Càlcul de sistemes de climatització d'edificis residencials i públics (pàgina 1)

Calculadora en línia per calcular la capacitat de refrigeració

Per seleccionar de manera independent la potència d’un aparell d’aire condicionat domèstic, utilitzeu el mètode simplificat per calcular l’àrea de la sala refrigerada, implementat a la calculadora. A continuació es descriuen els matisos del programa en línia i els paràmetres introduïts a les instruccions.

Nota. El programa és adequat per calcular el rendiment dels refrigeradors domèstics i sistemes dividits instal·lats en petites oficines. La climatització de locals en naus industrials és una tasca més complexa, resolta amb l'ajut de sistemes de programari especialitzats o el mètode de càlcul de SNiP.

Guany de calor per equips

Els guanys de calor dels equips i motors elèctrics depenen directament de la seva potència i es determinen a partir de l’expressió:

Q = N * (1 eficiència * k3),

o Q = 1000 * N * k1 * k2 * k3 * kt

on N és la potència de l’equip, kWk1, k2, k3 són els factors de càrrega (0,9 - 0,4), la demanda (0,9 - 0,7) i el funcionament simultani (1 - 0,3),

kt - coeficient de transferència de calor a l'habitació 0,1 - 0,95

Aquests coeficients no són els mateixos per a equips diferents i s’extreuen de diferents llibres de consulta. A la pràctica, tots els coeficients i eficiència dels dispositius s’especifiquen als termes de referència. En ventilació industrial, els equips poden obtenir més guanys de calor que qualsevol altra cosa.

Dependència de l'eficiència d'un motor elèctric de la seva potència:

N <0,5 0,5-5 5-10 10-28 28-50> 50

η 0,75 0,84 0,85 0,88 0,9 0,92 Pel que fa a la ventilació domèstica, és aconsellable prendre la potència i el cabal d’aire dels passaports de l’equip, però passa que no hi ha dades i si la indústria no pot prescindir dels tecnòlegs, aquí es permet prendre valors aproximats dels guanys de calor dels equips, que es poden trobar en tot tipus de llibres de consulta i manuals, per exemple:

• Dissipació de calor dels ordinadors de 300 a 400 W
• màquines de cafè 300 W
• impressores làser 400w
• bullidor elèctric 900-1500 W
• copiadora 500-600 W
• fregidores 2750-4050 W
• servidors de 500 a 100 W.
• torradora 1100-1250 W
• Televisor de 150 W
• graella 13.500 W / m2 de superfície
• nevera de 150 W
• estufes elèctriques 900-1500 W / m2 de superfície

Quan hi ha una campana d’escapament a la cuina, el guany de calor de l’estufa es redueix en 1,4.

Instruccions per utilitzar el programa

Ara explicarem pas a pas com calcular la potència de l’aire condicionat a la calculadora presentada:

1. Als 2 primers camps, introduïu els valors de l'àrea de l'habitació en metres quadrats i l'alçada del sostre.
2. Seleccioneu el grau d’il·luminació (exposició solar) a través de les obertures de les finestres. La llum solar que penetra a l’habitació escalfa l’aire, a més, s’ha de tenir en compte aquest factor.
3. Al següent menú desplegable, seleccioneu el nombre d’inquilins que s’allotgen durant molt de temps a l’habitació.
4. A la resta de pestanyes, seleccioneu el nombre de televisors i ordinadors personals de la zona d’aire condicionat. Durant el funcionament, aquests electrodomèstics també generen calor i estan subjectes a comptabilitat.
5. Si hi ha instal·lada una nevera a l’habitació, introduïu el valor de la potència elèctrica de l’aparell domèstic al penúltim camp. La característica és fàcil d’aprendre del manual d’instruccions del producte.
6. L’última pestanya permet tenir en compte l’aire de subministrament que entra a la zona de refrigeració per ventilació. Segons els documents normatius, la multiplicitat recomanada per als locals residencials és de l'1 al 1,5.

Com a referència. El tipus de canvi d'aire mostra quantes vegades durant una hora l'aire de l'habitació es renova completament.

Expliquem alguns dels matisos del correcte emplenament dels camps i de la selecció de pestanyes. Quan especifiqueu el nombre d’ordinadors i televisors, tingueu en compte el seu funcionament simultani.Per exemple, un inquilí poques vegades utilitza tots dos aparells alhora.

En conseqüència, per determinar la potència necessària del sistema dividit, es selecciona una unitat d’electrodomèstics que consumeix més energia: un ordinador. No es té en compte la dissipació de calor del receptor de TV.

La calculadora conté els valors següents per a la transferència de calor dels electrodomèstics:

• Televisor: 0,2 kW;
• ordinador personal: 0,3 kW;
• Com que la nevera converteix aproximadament el 30% de l’electricitat consumida en calor, el programa inclou 1/3 de la xifra introduïda als càlculs.

El compressor i el radiador d’una nevera convencional emeten calor a l’aire ambiental.

Consells. La dissipació de calor del vostre equip pot diferir dels valors indicats. Exemple: el consum d'un ordinador de joc amb un potent processador de vídeo arriba als 500-600 W, un ordinador portàtil - 50-150 W. Sabent els números del programa, és fàcil trobar els valors necessaris: per a un PC de joc, trieu 2 ordinadors estàndard, en lloc d’un portàtil, agafeu 1 receptor de TV.

La calculadora permet excloure el guany de calor de l'aire de subministrament, però triar aquesta pestanya no és del tot correcte. En qualsevol cas, els corrents d’aire circulen per l’habitatge i aporten calor d’altres estances, com la cuina. És millor jugar amb seguretat i incloure’ls en el càlcul de l’aire condicionat, de manera que el seu rendiment sigui suficient per crear una temperatura confortable.

El resultat principal del càlcul de potència es mesura en quilowatts, el resultat secundari es troba en British Thermal Units (BTU). La relació és la següent: 1 kW ≈ 3412 BTU o 3,412 kBTU. Seguiu llegint com es tria un sistema dividit basat en les xifres obtingudes.

Càlcul típic de la potència de l’aire condicionat

Un càlcul típic us permet trobar la capacitat d'un aire condicionat per a una habitació petita: una habitació independent en un apartament o casa de camp, una oficina amb una superfície de fins a 50-70 metres quadrats. m i altres locals situats en edificis de capital. Càlcul de la capacitat de refrigeració Q

(en quilowatts) es produeix segons el mètode següent:

Q = Q1 + Q2 + Q3

La potència del condicionador d'aire ha d'estar dins de l'abast Qrange

des de
–5%
abans
+15%
capacitat de disseny
Q
.

Un exemple de càlcul típic de la potència d’un aparell d’aire condicionat

Calculem la capacitat del condicionador d'aire per a una sala d'estar amb una superfície de 26 m². m amb una alçada del sostre de 2,75 m en la qual viu una persona, i també disposa d’un ordinador, TV i una petita nevera amb un consum màxim d’energia de 165 watts. L'habitació està situada al costat assolellat. L’ordinador i el televisor no funcionen al mateix temps, ja que els fa servir la mateixa persona.

• En primer lloc, determinem els guanys de calor de la finestra, les parets, el terra i el sostre. Coeficient q

  tria igual
  40
  , ja que l'habitació està situada al costat assolellat:

  Q1 = S * h * q / 1000 = 26 metres quadrats m * 2,75 m * 40/1000 = 2,86 kW

  .

• Els guanys de calor d’una persona en estat tranquil seran 0,1 kW
  .
  Q2 = 0,1 kW
• A continuació, trobarem els guanys de calor dels electrodomèstics. Com que l'ordinador i el televisor no funcionen al mateix temps, només cal tenir en compte un d'aquests dispositius en els càlculs, és a dir, el que genera més calor. Es tracta d’un ordinador, a partir del qual es dissipa la calor 0,3 kW
  ... La nevera genera al voltant del 30% del consum màxim d’energia en forma de calor, és a dir
  0,165 kW * 30% / 100% ≈ 0,05 kW
  .
  Q3 = 0,3 kW + 0,05 kW = 0,35 kW
• Ara podem determinar la capacitat estimada del condicionador d'aire: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 2,86 kW + 0,1 kW + 0,35 kW = 3,31 kW
• Rang de potència recomanat Qrange
  (a partir de
  -5%
  abans
  +15%
  capacitat de disseny
  Q
  ):
  Abast de 3,14 kW

Ens queda triar un model de potència adequada. La majoria dels fabricants produeixen sistemes dividits amb capacitats properes a la gamma estàndard: 2,0

kW;
2,6
kW;
3,5
kW;
5,3
kW;
7,0
kW. D’aquesta gamma escollim un model amb capacitat
3,5
kW.

BTU

(
BTU
) - British Thermal Unit (Unitat tèrmica britànica). 1000 BTU / hora = 293 W.
BTU / hora
.

Mètode i fórmules de càlcul

Per part d’un usuari escrupolós, és molt lògic no confiar en els números obtinguts en una calculadora en línia. Per comprovar el resultat del càlcul de la potència de la unitat, utilitzeu el mètode simplificat proposat pels fabricants d’equips de refrigeració.

Per tant, el rendiment fred necessari d’un aparell d’aire condicionat domèstic es calcula mitjançant la fórmula:

Explicació de les designacions:

• Qtp: flux de calor que entra a l'habitació des del carrer a través de les estructures de l'edifici (parets, terres i sostres), kW;
• Ql - dissipació de calor dels llogaters d'apartaments, kW;
• Qbp: entrada de calor dels electrodomèstics, kW.

És fàcil esbrinar la transferència de calor dels electrodomèstics: busqueu el passaport del producte i trobeu les característiques de la potència elèctrica consumida. Gairebé tota l'energia consumida es converteix en calor.

Un punt important. Una excepció a la regla són les unitats de refrigeració i les unitats que funcionen en mode d’arrencada / parada. En 1 hora, el compressor de la nevera alliberarà a la sala una quantitat de calor igual a 1/3 del consum màxim especificat a les instruccions de funcionament.

El compressor d’una nevera domèstica converteix gairebé tota l’electricitat consumida en calor, però funciona en mode intermitent
Els documents regulatoris determinen l’aportació de calor de les persones:

• 100 W / h d'una persona en repòs;
• 130 W / h: mentre caminava o feia feines lleugeres;
• 200 W / h: durant un esforç físic intens.

Per als càlculs, es pren el primer valor: 0,1 kW. Queda per determinar la quantitat de calor que penetra des de l'exterior a través de les parets mitjançant la fórmula:

• S - el quadrat de la sala refrigerada, m²;
• h és l'alçada del sostre, m;
• q és la característica tèrmica específica referida al volum de l'habitació, W / m³.

La fórmula permet realitzar un càlcul agregat dels fluxos de calor a través de les tanques exteriors d’una casa o apartament particular mitjançant la característica específica q. Els seus valors s’accepten de la següent manera:

1. L'habitació està situada a la part obaga de l'edifici, la superfície de la finestra no supera els 2 m², q = 30 W / m³.
2. Amb una il·luminació i una superfície de vidre mitjana, es pren una característica específica de 35 W / m³.
3. La sala està situada al costat assolellat o té moltes estructures translúcides, q = 40 W / m³.

Un cop determinat el guany de calor de totes les fonts, afegiu els números obtinguts mitjançant la primera fórmula. Compareu els resultats del càlcul manual amb els de la calculadora en línia.

Una àmplia superfície de vidre implica un augment de la capacitat de refrigeració de l’aire condicionat

Quan cal tenir en compte l’entrada de calor de l’aire de ventilació, la capacitat de refrigeració de la unitat augmenta entre un 15-30%, en funció del tipus de canvi. En actualitzar l'entorn aeri 1 vegada per hora, multipliqueu el resultat del càlcul per un factor d'1,16-1,2.

Metodologia per al càlcul del sistema de climatització

Tothom pot calcular independentment la potència necessària de l’aire condicionat mitjançant una fórmula senzilla. En primer lloc, heu d’esbrinar quin serà el flux de calor a l’habitació. Per calcular-los, el volum de l’habitació s’ha de multiplicar pel coeficient de transmissió de calor. El valor d’aquest coeficient oscil·la entre 35 i 40 W i depèn de l’orientació de les obertures de les finestres. A continuació, cal determinar quin tipus d’energia tèrmica emeten els electrodomèstics i l’energia de les persones que estaran constantment a l’habitació. Es resumeixen tots aquests valors de guanys de calor. Augmentem el nombre trobat entre un 15-20% i obtenim la capacitat de refrigeració necessària del sistema climàtic.

Articles i materials relacionats:

Disseny de sistemes de climatitzacióAire condicionat dividit: com triar-lo?Automatització de sistemes de climatització

Un exemple per a una habitació de 20 m². m

Mostrarem el càlcul de la capacitat per a la climatització d’un petit apartament-estudi amb una superfície de 20 m² amb una alçada del sostre de 2,7 m. La resta de dades inicials:

• il·luminació: mitjana;
• nombre de residents: 2;
• panell de TV de plasma: 1 unitat;
• ordinador: 1 PC;
• consum elèctric de la nevera: 200 W;
• la freqüència d 'intercanvi d' aire sense tenir en compte la campana de cuina que funciona periòdicament - 1.

L’emissió de calor dels residents és de 2 x 0,1 = 0,2 kW, procedent dels electrodomèstics, tenint en compte la simultaneïtat: 0,3 + 0,2 = 0,5 kW, des del costat de la nevera: 200 x 30% = 60 W = 0,06 kW. Habitació amb il·luminació mitjana, característica específica q = 35 W / m³. Considerem el flux de calor de les parets:

Qtp = 20 x 2,7 x 35/1000 = 1,89 kW.

El càlcul final de la capacitat de l’aire condicionat és el següent:

Q = 1,89 + 0,2 + 0,56 = 2,65 kW, més el consum de refrigeració per ventilació 2,65 x 1,16 = 3,08 kW.

El moviment de corrents d’aire per la casa durant el procés de ventilació

Important! No confongueu la ventilació general amb la ventilació domèstica. El flux d’aire que entra per les finestres obertes és massa gran i es veu alterat per les ràfegues de vent. Un refrigerador no ha de condicionar i no pot condicionar normalment una habitació on flueix lliurement un volum incontrolat d’aire exterior.

Guany de calor per radiació solar

La determinació del guany de calor per la radiació solar és més complexa i no menys important. El mateix manual us ajudarà, però si s’utilitza la fórmula més senzilla en el cas de les persones, és molt més difícil calcular els guanys de calor solar. Els guanys de calor per insolació es divideixen en flux de calor a través de les finestres i a través d’estructures tancades. Per trobar-los, heu de conèixer l’orientació de l’edifici darrere dels punts cardinals, la mida de la finestra, el disseny dels elements adjunts i totes les altres dades que cal substituir a l’expressió. El càlcul de l’entrada de calor de la radiació solar a través de la finestra es realitza mitjançant l’expressió:

QΔt = (tot + 0,5 • θ • AMC - tp) AOC / ROC

tnar: la temperatura mitjana diària de l'aire exterior, prenem la temperatura de juliol de SNiP 2.01.01-82

θ és un coeficient que mostra canvis en la temperatura de l'aire exterior,

AMC: l'amplitud diària més alta de la temperatura de l'aire exterior al juliol, la prenem de SNiP 2.01.01-82

tp - temperatura de l'aire a l'edifici, la prenem segons SNiP 2.04.05-91

AOC, ROC - zona, i la resistència reduïda a la transferència de calor dels vidres es pren del SNiP II-3-79

Totes les dades s’extreuen de l’aplicació en funció de la latitud geogràfica.

El guany de calor solar a través de l’embolcall de l’edifici es calcula de la següent manera:

Partint de l’experiència personal, us aconsello que feu una placa per calcular els guanys de calor de la radiació solar a Excel o un altre programa, cosa que simplificarà i accelerarà els vostres càlculs. Intenteu sempre calcular el guany de calor solar mitjançant aquest mètode. Una pràctica trista mostra que els clients que indiquen l’orientació de les seves instal·lacions cap als punts cardinals són probablement una excepció que una regla (per tant, els astuts dissenyadors fan servir aquest full d’enganys: l’aportació de calor del sol per al costat foscat és de 30 W / m il·luminació normal de 35 W / m3, per al pis assolellat de 40 W / m d’apartaments i petites oficines. Us aconsello que feu el possible per treure tantes dades com sigui possible i fer el mateix càlcul correcte de l’entrada de calor de la radiació solar.

Selecció d’un aire condicionat per alimentació

Els sistemes dividits i les unitats de refrigeració d'altres tipus es produeixen en forma de línies de models amb productes de rendiment estàndard: 2,1, 2,6, 3,5 kW, etc.Alguns fabricants indiquen la potència dels models en milers d’unitats tèrmiques britàniques (kBTU) - 07, 09, 12, 18, etc. La correspondència de les unitats d’aire condicionat, expressada en quilowatts i BTU, es mostra a la taula.

Referència. De les designacions en kBTU van sortir els noms populars d'unitats de refrigeració de diferents fred, "nou" i d'altres.

Sabent el rendiment requerit en quilowatts i unitats imperials, seleccioneu un sistema dividit d'acord amb les recomanacions:

1. La potència òptima de l’aire condicionat domèstic oscil·la entre -5 ... + 15% del valor calculat.
2. És millor donar un marge petit i arrodonir el resultat cap amunt, fins al producte més proper de la gamma de models.
3. Si la capacitat de refrigeració calculada supera la capacitat del refrigerador estàndard en una centèsima de quilowatt, no hauríeu d’arrodonir-la.

Exemple. El resultat dels càlculs és de 2,13 kW, el primer model de la sèrie desenvolupa una capacitat de refrigeració de 2,1 kW, el segon - 2,6 kW. Triem l’opció núm. 1: un aparell d’aire condicionat de 2,1 kW, que correspon a 7 kBTU.

Exemple dos. A la secció anterior, vam calcular el rendiment de la unitat per a un estudi: 3,08 kW i es va reduir entre les modificacions de 2,6-3,5 kW. Triem un sistema dividit amb una capacitat més alta (3,5 kW o 12 kBTU), ja que el retrocés a un inferior no es mantindrà dins del 5%.

Com a referència. Tingueu en compte que el consum d’energia de qualsevol aparell d’aire condicionat és tres vegades inferior a la seva capacitat de refrigeració. La unitat de 3,5 kW "traurà" uns 1200 W d'electricitat de la xarxa en mode màxim. La raó rau en el principi de funcionament de la màquina frigorífica: “split” no genera fred, sinó que transfereix calor al carrer.

La gran majoria dels sistemes climàtics són capaços de funcionar en 2 modes: refrigeració i calefacció durant la temporada de fred. A més, l’eficiència tèrmica és més elevada, ja que el motor del compressor, que consumeix electricitat, escalfa també el circuit de freó. La diferència de potència en el mode de refrigeració i calefacció es mostra a la taula anterior.

Potència nominal i òptima del condicionador d’aire

valors aproximats de diversos excedents de calor
La potència nominal s’entén com el rendiment mitjà del condicionador d’aire per al funcionament en fred. Però, en cada cas individual, cal calcular la potència òptima, que, idealment, hauria de coincidir tant com sigui possible amb la primera.

Els fabricants seleccionen els valors nominals per a cada tipus de dispositiu de refrigeració:

• Els blocs de finestres solen tenir les següents posicions estàndard: 5, 7, 9, 12, 18, 24;
• Les divisions de paret corresponen a la gamma de models d'aquesta versió: 7, 9, 12, 18, 24. De vegades, algunes marques produeixen models no estàndard amb els següents valors nominals: 8, 10, 13, 28, 30;
• Els cassets estan en aquest ordre: 18, 24, 28, 36, 48, 60. Fila personalitzada: 34, 43, 50, 54;
• Les divisions de canals comencen amb un rang de capacitat de 12 models i, de vegades, acaben amb 200;
• Les instal·lacions de consoles tenen la varietat següent: 18, 24, 28, 36, 48, 60. En una versió no estàndard: 28, 34, 43, 50, 54;
• Les columnes comencen a partir de 30 i arriben a 100 o més.

Aquesta llista no és casual. Ja s’ha tingut en compte la selecció d’un aparell d’aire condicionat i la seva capacitat per l’àrea de l’habitació i per l’alçada dels sostres i per les entrades de calor de l’equipament domèstic, la il·luminació elèctrica, les persones, els terrats amb parets, oberts. finestres i ventilació.

Càlcul del balanç de calor

Recentment, hi ha hagut una tendència constant cap a un augment de l’ús de convertidors de freqüència a les empreses industrials, en el camp de l’energia, la indústria del petroli i el gas, els serveis públics, etc. Això es deu al fet que la regulació de freqüència de l’accionament elèctric permet estalviar significativament electricitat i altres recursos de producció, garanteix l’automatització dels processos tecnològics i augmenta la fiabilitat del sistema en general. Els convertidors de freqüència s’utilitzen tant en projectes nous com en la modernització de la producció.Una àmplia gamma de capacitats i diverses opcions per als sistemes de control us permeten triar una solució per a gairebé qualsevol tasca.

Tanmateix, amb tots els avantatges evidents dels convertidors de freqüència, tenen característiques que, sense restar-ne els mèrits, requereixen un ús addicional de dispositius especials. Aquests dispositius són filtres d’entrada i sortida i estranguladors.

Fig. 1. L’ús de filtres d’entrada i sortida en circuits amb convertidor de freqüència.

Els accionaments elèctrics són una font d’interferència coneguda. Els filtres d’entrada estan dissenyats per minimitzar la captació i les interferències tant dels equips electrònics com dels mateixos, cosa que permet complir els requisits de compatibilitat electromagnètica. La tasca de reduir la influència sobre la xarxa elèctrica de les distorsions harmòniques que sorgeixen durant el funcionament dels convertidors de freqüència es resol mitjançant la instal·lació de bobines de línia davant dels convertidors de freqüència i de CC. AMBsufocador de línia a l'entrada del convertidor de freqüència també redueix la influència del desequilibri de fase de la tensió d'alimentació.

Els filtres de sortida s’utilitzen per protegir l’aïllament, reduir el soroll acústic del motor i les interferències electromagnètiques d’alta freqüència en el cable del motor, els corrents de rodament i les tensions de l’eix, ampliant així la vida del motor i els períodes de manteniment. Els filtres de sortida inclouen filtres dU / dt i filtres d’ona sinusoïdal.

Cal tenir en compte que els filtres d’ona sinusoïdal es poden utilitzar amb una freqüència de commutació superior al valor nominal, però no es poden utilitzar si la freqüència de commutació és més d’un 20% inferior al valor nominal. Els filtres DU / dt es poden utilitzar amb una freqüència de commutació inferior al valor nominal, però s’han d’evitar amb una freqüència de commutació superior al valor nominal, ja que això provocarà un sobreescalfament del filtre.

Degut al fet que els filtres / sufocadors s’han d’ubicar el més a prop possible del convertidor de freqüència, se solen col·locar junts amb ell al mateix armari de potència, on també hi ha la resta d’elements de commutació i control.

Fig. 2. Armari amb convertidor de freqüència, filtres i dispositius de commutació.

S'ha d'entendre que els potents filtres de potència i els estranguladors generen una quantitat important de calor durant el funcionament (tant el nucli com el bobinatge s'escalfen). Depenent del tipus de filtre, les pèrdues poden arribar al percentatge de la potència de càrrega. Per exemple, un sufocador de línia trifàsic SKY3TLT100-0.3 fabricat per l’empresa txeca Skybergtech té una caiguda de tensió del 4% en una xarxa de 380 volts que, amb un corrent de funcionament de 100 A, crea una pèrdua de potència de 210 W. La potència del motor elèctric a aquest corrent serà aproximadament de 55 kW, és a dir, la pèrdua de potència absoluta a través del sufocador serà petita, inferior al 0,5%. Però com que aquesta pèrdua d’energia s’allibera en un armari tancat, cal prendre mesures especials per eliminar la calor.

La quantitat de calor generada és, per regla general, proporcional a la potència, però també depèn de les característiques de disseny de l'element de bobinatge. Els filtres d'ona sinusoïdal generaran més calor que, per exemple, els filtres dU / dt, ja que tenen condensadors i condensadors més grans per proporcionar un suavitzat més eficaç i una supressió d'alta freqüència. La resistència activa del bobinatge presenta pèrdues importants. Sovint, per estalviar diners, els fabricants utilitzen un filferro de bobina d’una secció més petita, de vegades no de coure, sinó d’alumini. El termograma (figura 3) mostra 2 filtres sinusoïdals de la mateixa potència, però de fabricants diferents. Tots dos filtres tenen la mateixa pèrdua de potència, però es veu clarament que els bobinatges del filtre de l’esquerra s’escalfen més i el filtre de la dreta té un nucli. Naturalment, sent altres coses iguals, el filtre de la dreta durarà més que el de l’esquerra.el sobreescalfament del bobinat té un efecte molt més gran sobre la durabilitat del filtre a causa d'un augment dels corrents de fuita a causa de l'aparició de microesquerdes a l'aïllament dels bobinats.

Fig. 3 Termograma de filtres sinusals de diferents fabricants.

També cal tenir en compte que l’ús de diferents materials bàsics també afecta fortament la pèrdua d’energia, és a dir, la dissipació de calor. Això és especialment cert en presència d’interferències d’alta freqüència al circuit. Així doncs, el fabricant txec Skybergtech produeix dos tipus de filtres amb els mateixos paràmetres SKY3FSM110-400E i SKY3FSM110-400EL-Rev. A. En el segon model de filtre, s'utilitza un nucli fet amb un material millor, a causa del qual la pèrdua de potència es redueix al voltant d'un 10%. Cal tenir en compte que el cost d’un filtre amb els millors paràmetres tèrmics és gairebé un 80% superior al cost d’un analògic. Per tant, a l’hora d’escollir un filtre també s’ha de parar atenció al factor econòmic.

Un escalfament significatiu dels filtres de potència a potència nominal pot estar dins de les toleràncies del fabricant, però, no obstant això, juntament amb la generació de calor, cal tenir en compte els convertidors de freqüència (FC) a l’hora de calcular l’equilibri tèrmic de l’armari de potència. Els inversors moderns tenen una eficiència del 97-98% i, per regla general, són la principal font de generació de calor en un armari, però no l’única. A més de l’inversor, el filtre emet la calor, l’estrangulador d’entrada, l’estrangulador del motor o el filtre sinusoïdal, els contactors i fins i tot el motor del ventilador de refrigeració. Per tant, no n’hi ha prou amb confiar només en la dissipació de calor del propi inversor per calcular el flux de bufat requerit.

L’incompliment del règim de temperatura pot comportar conseqüències desagradables i, de vegades, molt greus, des d’una reducció de la vida útil de l’equip fins al seu incendi. Per tant, és de màxima importància mantenir la temperatura òptima als armaris dels equips. Hi ha moltes maneres de solucionar aquest problema: utilitzant un armari d’un volum diferent, utilitzant flux d’aire forçat, intercanviadors de calor especials (inclòs el refredament de líquids) i condicionadors d’aire. En aquest article, ens centrarem en les característiques del càlcul del refredament forçat d’aire.

Els fabricants d’armaris elèctrics tenen mitjans especials per calcular les condicions tèrmiques (per exemple, el programari ProClima de SchneiderElectric o el programari RittalPower Engineering de RittalTherm). Permeten tenir en compte la dissipació de calor de tots els elements de l’armari, inclosos els interruptors automàtics, contactors, etc. Es té en compte el disseny de l’armari, les seves dimensions i la seva ubicació respecte a altres armaris.

Aquests programes s’han creat per calcular les condicions tèrmiques d’armaris específics d’un fabricant determinat. tenir en compte les seves característiques de disseny, material, etc. No obstant això, utilitzant aquests programes, és molt possible fer un càlcul aproximat per a un gabinet arbitrari, si coneixeu certs paràmetres inicials.

En aquest cas, cal tenir en compte tant les fonts d’alliberament de calor (pèrdues de potència de l’equip) com la zona de la carcassa (la superfície de l’armari). Cal conèixer les dades sobre les pèrdues de potència de tots els dispositius integrats, les dimensions de l’armari de commutació. També cal establir els valors de la temperatura mínima / màxima fora de l’armari, la humitat i l’altitud (serà necessària per determinar el cabal d’aire requerit). La humitat relativa s’utilitza per determinar el punt de rosada, la temperatura per sota de la qual comença a formar-se la condensació. Cal guiar-se per determinar la temperatura mínima permesa a l’armari (Fig. 4).

Fig. 4 Taula de determinació del punt de rosada

L’objectiu del càlcul és determinar la necessitat d’un flux d’aire / refrigeració / escalfament forçat, en què la temperatura interna calculada a partir de la pèrdua de potència estigui dins de les temperatures de funcionament màximes / mínimes admissibles per als dispositius de l’armari.

El càlcul del balanç tèrmic d’un armari de potència amb convertidors de freqüència consta de diverses etapes.En la primera fase, cal calcular la superfície efectiva de transferència de calor Se. La superfície de l’armari està en contacte amb l’entorn, la temperatura del qual és diferent de la temperatura de l’armari. L’àrea d’intercanvi de calor efectiva Se depèn de les dimensions geomètriques i de la ubicació de l’armari, el coeficient de cada element superficial es selecciona a la taula (figura 5), ​​d’acord amb la norma IEC 60890.

Figura 5: Taula de selecció del coeficient b per determinar l'àrea efectiva de la capa

La superfície efectiva total de la closca és:

Se =S(S0 x b)

En la segona etapa, es calcula la potència de les pèrdues de calor generades per l'equip dins de l'armari. La producció de calor de l’armari es defineix com la suma de les pèrdues de potència dels elements individuals instal·lats a l’armari.

Q = Q1 + Q2 + Q3….

Les pèrdues de calor dels equips instal·lats individuals es poden especificar per les seves característiques elèctriques. Per a equips i conductors amb càrrega parcial, la pèrdua de potència es pot determinar mitjançant la fórmula següent:

Q = Qn x (Ib / In) 2, on

Q - pèrdues de potència activa;

Qn: pèrdua de potència nominal (a In);

Ib és el valor real del corrent;

Corrent nominal.

A més, tenint en compte els valors coneguts de les temperatures ambientals (Temin, Temax), podeu trobar les temperatures màxima i mínima a l’interior de l’armari:

Ti màx (° C) = Q / (K x Se) + Te màx

Ti min (° C) = Q / (K x Se) + Te min, on

K és una constant que té en compte el material de la closca. Per a alguns materials comuns que s’utilitzen per a la fabricació d’armaris, tindrà els següents valors:

K = 12 W / m2 / ° C per a la funda d'alumini

K = 5,5 W / m2 / ° C per a funda metàl·lica pintada;

K = 3,7 W / m2 / ° C per a una funda d'acer inoxidable;

K = 3,5 W / m2 / ° C per a la funda de polièster.

Designem els valors de temperatura requerits a l’interior de l’armari com Tsmin i Tsmax.

A continuació, prenem una decisió sobre l’elecció del sistema de manteniment del microclima necessari:

1) Si el valor màxim de temperatura calculat supera el configurat (Timax> Tsmax), és necessari proporcionar un sistema de ventilació forçada, un bescanviador de calor o un aire condicionat; la potència del sistema es pot determinar a partir de l’expressió:

Refredament = Q - K x Se x (Ts max - Te max)

A partir d’aquí es pot calcular el flux d’aire requerit:

V (m3 / h) = f x Refredament / (Ts max - Te max), on

f - factor de correcció (factor f = Сp х ρ, producte de la calor específica i de la densitat de l’aire al nivell del mar). Per a diferents altituds sobre el nivell del mar, el coeficient f té els valors següents:

de 0 a 100 m f = 3,1

de 100 a 250 m f = 3,2

de 250 a 500 m f = 3,3

de 500 a 350 m f = 3,4

de 750 a 1000 m f = 3,5

2) Si el valor màxim de temperatura calculat és inferior al màxim especificat (Timax

3) Si el valor mínim de la temperatura calculada és inferior al configurat (Ti min

Pheating = K x Se (Tsmin - Te min) - Q

4) Si el valor mínim de la temperatura calculada és superior al valor establert (Ti min> Ts min), el sistema de control del microclima no és necessari.

A l’hora de calcular el flux d’aire generat pel ventilador, s’han de tenir en compte les pèrdues de càrrega causades pels components d’escapament (reixa i filtre de distribució d’aire, presència o absència d’una reixa de ventilació).

Quan es projecta, s’ha d’assegurar una distribució uniforme de les pèrdues d’energia dins del recinte (armari) i la ubicació de l’equip incorporat no ha d’impedir la circulació de l’aire. L’incompliment d’aquestes regles requerirà càlculs tèrmics més complexos per eliminar la probabilitat de sobreescalfament local i l’efecte bypass. Els accessoris s'han de dimensionar de manera que la intensitat efectiva dels circuits ASSEMBLY no superi el 80% de la intensitat nominal In dels dispositius.

Considerem el càlcul del balanç de calor mitjançant un exemple específic.

Dades inicials: Disposem d’un armari de xapa d’acer pintat de 2 m d’alçada, 1 m d’amplada i 0,6 m de profunditat, que està dret seguit. L’armari conté 2 convertidors de freqüència, dos filtres de xarxa i dos filtres sinusoïdals de sortida, a més d’elements de commutació, però a causa de la seva baixa dissipació de potència en relació amb l’equip especificat, podem descuidar-los. La temperatura ambient ambiental pot variar de -10 a + 32 ° C. Humitat relativa 70%. La temperatura màxima admissible a l’interior de l’armari és de + 40 ° C. Per tal d’evitar la condensació, la temperatura mínima permesa a l’armari ha de ser com a mínim el punt de rosada, és a dir,en el nostre cas a 26 ° C (Fig. 4)

Càlcul:

D'acord amb la taula (Fig. 5), l'àrea efectiva total de la closca serà igual a:

Se =SS0 x b = 1,4 (1x0,6) +0,5 (2x0,6) +0,5 (2x0,6) +0,9 (2x1) +0,9 (2x1) = 5,64 m2

Basant-nos en la potència dissipada coneguda dels elements d'equips individuals, trobem el seu valor total. Per a un convertidor de freqüència, l’eficiència del qual és del 97-98%, prenem el 3% de la potència nominal declarada per a la dissipació de potència. Atès que el disseny té en compte que la càrrega màxima no ha de superar el 80% del valor nominal, el coeficient 0,8 és aplicable per a la correcció de la potència tèrmica total:

Q = 1650 × 2 + 340 × 2 + 260 × 2 = 4500x0,8 = 3600 W

A més, tenint en compte els valors coneguts de les temperatures ambientals (Te min, Te max), trobem els valors màxim i mínim de la temperatura a l'interior de l'armari sense refredament:

Ti màx (° C) = 3600 / (5,5 x5,64) + 32 = 148,05 ° C

Ti min (° C) = 3600 / (5,5 x5,64) - 10 = 106,05 ° C

Com que el valor màxim de temperatura calculat és significativament superior al valor predefinit (148,05 ° C> 40 ° C), és necessari preveure una ventilació forçada, la potència de la qual serà igual a:

Refredament = 3600 - 5,5 × 5,64 x (40 - 32) = 3351,84 W

Ara podem calcular el rendiment de bufat requerit. Per tenir en compte les pèrdues de càrrega causades pels components d’escapament (reixa de distribució d’aire, filtre), establirem un marge del 20%. Com a resultat, trobem que per mantenir l’equilibri de temperatura de l’armari dins dels valors especificats, es produeix un flux d’aire amb una capacitat de:

V = 3,1x 3351,84 / (40 - 32) = 1298,8x 1,2 = 1558,6 m3 / h

Aquest flux d’aire es pot assegurar instal·lant diversos ventiladors, el flux d’aire del qual es resumeix. Podeu utilitzar, per exemple, ventiladors Sunon A2179HBT-TC. Tot i això, també s’ha de tenir en compte la caiguda del rendiment en presència de resistència al flux dels elements instal·lats de l’armari. Tenint en compte aquest factor, en el nostre cas serà possible instal·lar 2 ventiladors EB2-PAPST W2E208-BA20-01 o 4 ventiladors A2179HBT-TC de Sunon. A l’hora d’escollir el nombre i la ubicació dels ventiladors, s’ha de tenir en compte que la seva connexió en sèrie augmenta la pressió estàtica i la connexió paral·lela augmenta el flux d’aire.

El refredament per aire forçat es pot realitzar traient aire escalfat (ventilador instal·lat a la sortida) del volum de l’armari o bufant aire fred (ventilador a l’entrada). L’elecció del mètode requerit es fa millor a la fase inicial de disseny. Cadascun d'aquests mètodes té els seus pros i els seus contres. La injecció d’aire permet un bufat més eficient dels elements més calents, si es troben correctament situats i cauen al corrent d’aire principal. L’augment de la turbulència del flux augmenta la dissipació general de calor. A més, la sobrepressió generada per la descàrrega impedeix l’entrada de pols a la carcassa. En el cas de la ventilació d’escapament, a causa de la pressió reduïda en el volum de l’armari, s’entra la pols per totes les ranures i obertures. Quan el ventilador es troba a l’entrada, el seu propi recurs també augmenta, ja que funciona en un flux d’aire fred d’entrada. No obstant això, quan el ventilador està situat al costat de l’escapament, la calor del propi funcionament es dissipa immediatament a l’exterior i no afecta el funcionament de l’equip. A més, a causa del petit buit creat durant la ventilació de l’escapament, l’aire és aspirat no només a través de l’obertura d’entrada principal, sinó també a través d’altres obertures auxiliars. Situat òptimament a prop de les fonts de calor, proporciona un millor control del flux.

Quan instal·leu ventiladors a l’entrada, es recomana col·locar-los a la part inferior del recinte. A la part superior de l’armari s’ha de col·locar una graella de sortida d’aire a través de la qual s’elimini l’aire escalfat. La reixa de sortida d’aire ha de tenir el grau de protecció necessari, que garanteixi el funcionament normal de la instal·lació elèctrica.Cal tenir en compte que la instal·lació d’un filtre d’escapament de la mateixa mida que el ventilador redueix el rendiment real del ventilador en un 25-30%. Per tant, la sortida del filtre ha de ser més gran que l’entrada del ventilador.

Quan instal·leu un ventilador a la sortida, es col·loquen a la part superior de l'armari. Les entrades d’aire es troben a la part inferior i, a més, a prop de les fonts de generació de calor més intensa, cosa que facilita el seu refredament.

Afegim que l’elecció del mètode de bufat requerit queda en mans dels dissenyadors, que, tenint en compte tots els factors anteriors, el grau de protecció IP requerit i les característiques de l’equip, han de triar el més adequat. La importància d’assegurar la temperatura òptima als armaris dels equips és indiscutible. La metodologia de càlcul donada, basada en els mètodes proposats pels dissenyadors dels recintes de Schnaider Electric, Rittal d’acord amb la norma IEC 60890, permet algunes simplificacions, l’ús de valors empírics, però permet, amb la suficient fiabilitat, realitzar una pràctica pràctica. càlcul del sistema per mantenir l'equilibri tèrmic òptim dels armaris de potència amb convertidors de freqüència i filtres de potència.

Autors: Ruslan Cherekbashev, Vitaly Khaimin

Literatura

1. Haimin V., Bahar E. Filtres i estranguladors de l'empresa Skybergtech // Electrònica de potència. 2014. núm. 3.

2. IEC / TR 60890 (2014) Conjunts per a aparells de baix voltatge. Mètode de verificació de l’augment de temperatura mitjançant càlcul

3. Catàleg Sarel. Control de temperatura en quadres. www.schneider-electric.ru

4. Normes per a la creació de GCC segons GOST R IEC 61439. Biblioteca tècnica Rittal.

5. Refredament d'armaris i processos de control. Biblioteca Tècnica Rittal 2013.

6. Vikharev L. Com treballar per no cremar-se a la feina. O breument sobre els mètodes i sistemes de refrigeració de dispositius semiconductors. Segona part // Electrònica de potència. 2006. núm. 1.

Càlcul de la potència consumida pel PC, segons els valors del passaport del consum d'energia dels nodes

Quan sorgeix la pregunta "Quanta calor genera el meu equip?", Primer intentem trobar dades sobre la dissipació de calor dels nodes que es troben a la funda del vostre PC. Però aquestes dades no es troben enlloc. El màxim que trobem són els corrents consumits pels nodes al llarg dels circuits d’alimentació 3.3; cinc; 12 V. I fins i tot llavors no sempre.

Aquests valors dels corrents de consum sovint tenen valors màxims i estan destinats més aviat a triar una font d'alimentació per excloure la seva sobrecorrent.

Com que tots els dispositius de l’ordinador funcionen amb corrent continu, no hi ha cap problema a l’hora de determinar el consum d’energia pic (exactament pic) del vostre node. Per fer-ho, només cal determinar la suma de les potències consumides en cada línia, multiplicant el corrent i el voltatge consumits al llarg del circuit (crido la vostra atenció, no s’apliquen factors de conversió: corrent continu).

Ptot = P5v + P12v = I5v * U5v + I12v * U12v

Com heu entès, es tracta d’una estimació molt aproximada, que a la vida real gairebé mai es realitza, ja que tots els nodes de l’ordinador no funcionen al mateix temps en mode pic. El sistema operatiu funciona amb nodes de PC segons certs algoritmes. La informació es llegeix, es processa - s’anota - una part d’ella es mostra als mitjans de control. Aquestes operacions es realitzen en paquets de dades.

A Internet, hi ha moltes estimacions del valor del consum màxim d’energia extret de les característiques dels nodes.

Els càlculs que es van fer fa 2-3 anys, en principi, no es corresponen amb la situació actual. Perquè al llarg dels anys, els fabricants han modernitzat els seus nodes, cosa que ha provocat una disminució del consum d'energia.

Les dades més recents es mostren a la taula 1.

Taula 1.

Veiem que les dades tenen una dispersió molt àmplia, la determina el model específic del vostre node. Els nodes de diferents fabricants, especialment els produïts en diferents moments, tenen un ampli ventall de consum d'energia. En principi, podeu fer el càlcul vosaltres mateixos.

El càlcul de la potència consumida pel PC es realitza en diverses etapes.

És:

1. Recopilant informació sobre la potència consumida pel node,
2. Càlcul del consum d'energia total i selecció de l'alimentació,
3. Càlcul del consum total del PC (tenint en compte la font d'alimentació).

Una part integral del càlcul de la dissipació de calor és el càlcul de la potència consumida per l'ordinador. A partir del qual es determina la potència de la font d'alimentació, se selecciona un model específic, després del qual s'estima la seva dissipació de calor. Per tant, quan es realitza un càlcul tèrmic, cal recollir primer dades sobre la potència consumida pels nodes de l’ordinador.

Però fins ara, fins i tot el consum d’energia no sempre ve donat pels fabricants de components de l’ordinador, de vegades el valor de la tensió d’alimentació i el consum de corrent d’aquesta tensió s’indiquen a la placa de paràmetres. Com s'ha esmentat anteriorment, en corrent continu, que s'utilitza per alimentar els nodes de l'ordinador, el producte de la tensió d'alimentació i el corrent consumit a una tensió determinada indiquen el consum d'energia.

Basant-se en el consum total d’energia (prenent-lo com a potència de dissipació de calor), és possible realitzar un càlcul preliminar o aproximat del sistema de refrigeració. Aquest càlcul proporcionarà més aviat un refredament excessiu del vostre PC, que en condicions de càrrega elevada i, en conseqüència, el màxim alliberament de calor proporciona una aproximació a l'alliberament de calor real i proporcionarà un refredament normal. Però quan s’utilitza el PC per a aplicacions normals (que no requereixen molts recursos), el sistema de refrigeració calculat d’aquesta manera és clarament redundant i assegurar el funcionament normal dels nodes del PC crea molèsties a l’usuari a causa de l’augment del nivell de soroll.

En primer lloc, heu de saber que el consum d'energia i la dissipació de calor dels nodes estan directament relacionats.

La potència de dissipació de calor dels components electrònics no és igual al consum d'energia, però es relacionen entre si a través del factor de pèrdua de potència de la unitat.

Hi ha moltes publicacions sobre com realitzar aquest càlcul, hi ha llocs especials a Internet per fer aquest càlcul. Però encara hi ha preguntes sobre la seva implementació.

Per què?

I perquè no només és difícil trobar la potència de dissipació de calor del fabricant, sinó que fins i tot no sempre se sap la potència consumida pel node que ens interessa. Potser simplement tenen por de citar-los pel fet que el seu valor no és inestable durant el funcionament i depèn significativament del mode de funcionament. La diferència pot ser fins a deu vegades i, de vegades, fins i tot més.

Sembla que no volen aclaparar els usuaris amb informació "innecessària". I encara no he trobat cap dada per als fabricants.

Recomanacions per triar el tipus d'aire condicionat

Aire condicionat del gabinet del servidor
Les condicions de funcionament difícils amb càrrega contínua no poden suportar tots els sistemes climàtics. Ha d’estar equipat amb filtre de pols, deshumidificador, kit d’hivern. Una de les opcions de refrigeració per aire és un armari de servidor amb aire condicionat. El disseny no requereix drenatge de condensats, la unitat exterior és compacta. La unitat interior s’instal·la verticalment o horitzontalment dins d’un armari de servidors.

Requisits dels aparells d’aire condicionat

Quan es manté el clima a les sales de servidors, és important el bon funcionament dels aparells d’aire condicionat. Les avaries i les reparacions deixaran els equips de telecomunicacions sense refredar durant molt de temps. El principi de rotació i reserva permet complir el requisit. A la sala s’instal·len diverses unitats de control del clima, connectades a una xarxa mitjançant un dispositiu rotatiu. Si falla un aire condicionat, l'opció de còpia de seguretat s'activa automàticament.

L’encesa alternada dels blocs us permet equilibrar la càrrega i garantir uns paràmetres climàtics òptims. En aquest mode, el tècnic s’atura alternativament per al descans i el manteniment.

La unitat de rotació ajuda a controlar l’aire condicionat de les sales de servidors. Alterna automàticament l’encesa de les unitats de treball, si cal, connecta un dispositiu de còpia de seguretat. La segona opció de control és la instal·lació de sensors, les lectures dels quals es mostren al monitor de l'ordinador. No haureu d'abandonar el lloc de treball per determinar les condicions a la sala de servidors. Tota la informació en forma de taules i gràfics va a l’ordinador. Els missatges s’acompanyen d’un senyal de so.

Sistemes dividits

Esquema del dispositiu de l’aire condicionat de columna
Per mantenir els paràmetres especificats a les sales del servidor, s’utilitzen sistemes dividits. Els sistemes domèstics o semiindustrials d’alta potència s’instal·len en habitacions petites amb un alliberament de calor de fins a 10 kW. Pel tipus d'instal·lació, són:

• Muntat a la paret: una opció versàtil i assequible. La productivitat és de 2,5-5 kW; es selecciona un model en el qual es proporciona una longitud significativa de la línia de freó. Els fabricants recomanats són Daikin, Toshiba i Mitsubishi Electric.
• Conductes: els dispositius es col·loquen sota un fals sostre, estalvien espai i proporcionen un intercanvi d’aire eficaç. Apte per a sales de servidors grans. L’aire condicionat per conductes subministra aire fred directament als bastidors.
• Columna: sistemes potents en forma d’armaris s’instal·len a terra, no requereixen instal·lació.

Sistemes climàtics de precisió

Els aparells d’aire condicionat de precisió de sala de servidors són equips professionals. Els complexos climàtics tenen un alt recurs de funcionament continu, permeten mantenir paràmetres òptims de temperatura i humitat. Un dels avantatges de l’equip és la precisió, ja que els indicadors climàtics en grans locals tenen fluctuacions no superiors a l’1 ° C i al 2%. A les sales de servidors, s’instal·len models d’armaris i sostres. Els primers es distingeixen per les seves voluminoses dimensions, la seva potència és de 100 kW. Els sistemes de sostre són menys eficients (20 kW) i s’instal·len a habitacions on no és possible col·locar aparells d’aire condicionat.

Tipus de dispositius climàtics de precisió

Els complexos climàtics poden ser monobloc i separats segons el tipus de sistemes dividits. El sistema es refreda de diverses maneres: per evaporació del circuit de freó, aigua o aire. Fabricants populars: UNIFLAIR, caixa blava.

Plus d’instal·lacions:

• treball ininterromput;
• alta potència dels equips;
• control precís dels components climàtics;
• àmplia gamma de temperatures de funcionament;
• compatibilitat amb control d'enviament.

Contres dels sistemes de precisió:

• preu elevat;
• disseny monobloc sorollós.

Sistema de fan coil de refrigeració

El sistema de climatització utilitza aigua o una barreja d’etilenglicol com a mitjà de calefacció. El principi de funcionament és similar a les instal·lacions amb freó.El refrigerador refreda el líquid que circula a l’intercanviador de calor del ventiloconvulsor i l’aire que passa pel radiador disminueix la temperatura.

• gran actuació;
• versatilitat;
• operació segura i assequible.