesnio oro srauto; didesnis ΔT leidžia naudoti mažesnio galingumo korpuso aušinimo ventiliatorių, tačiau padidina komponentų apkrovos riziką. ΔT reikia nustatyti remiantis silpniausio komponento techninėmis charakteristikomis, o ne patogumu. IEC ir EN įrangos standartai nurodo maksimalias eksploatacijos temperatūras, o projektavimas pagal šiuos ribinius rodiklius užtikrina, kad korpusas veiktų saugių šiluminės varžos ribose.

Taikykite CFM skaičiavimo ir matmenų nustatymo formulę

Paverskite vatus į reikiamą oro srauto našumą

Matavimo formulė tiesiogiai sieja šilumos apkrovą, oro srautą ir ΔT. Oro atveju pašalinta šiluma lygi masės srautui, padaugintam iš specifinės šiluminės talpos ir temperatūros pakilimo, išreikšta kaip Q = m·cp·ΔT. Lauko vienetuose tai tampa CFM skaičiavimu: reikiamas oro srautas kubiniais pėdų per minutę vienetais lygus šilumos apkrovai vatais, padalytai iš (1,08 × ΔT laipsniais Celsijaus, apytiksliai naudojant imperinį koeficientą). Kai koeficientas išreikštas vienam laipsniui Celsijaus, oro srautas m³/val. ≈ 3,6 × vatai / (1,2 × 1005 × ΔT). Bet kokiu atveju, dvigubai padidinus šilumos apkrovą, dvigubai padidėja reikiamas oro srautas tam pačiam ΔT. Tinkamai parinktas šaltinio šaldymo ventiliatorius užtikrina tokį oro srautą įdiegtoje veikimo vietoje. Pastaba: ši matavimo formulė priima priverstinę konvekciją ir orų tankį artimą jūros lygio reikšmei; aukštumoje esančioms vietoms reikia tankio pataisos, kuri padidina reikalaujamą oro srauto normą.

Priderinkite ventiliatoriaus charakteristiką prie sistemos pasipriešinimo

Ventiliatoriaus charakteristika vaizduoja slėgio priklausomybę nuo oro srauto laisvai veikiančiam įrenginiui, tačiau korpusas prideda sistemos pasipriešinimą dėl filtrų, grotelių ir vidinių komponentų. Tikrasis veikimo taškas yra ten, kur ventiliatoriaus charakteristika kerta sistemos pasipriešinimo kreivę. Ventiliatorius su aukštu laisvojo oro CFM rodikliu gali „sugesti“, kai jis įmontuojamas už filtro, todėl šaltojo oro aušinimo ventiliatorius turi būti parinktas remiantis įmontuoto veikimo tašku, o ne atviro oro rodikliais. Prieš priimdami sprendimą, abiejų charakteristikų kreives reikia skaityti kartu. Filtrai ir grotelės sukelia didžiausią sistemos pasipriešinimą, todėl ploviamasis pirminis filtras, kuris išlieka švarus, apsaugo įmontuotą veikimo tašką žymiai labiau nei nedidelis laisvojo oro CFM padidėjimas.

Kintamosios srovės variklio valdymo skydo matmenų nustatymo pratimas

Įsivaizduokite kintamosios srovės variklio valdymo įrenginio (VFD) skydo matmenų nustatymo užduotį: 22 kW įrenginys praranda apie 660 W, o stabdymo rezistoriai prideda dar 200 W, todėl bendras šilumos nuostolis siekia maždaug 860 W. Skydo temperatūros pakilimas gali būti ne daugiau kaip 12 °C. Taikydami matmenų nustatymo formulę, reikalingas oro srautas yra maždaug 3,6 × 860 / (1,2 × 1005 × 12) ≈ 0,43 m³/s arba apie 1540 m³/h. Vieno 250 m³/h ašinio ventiliatoriaus aiškiai nepakanka; reikia arba kelių ventiliatorių, arba didesnės našumo filtras-ventiliatorius komplekto. Šis žingsnis padeda išvengti dažnai pasitaikančios klaidos – rinktis skydą pagal jo korpuso dydį vietoj tikrojo šilumos šalinimo poreikio – ir parodo, kodėl skydo aušinimo ventiliatorius turi atitikti šilumos lygtį. Pakartojus CFM skaičiavimą su 15 °C temperatūros pakilimu, reikalingas oro srautas sumažėja iki maždaug 1230 m³/h, kas rodo, kaip kelios laipsnių ΔT reikšmės gali visiškai pakeisti ventiliatoriaus parinkimą.

Konvekcija, šiluminė varža ir korpuso tūris

Kodėl korpuso tūris ir konvekcija yra svarbūs

Konvekcija perduoda šilumą nuo karštų paviršių į judantį oro srautą. Didesnis korpuso tūris suteikia daugiau vidinio oro ir lėtesnį temperatūros kilimą esant laikinoms apkrovoms, todėl to paties skydo aušinimo ventiliatoriaus našumas yra geresnis erdviame skyde nei siaurame. Šiluminė varža – temperatūros kritimas vienam vatui tarp komponento ir oro – mažėja, kai padidėja oro srauto našumas. Vidinių kliūčių sumažinimas ir oro srauto kelių išlaikymas neužsikimšus mažina šiluminę varžą ir leidžia net nedideliam ventiliatoriui išlaikyti reikiamą ΔT vertę. Gamtinė konvekcija viena retai sugeba pašalinti visą šilumos apkrovą uždarame skyde, todėl priverstinio oro srauto našumas iš ventiliatoriaus tampa lemiamu veiksniu pastoviam temperatūros kilimui.

Nurodyti, patikrinti ir prižiūrėti aušinimo sistemą

Pasirinkti pagal tikrąją eksploatacijos vietą

Nurodykite ventiliatorius pagal išmatuotą įdiegtą veikimo tašką ir blogiausią aplinkos sąlygų variantą. Patikrinkite, ar modelis turi atitinkamus ženklus, pvz., CE ir UKCA, bei ar apsaugos klasė (IP44 arba IP54) tinka vietovės sąlygoms – dulkėtomis arba ploviamomis vietomis reikia aukštesnės klasės. Patvirtinkite guolių tipą ir variklio apviją; grynojo vario, rutuliniai guoliai ilgiau išlaiko našumą nuolatinėje eksploatacijoje. Dėžutės aušinimo ventiliatorius, parinktas tik pagal korpuso dydį, dažnai nepavyksta išlaikyti tikrosios šilumos apkrovos. Jei vietovė yra kontroliuojama valymo patalpa, ISO 14644 rekomendacijos dėl ore esančių dalelių taip pat įtakoja filtrų pasirinkimą, nes tankesnis filtras padidina sistemos pasipriešinimą ir pakeičia veikimo tašką.

Techninė priežiūra užtikrina pastovią šilumos šalinimą

Filtras užsikemša, mentys susikaupia dulkių, o guoliai sensta – viskas tai sumažina oro srautą ir padidina temperatūros pakilimą. Numatyta techninė apžiūra – filtro valymas, apsisukimų per minutę (RPM) tikrinimas ir komponentų temperatūros kilimo stebėjimas – išsaugo projektuotą šilumos šalinimą. Ploviamuosius pirminius filtrus keiskite pagal kalendorių ir įsitikinkite, kad įrenginys vis dar pasiekia reikalaujamą oro srauto našumą esant įrengimo vietos eksploatacijos sąlygoms. Nuolatinė spintos aušinimo ventiliatoriaus priežiūra užtikrina, kad pradinis jo matmenų parinkimas liktų tinkamas ilgus metus. Paprastas žurnalas, kuriame fiksuojama įleidžiamojo oro temperatūra, filtro būklė ir RPM pokyčiai, leidžia laiku pastebėti mažėjantį oro srautą dar prieš tai padidinant vidinį šilumos šalinimo krūvį virš projektuotos ribos.

Dažniausiai užduodami klausimai

Klausimas

Kuris šilumos šalinimo skaičiavimo metodas atitinka ventiliatoriaus dydį?

Atsakymas: Šis metodas sumuoja vidines nuostolas vatais, nustato leistiną temperatūros pakilimą ΔT, tada naudoja CFM skaičiavimą pagal formulę Q = m·cp·ΔT, kad būtų nustatytas reikiamas oro srautas. Dėžutės aušinimo ventiliatorius parenkamas taip, kad jo ventiliatoriaus charakteristika atitiktų korpuso sisteminę pasipriešinimą. Patikrinant įrengtos sistemos darbo tašką, o ne atviro oro našumą, užtikrinama, kad pasirinkto dydžio ventiliatorius tikrai atitiktų realią šilumos apkrovą.

Klausimas

Kodėl ventiliatoriaus charakteristika svarbesnė nei laisvojo oro CFM?

Atsakymas: Ventiliatoriaus charakteristika rodo slėgio ir oro srauto santykį tik pačiam ventiliatoriui, tuo tarpu korpusas prideda sisteminį pasipriešinimą dėl filtrų ir komponentų. Tikrasis darbo taškas yra šių dviejų charakteristikų susikirtimas. Aukštas laisvojo oro CFM rodiklis smunka, kai pridedamas filtras, todėl vien tik atviro oro našumo vertinimas gali klaidinti. Tiksliuoju oro srauto kiekiu pasiekiama tik tinkamai parinkus ventiliatoriaus charakteristiką pagal įrengtą pasipriešinimą.

Klausimas

Kaip šilumos apkrova konvertuojama į reikiamą oro srautą?

Atsakymas: Šilumos apkrova vatais perskaičiuojama pagal formulę Q = m·cp·ΔT, kur masės srautas, padaugintas iš specifinės šiluminės talpos ir temperatūros pakilimo, lygus pašalinamos šilumos kiekiui. Pergrupavus, oro srauto našumas = šilumos apkrova / (tankis × specifinė šiluminė talpa × ΔT). Praktikoje CFM skaičiavimui naudojamas pastovus daugiklis, todėl vatai ir ΔT nustato reikiamą kubinių pėdų per minutę (CFM) kiekį. Didesnė šilumos apkrova ar mažesnis leistinas ΔT abu reikalauja didesnio oro srauto iš pasirinkto ventiliatoriaus.

Klausimas

Ar korpuso tūris gali sumažinti reikiamą ventiliatoriaus dydį?

Atsakymas: Didesnis korpuso tūris talpina daugiau vidinio oro ir lėtina temperatūros kilimą trumpalaikiams apkrovos smūgiams, todėl šildymo įrenginio apkrova gali būti lengvesnė. Konvekcija taip pat pagerėja, kai oro srauto keliai lieka neužkirsti, o tai sumažina šiluminę varžą. Vis dėlto vien tik tūris negali pakeisti tikslaus CFM skaičiavimo; nuolatinė šilumos apkrova vatais nustato minimalų oro srautą. Ventiliatorių dydis turi būti nustatomas pagal šilumos lygtį pirmiausia, o tūris gali būti naudojamas kaip rezervas.

Klausimas

Kurios sertifikacijos taikomos pramoniniams korpusų ventiliatoriams?

Atsakymas: Svarbūs nuorodų šaltiniai – CE ir UKCA žymėjimai Europos bei Jungtinės Karalystės rinkoms, taip pat IEC ir EN produktų standartai sukamiesiems elektros varikliams. Valymo patalpoms ar kontroliuojamoms aplinkoms taikomi ISO 14644 standartai, reglamentuojant dalelių ir šilumos sąlygas. Pavojingose zonose taikomi ATEX ir NFPA 70 reikalavimai. Ventiliatorių nurodymas su tinkamomis žymėmis paskirties rinkai padeda užtikrinti atitiktį reikalavimams bei saugesnį ir ilgesnį eksploatavimą.