Cálculo de sistemas de aire acondicionado para edificios residenciales y públicos (página 1)

Calculadora en línea para calcular la capacidad de enfriamiento

Para seleccionar de forma independiente la potencia de un acondicionador de aire doméstico, use el método simplificado para calcular el área de la habitación refrigerada, implementado en la calculadora. Los matices del programa en línea y los parámetros ingresados ​​se describen a continuación en las instrucciones.

Nota. El programa es adecuado para calcular el rendimiento de enfriadores domésticos y sistemas divididos instalados en oficinas pequeñas. La climatización de locales en naves industriales es una tarea más compleja, resuelta con la ayuda de sistemas de software especializados o el método de cálculo de SNiP.

Ganancia de calor del equipo

Las ganancias de calor de los equipos y motores eléctricos dependen directamente de su potencia y se determinan a partir de la expresión:

Q = N * (1-eficiencia * k3),

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

donde N es la potencia del equipo, kWk1, k2, k3 son los factores de carga (0.9 - 0.4), demanda (0.9 - 0.7) y operación simultánea (1 - 0.3),

kt - coeficiente de transferencia de calor a la habitación 0.1 - 0.95

Estos coeficientes no son los mismos para diferentes equipos y se toman de diferentes libros de referencia. En la práctica, todos los coeficientes y la eficiencia de los dispositivos se especifican en los términos de referencia. En la ventilación industrial, puede haber más ganancias de calor de los equipos que de cualquier otra cosa.

Dependencia de la eficiencia de un motor eléctrico de su potencia:

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 En cuanto a la ventilación doméstica, es recomendable tomar la potencia y el caudal de aire de los pasaportes del equipo, pero sucede que no hay datos y si la industria no puede prescindir de los tecnólogos, aquí está permitido para tomar valores aproximados de las ganancias de calor de los equipos, que se pueden encontrar en todo tipo de libros de referencia y manuales, por ejemplo:

• Disipación de calor de computadoras 300-400 W
• cafeteras 300 W
• impresoras laser 400w
• hervidor eléctrico 900-1500 W
• fotocopiadora 500-600 W
• freidoras 2750-4050 W
• servidores 500-100 W
• tostadora 1100-1250 W
• Televisor 150 W
• parrilla 13.500 W / m2 de superficie
• frigorífico 150 W
• estufas eléctricas 900-1500 W / m2 de superficie

Cuando hay una campana extractora en la cocina, la ganancia de calor de la estufa se reduce en 1.4.

Instrucciones para usar el programa

Ahora explicaremos paso a paso cómo calcular la potencia del aire acondicionado en la calculadora presentada:

1. En los primeros 2 campos, ingrese los valores para el área de la habitación en metros cuadrados y la altura del techo.
2. Seleccione el grado de iluminación (exposición al sol) a través de las aberturas de las ventanas. La luz del sol que penetra en la habitación también calienta el aire; este factor debe tenerse en cuenta.
3. En el siguiente menú desplegable, seleccione la cantidad de inquilinos que permanecerán en la habitación durante un período prolongado.
4. En las pestañas restantes, seleccione la cantidad de televisores y computadoras personales en la zona de aire acondicionado. Durante el funcionamiento, estos electrodomésticos también generan calor y están sujetos a contabilidad.
5. Si se instala un refrigerador en la habitación, ingrese el valor de la potencia eléctrica del electrodoméstico en el penúltimo campo. La característica es fácil de aprender del manual de instrucciones del producto.
6. La última pestaña le permite tener en cuenta el suministro de aire que ingresa a la zona de enfriamiento debido a la ventilación. Según los documentos reglamentarios, la multiplicidad recomendada para locales residenciales es 1-1.5.

Para referencia. La tasa de intercambio de aire muestra cuántas veces durante una hora se renueva por completo el aire de la habitación.

Expliquemos algunos de los matices del correcto llenado de los campos y la selección de pestañas. Al especificar la cantidad de computadoras y televisores, considere el funcionamiento simultáneo de ellos.Por ejemplo, un inquilino rara vez usa ambos dispositivos al mismo tiempo.

En consecuencia, para determinar la potencia requerida del sistema dividido, se selecciona una unidad de electrodomésticos que consume más energía: una computadora. No se tiene en cuenta la disipación de calor del receptor de TV.

La calculadora contiene los siguientes valores para la transferencia de calor de los electrodomésticos:

• Televisor - 0,2 kW;
• computadora personal - 0.3 kW;
• Dado que el refrigerador convierte aproximadamente el 30% de la electricidad consumida en calor, el programa incluye 1/3 de la cifra ingresada en los cálculos.

El compresor y el radiador de un frigorífico convencional emiten calor al aire ambiente.

Consejo. La disipación de calor de su equipo puede diferir de los valores indicados. Ejemplo: el consumo de una computadora para juegos con un potente procesador de video alcanza los 500-600 W, una computadora portátil - 50-150 W. Al conocer los números en el programa, es fácil encontrar los valores necesarios: para una PC para juegos, elija 2 computadoras estándar, en lugar de una computadora portátil, tome 1 receptor de TV.

La calculadora le permite excluir la ganancia de calor del suministro de aire, pero elegir esta pestaña no es del todo correcto. En cualquier caso, las corrientes de aire circulan por la vivienda, trayendo calor de otras estancias, como la cocina. Es mejor ir a lo seguro e incluirlos en el cálculo del aire acondicionado, para que su rendimiento sea suficiente para crear una temperatura agradable.

El resultado del cálculo de potencia principal se mide en kilovatios, el resultado secundario está en Unidades Térmicas Británicas (BTU). La relación es la siguiente: 1 kW ≈ 3412 BTU o 3,412 kBTU. Cómo elegir un sistema dividido en función de las cifras obtenidas, sigue leyendo.

Cálculo típico de la potencia del aire acondicionado.

Un cálculo típico le permite encontrar la capacidad de un acondicionador de aire para una habitación pequeña: una habitación separada en un apartamento o cabaña, una oficina con un área de hasta 50-70 metros cuadrados. my otros locales ubicados en edificios de capital. Cálculo de la capacidad frigorífica Q

(en kilovatios) se produce de acuerdo con el siguiente método:

Q = Q1 + Q2 + Q3

La potencia del acondicionador de aire debe estar dentro del rango Qrange

desde
–5%
antes de
+15%
Capacidad de diseño
Q
.

Un ejemplo de un cálculo típico de la potencia de un acondicionador de aire.

Calculemos la capacidad del aire acondicionado para una sala de estar con un área de 26 metros cuadrados. m con una altura de techo de 2.75 m en el que vive una persona, y además cuenta con computadora, TV y un pequeño refrigerador con un consumo máximo de energía de 165 vatios. La habitación está ubicada en el lado soleado. La computadora y el televisor no funcionan al mismo tiempo, ya que son utilizados por la misma persona.

• Primero, determinamos las ganancias de calor de la ventana, las paredes, el piso y el techo. Coeficiente q

  elige igual
  40
  , dado que la habitación está ubicada en el lado soleado:

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

  .

• Las ganancias de calor de una persona en un estado de calma serán 0,1 kW
  .
  Q2 = 0,1 kW
• A continuación, encontraremos las ganancias de calor de los electrodomésticos. Dado que la computadora y el televisor no funcionan al mismo tiempo, solo uno de estos dispositivos debe tenerse en cuenta en los cálculos, es decir, el que genera más calor. Esta es una computadora, cuya disipación de calor es 0,3 kW
  ... El frigorífico genera alrededor del 30% del consumo máximo de energía en forma de calor, es decir
  0,165 kW * 30% / 100% ≈ 0,05 kW
  .
  Q3 = 0,3 kW + 0,05 kW = 0,35 kW
• Ahora podemos determinar la capacidad estimada del aire acondicionado: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 2,86 kW + 0,1 kW + 0,35 kW = 3,31 kW
• Rango de potencia recomendado Qrange
  (desde
  -5%
  antes de
  +15%
  Capacidad de diseño
  Q
  ):
  Rango de 3,14 kW

Nos queda elegir un modelo de potencia adecuada. La mayoría de los fabricantes producen sistemas divididos con capacidades cercanas al rango estándar: 2,0

kW;
2,6
kW;
3,5
kW;
5,3
kW;
7,0
kW. De esta gama elegimos un modelo con capacidad
3,5
kW.

BTU

(
BTU
) - Unidad Térmica Británica (Unidad Térmica Británica). 1000 BTU / hora = 293 W.
BTU / hora
.

Método de cálculo y fórmulas

Por parte de un usuario escrupuloso, es bastante lógico no confiar en los números obtenidos en una calculadora en línea. Para verificar el resultado del cálculo de la potencia de la unidad, use el método simplificado propuesto por los fabricantes de equipos de refrigeración.

Entonces, el rendimiento en frío requerido de un aire acondicionado doméstico se calcula mediante la fórmula:

Explicación de designaciones:

• Qtp es el flujo de calor que ingresa a la habitación desde la calle a través de las estructuras del edificio (paredes, pisos y techos), kW;
• Ql - disipación de calor de los inquilinos de los apartamentos, kW;
• Qbp: entrada de calor de los electrodomésticos, kW.

Es fácil descubrir la transferencia de calor de los electrodomésticos: busque en el pasaporte del producto y encuentre las características de la energía eléctrica consumida. Casi toda la energía consumida se convierte en calor.

Un punto importante. Una excepción a la regla son las unidades de refrigeración y las unidades que funcionan en modo de arranque / parada. En 1 hora, el compresor del frigorífico liberará en la habitación una cantidad de calor igual a 1/3 del consumo máximo especificado en las instrucciones de funcionamiento.

El compresor de un frigorífico doméstico convierte casi toda la electricidad consumida en calor, pero funciona en modo intermitente
La entrada de calor de las personas está determinada por documentos reglamentarios:

• 100 W / h de una persona en reposo;
• 130 W / h - mientras camina o realiza un trabajo ligero;
• 200 W / h - durante un esfuerzo físico intenso.

Para los cálculos, se toma el primer valor: 0,1 kW. Queda por determinar la cantidad de calor que penetra desde el exterior a través de las paredes mediante la fórmula:

• S - el cuadrado de la habitación enfriada, m²;
• h es la altura del techo, m;
• q es la característica térmica específica referida al volumen de la habitación, W / m³.

La fórmula le permite realizar un cálculo agregado de los flujos de calor a través de las cercas exteriores de una casa o apartamento privado utilizando la característica específica q. Sus valores se aceptan de la siguiente manera:

1. La habitación está ubicada en el lado sombreado del edificio, el área de las ventanas no supera los 2 m², q = 30 W / m³.
2. Con un área de iluminación y acristalamiento promedio, se toma una característica específica de 35 W / m³.
3. La habitación está ubicada en el lado soleado o tiene muchas estructuras translúcidas, q = 40 W / m³.

Habiendo determinado la ganancia de calor de todas las fuentes, sume los números obtenidos usando la primera fórmula. Compare los resultados del cálculo manual con los de la calculadora en línea.

Una gran superficie acristalada implica un aumento de la capacidad de refrigeración del aire acondicionado.

Cuando es necesario tener en cuenta la entrada de calor del aire de ventilación, la capacidad de enfriamiento de la unidad aumenta en un 15-30%, dependiendo del tipo de cambio. Al actualizar el entorno de aire 1 vez por hora, multiplique el resultado del cálculo por un factor de 1,16-1,2.

Metodología para el cálculo del sistema de aire acondicionado.

Todos pueden calcular de forma independiente la potencia requerida del aire acondicionado utilizando una fórmula simple. En primer lugar, debe averiguar cuál será el calor que fluye en la habitación. Para calcularlos, el volumen de la habitación debe multiplicarse por el coeficiente de transferencia de calor. El valor de este coeficiente está en el rango de 35 a 40 W y depende de la orientación de las aberturas de las ventanas. A continuación, es necesario determinar qué tipo de energía térmica emiten los electrodomésticos y la energía de las personas que estarán constantemente en la habitación. Se resumen todos estos valores de ganancias de calor. Aumentamos el número encontrado en un 15-20% y obtenemos la capacidad de enfriamiento requerida del sistema climático.

Artículos y materiales relacionados:

Diseño de sistemas de aire acondicionadoAire acondicionado split: ¿cómo elegirlo?Automatización de sistemas de aire acondicionado

Un ejemplo para una habitación de 20 m2. metro

Mostraremos el cálculo de la capacidad de climatización de un pequeño apartamento - estudio con una superficie de 20 m² con una altura de techo de 2,7 m. Otros datos iniciales:

• iluminación - medio;
• número de residentes - 2;
• panel de TV de plasma - 1 pieza;
• computadora - 1 pieza;
• consumo de electricidad del refrigerador - 200 W;
• la frecuencia del intercambio de aire sin tener en cuenta la campana de cocina que funciona periódicamente - 1.

La emisión de calor de los residentes es de 2 x 0,1 = 0,2 kW, de los electrodomésticos, teniendo en cuenta la simultaneidad - 0,3 + 0,2 = 0,5 kW, del lateral del frigorífico - 200 x 30% = 60 W = 0,06 kW. Habitación con iluminación media, característica específica q = 35 W / m³. Consideramos el flujo de calor de las paredes:

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

El cálculo final de la capacidad del aire acondicionado se ve así:

Q = 1,89 + 0,2 + 0,56 = 2,65 kW, más el consumo de refrigeración para ventilación 2,65 x 1,16 = 3,08 kW.

El movimiento de las corrientes de aire alrededor de la casa durante el proceso de ventilación.

¡Importante! No confunda la ventilación general con la ventilación del hogar. El flujo de aire que entra por las ventanas abiertas es demasiado grande y se ve alterado por ráfagas de viento. Un enfriador no debe ni puede normalmente acondicionar una habitación donde un volumen incontrolado de aire exterior fluye libremente.

Ganancia de calor por radiación solar

La determinación de la ganancia de calor de la radiación solar es más compleja y no menos importante. El mismo manual te ayudará con esto, pero si en el caso de las personas se usa la fórmula más simple, es mucho más difícil calcular las ganancias de calor solar. Las ganancias de calor por insolación se dividen en flujo de calor a través de ventanas y estructuras de cerramiento. Para encontrarlos, debe conocer la orientación del edificio detrás de los puntos cardinales, el tamaño de la ventana, el diseño de los elementos circundantes y todos los demás datos que deben sustituirse en la expresión. El cálculo del aporte de calor de la radiación solar a través de la ventana se realiza mediante la expresión:

QΔt = (tout + 0.5 • θ • AMC - tp) AOC / ROC

tnar: la temperatura diaria promedio del aire exterior, tomamos la temperatura de julio de SNiP 2.01.01-82

θ es un coeficiente que muestra cambios en la temperatura del aire exterior,

AMC: la amplitud diaria más alta de la temperatura del aire exterior en julio, tomamos de SNiP 2.01.01-82

tp - temperatura del aire en el edificio, tomamos de acuerdo con SNiP 2.04.05-91

El área AOC, ROC y la resistencia reducida a la transferencia de calor del acristalamiento se toman de SNiP II-3-79

Todos los datos se toman de la aplicación en función de la latitud geográfica.

La ganancia de calor solar a través de la envolvente del edificio se calcula de la siguiente manera:

Partiendo de la experiencia personal, le aconsejo que haga una placa para calcular las ganancias de calor de la radiación solar en Excel u otro programa, esto simplificará y acelerará enormemente sus cálculos. Intente siempre calcular la ganancia de calor solar utilizando este método. Una práctica triste muestra que los clientes que indican la orientación de sus instalaciones a los puntos cardinales son más probablemente una excepción que una regla (por lo tanto, los diseñadores astutos usan esta hoja de trucos: la ganancia de calor del sol para el lado oscuro es de 30 W / m3, con iluminación normal 35 W / m3, para el lado soleado 40 W / m3. Tome estos valores y multiplíquelos por el ritmo de la habitación. Estos cálculos son muy aproximados, pueden ser varias veces más o menos ganancias de calor calculadas por las fórmulas . Utilizo esta hoja de trucos en casos excepcionales: cuando necesita elegir rápidamente un sistema de división convencional para apartamentos y oficinas pequeñas. Le aconsejo que haga todo lo posible para extraer la mayor cantidad de datos posible y hacer todo el mismo cálculo correcto de ganancia de calor de la radiación solar.

Seleccionar un acondicionador de aire por potencia

Los sistemas divididos y las unidades de refrigeración de otros tipos se producen en forma de líneas modelo con productos de rendimiento estándar: 2,1, 2,6, 3,5 kW, etc.Algunos fabricantes indican la potencia de los modelos en miles de Unidades Térmicas Británicas (kBTU) - 07, 09, 12, 18, etc. La correspondencia de las unidades de aire acondicionado, expresada en kilovatios y BTU, se muestra en la tabla.

Referencia. De las designaciones en kBTU salieron los nombres populares de unidades de enfriamiento de diferentes fríos, "nueve" y otros.

Conociendo el rendimiento requerido en kilovatios y unidades imperiales, seleccione un sistema dividido de acuerdo con las recomendaciones:

1. La potencia óptima del aire acondicionado doméstico está en el rango de -5 ... + 15% del valor calculado.
2. Es mejor dar un pequeño margen y redondear el resultado hacia arriba, al producto más cercano en la gama de modelos.
3. Si la capacidad de enfriamiento calculada excede la capacidad del enfriador estándar en una centésima de kilovatio, no debe redondear.

Ejemplo. El resultado de los cálculos es 2,13 kW, el primer modelo de la serie desarrolla una capacidad de refrigeración de 2,1 kW, el segundo - 2,6 kW. Elegimos la opción n. ° 1: un aire acondicionado de 2,1 kW, que corresponde a 7 kBTU.

Ejemplo dos. En la sección anterior, calculamos el rendimiento de la unidad para un apartamento tipo estudio: 3,08 kW y caímos entre las modificaciones de 2,6-3,5 kW. Elegimos un sistema dividido con una mayor capacidad (3,5 kW o 12 kBTU), ya que la reversión a uno más pequeño no se mantendrá dentro del 5%.

Para referencia. Tenga en cuenta que el consumo de energía de cualquier acondicionador de aire es tres veces menor que su capacidad de enfriamiento. La unidad de 3,5 kW "extraerá" unos 1200 W de electricidad de la red en modo máximo. La razón radica en el principio de funcionamiento de la máquina de refrigeración: "split" no genera frío, pero transfiere calor a la calle.

La gran mayoría de los sistemas climáticos pueden funcionar en 2 modos: refrigeración y calefacción durante la estación fría. Además, la eficiencia térmica es mayor, ya que el motor del compresor, que consume electricidad, calienta adicionalmente el circuito de freón. La diferencia de potencia en los modos de refrigeración y calefacción se muestra en la tabla anterior.

Potencia nominal y óptima del aire acondicionado.

valores aproximados de varios excedentes de calor
Se entiende por potencia nominal el rendimiento medio del acondicionador de aire para su funcionamiento en frío. Pero en cada caso individual, es necesario calcular la potencia óptima, que, idealmente, debería coincidir tanto como sea posible con la primera.

Los valores nominales son seleccionados por los fabricantes para cada tipo de dispositivo de refrigeración:

• Los bloques de ventana suelen tener las siguientes posiciones estándar: 5, 7, 9, 12, 18, 24;
• Las divisiones de pared corresponden a la gama de modelos en esta versión: 7, 9, 12, 18, 24. A veces, algunas marcas producen modelos no estándar con los siguientes valores nominales: 8, 10, 13, 28, 30;
• Los casetes están en este orden: 18, 24, 28, 36, 48, 60. Fila personalizada: 34, 43, 50, 54;
• Las divisiones de canales comienzan con un rango de capacidad de 12 modelos y algunas veces terminan con 200;
• Las instalaciones de consola tienen la siguiente variedad: 18, 24, 28, 36, 48, 60. En versión no estándar: 28, 34, 43, 50, 54;
• Las columnas comienzan desde 30 y van hasta 100 o más.

Esta lista no es accidental. Ya se ha tenido en cuenta la selección de un acondicionador de aire y su capacidad por el área de la habitación, y por la altura de los techos, y por las entradas de calor de los enseres domésticos, iluminación eléctrica, personas, techos con paredes, abiertos. Ventanas y Ventilacion.

Cálculo del balance de calor

Recientemente, ha habido una tendencia constante hacia un aumento en el uso de convertidores de frecuencia en empresas industriales, en el campo de la energía, la industria del petróleo y el gas, los servicios públicos, etc. Esto se debe al hecho de que la regulación de frecuencia del accionamiento eléctrico le permite ahorrar significativamente electricidad y otros recursos de producción, garantiza la automatización de los procesos tecnológicos y aumenta la confiabilidad del sistema en su conjunto. Los convertidores de frecuencia se utilizan tanto en nuevos proyectos como en la modernización de la producción.Una amplia gama de capacidades y varias opciones para los sistemas de control le permiten elegir una solución para casi cualquier tarea.

Sin embargo, con todas las ventajas obvias de los convertidores de frecuencia, tienen características que, sin restar méritos, requieren el uso adicional de dispositivos especiales. Estos dispositivos son filtros y estranguladores de entrada y salida.

Figura 1. El uso de filtros de entrada y salida en circuitos con convertidor de frecuencia.

Los accionamientos eléctricos son una conocida fuente de interferencias. Los filtros de entrada están diseñados para minimizar la captación y la interferencia tanto de los equipos electrónicos como de ellos, lo que le permite cumplir con los requisitos de compatibilidad electromagnética. La tarea de reducir la influencia en la red eléctrica de las distorsiones armónicas que surgen durante el funcionamiento de los convertidores de frecuencia se resuelve instalando inductancias de línea delante de los convertidores de frecuencia y reactancias de CC. CONinductancia de línea en la entrada del convertidor de frecuencia también reduce la influencia del desequilibrio de fase de la tensión de alimentación.

Los filtros de salida se utilizan para proteger el aislamiento, reducir el ruido acústico del motor y la interferencia electromagnética de alta frecuencia en el cable del motor, las corrientes de los cojinetes y los voltajes del eje, lo que prolonga la vida útil del motor y los períodos de mantenimiento. Los filtros de salida incluyen filtros dU / dt y filtros de onda sinusoidal.

Cabe señalar que los filtros de onda sinusoidal se pueden utilizar con una frecuencia de conmutación superior al valor nominal, pero no se pueden utilizar si la frecuencia de conmutación es más de un 20% inferior al valor nominal. Los filtros DU / dt se pueden utilizar con una frecuencia de conmutación por debajo del valor nominal, pero deben evitarse con una frecuencia de conmutación superior al valor nominal, ya que esto provocará que el filtro se sobrecaliente.

Debido a que los filtros / inductancias deben ubicarse lo más cerca posible del convertidor de frecuencia, generalmente se colocan junto con este en el mismo armario de potencia, donde también se encuentran el resto de elementos de maniobra y control.

Figura 2. Armario con convertidor de frecuencia, filtros y dispositivos de conmutación.

Debe entenderse que los potentes filtros de potencia y los estranguladores generan una cantidad significativa de calor durante el funcionamiento (tanto el núcleo como el devanado se calientan). Dependiendo del tipo de filtro, las pérdidas pueden alcanzar varios por ciento de la potencia de carga. Por ejemplo, una inductancia de línea trifásica SKY3TLT100-0.3 fabricada por la empresa checa Skybergtech tiene una caída de tensión del 4% en una red de 380 voltios, que, a una corriente de funcionamiento de 100 A, genera una pérdida de potencia de 210 W. La potencia del motor eléctrico a esta corriente será de aproximadamente 55 kW, es decir, la pérdida de potencia absoluta a través del estrangulador será pequeña, inferior al 0,5%. Pero dado que esta pérdida de energía se libera en un gabinete cerrado, se deben tomar medidas especiales para eliminar el calor.

La cantidad de calor generado es, por regla general, proporcional a la potencia, pero también depende de las características de diseño del elemento de bobinado. Los filtros de onda sinusoidal generarán más calor que, por ejemplo, los filtros dU / dt, ya que tienen bobinas y condensadores más grandes para proporcionar un suavizado y supresión de alta frecuencia más efectivos. La resistencia activa del devanado introduce pérdidas importantes. A menudo, para ahorrar dinero, los fabricantes utilizan un alambre de bobinado de una sección más pequeña, a veces hecho no de cobre, sino de aluminio. El termograma (Fig. 3) muestra 2 filtros sinusoidales de la misma potencia, pero de diferentes fabricantes. Ambos filtros tienen la misma pérdida de potencia, pero se ve claramente que los devanados del filtro de la izquierda se calientan más y el filtro de la derecha tiene un núcleo. Naturalmente, en igualdad de condiciones, el filtro de la derecha durará más que el filtro de la izquierda.el sobrecalentamiento del devanado tiene un efecto mucho mayor en la durabilidad del filtro debido al aumento de las corrientes de fuga debido a la aparición de microfisuras en el aislamiento de los devanados.

Fig. 3 Termograma de filtros sinusoidales de diferentes fabricantes.

También debe tenerse en cuenta que el uso de diferentes materiales de núcleo también afecta fuertemente la pérdida de potencia, es decir, la disipación de calor. Esto es especialmente cierto en presencia de interferencias de alta frecuencia en el circuito. Entonces, el fabricante checo Skybergtech produce dos tipos de filtros con los mismos parámetros SKY3FSM110-400E y SKY3FSM110-400EL-Rev. A. En el segundo modelo de filtro, se utiliza un núcleo hecho de un mejor material, por lo que la pérdida de potencia se reduce en aproximadamente un 10%. Cabe señalar que el costo de un filtro con los mejores parámetros térmicos es casi un 80% más alto que el costo de un análogo. Por lo tanto, al elegir un filtro, también se debe prestar atención al factor económico.

El calentamiento significativo de los filtros de potencia a la potencia nominal puede estar dentro de las tolerancias del fabricante, pero no obstante, junto con la generación de calor, se deben tener en cuenta los convertidores de frecuencia (FC) al calcular el balance térmico del armario de potencia. Los inversores modernos tienen una eficiencia del 97-98% y, por regla general, son la principal fuente de generación de calor en un gabinete, pero no la única. Además del inversor, el filtro de supresión de ruido, el inductor de entrada, el inductor del motor o el filtro senoidal, los contactores e incluso el motor del ventilador de refrigeración emite calor. Por lo tanto, no es suficiente confiar únicamente en la disipación de calor del propio inversor para calcular el flujo de soplado requerido.

El incumplimiento del régimen de temperatura puede tener consecuencias desagradables y, a veces, muy graves, desde una reducción en la vida útil del equipo hasta su incendio. Por lo tanto, mantener la temperatura óptima en los gabinetes de los equipos es de suma importancia. Hay muchas formas de resolver este problema: usando un gabinete de un volumen diferente, usando flujo de aire forzado, intercambiadores de calor especiales (incluido el uso de refrigeración líquida) y acondicionadores de aire. En este artículo, nos centraremos en las características del cálculo del enfriamiento por aire forzado clásico.

Los fabricantes de armarios eléctricos disponen de medios especiales para calcular las condiciones térmicas (por ejemplo, el software ProClima de SchneiderElectric o el software RittalPower Engineering de RittalTherm). Permiten tener en cuenta la disipación de calor de todos los elementos del armario, incluidos los disyuntores, contactores, etc. Se tiene en cuenta el diseño del armario, sus dimensiones y ubicación con respecto a otros armarios.

Estos programas han sido creados para calcular las condiciones térmicas de armarios específicos de un fabricante determinado. tener en cuenta sus características de diseño, material, etc. Sin embargo, usando estos programas, es muy posible hacer un cálculo aproximado para un gabinete arbitrario, si conoce ciertos parámetros iniciales.

En este caso, es necesario tener en cuenta tanto las fuentes de generación de calor (pérdidas de potencia del equipo) como el área de la carcasa (la superficie del gabinete). Deben conocerse los datos sobre las pérdidas de potencia de todos los dispositivos integrados, las dimensiones del armario de cableado. También es necesario configurar los valores de temperatura mínima / máxima fuera del gabinete, humedad y altitud (esto será necesario para determinar el caudal de aire requerido). La humedad relativa se utiliza para determinar el punto de rocío, la temperatura por debajo de la cual comienza a formarse condensación. Es necesario guiarse por él al determinar la temperatura mínima permitida en el gabinete (Fig. 4).

Fig.4 Tabla de determinación del punto de rocío

El propósito del cálculo es determinar la necesidad de flujo de aire forzado / enfriamiento / calefacción, en el cual la temperatura interna calculada a partir de la pérdida de energía estará dentro de las temperaturas de operación máximas / mínimas permitidas para los dispositivos en el gabinete.

El cálculo del balance térmico de un armario eléctrico con convertidores de frecuencia consta de varias etapas.En la primera etapa, es necesario calcular el área de superficie de transferencia de calor efectiva Se. La superficie del gabinete está en contacto con el medio ambiente, cuya temperatura es diferente de la temperatura dentro del gabinete. El área de intercambio de calor efectivo Se depende de las dimensiones geométricas y la ubicación del armario, el coeficiente para cada elemento de superficie se selecciona de la tabla (Fig. 5), de acuerdo con la norma IEC 60890.

Figura 5: Tabla de selección del coeficiente b para determinar el área efectiva de la cáscara

El área efectiva total del caparazón es:

Se =S(S0 x b)

En la segunda etapa, se calcula la potencia de las pérdidas de calor generadas por el equipo dentro del gabinete. La salida de calor del gabinete se define como la suma de las pérdidas de potencia de los elementos individuales instalados en el gabinete.

Q = Q1 + Q2 + Q3….

Las pérdidas de calor de los equipos individuales instalados se pueden especificar por sus características eléctricas. Para equipos y conductores con carga parcial, la pérdida de potencia se puede determinar mediante la siguiente fórmula:

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

Q - pérdidas de potencia activa;

Qn - pérdida de potencia nominal (en In);

Ib es el valor real de la corriente;

En - corriente nominal.

Además, teniendo en cuenta los valores conocidos de temperatura ambiente (Temin, Temax), puede encontrar las temperaturas máxima y mínima dentro del gabinete:

Ti máx. (° C) = Q / (K x Se) + Te máx.

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

K es una constante que tiene en cuenta el material de la cáscara. Para algunos materiales habituales utilizados para la fabricación de armarios, tendrá los siguientes valores:

K = 12 W / m2 / ° C para revestimiento de aluminio

K = 5,5 W / m2 / ° C para revestimiento de metal pintado;

K = 3,7 W / m2 / ° C para una vaina de acero inoxidable;

K = 3,5 W / m2 / ° C para funda de poliéster.

Designemos los valores de temperatura requeridos dentro del gabinete como Tsmin y Tsmax.

A continuación, tomamos una decisión sobre la elección del sistema de mantenimiento microclimático necesario:

1) Si el valor máximo de temperatura calculado excede el establecido (Timax> Tsmax), entonces es necesario proporcionar un sistema de ventilación forzada, intercambiador de calor o aire acondicionado; La potencia del sistema se puede determinar a partir de la expresión:

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

A partir de aquí, se puede calcular el flujo de aire requerido:

V (m3 / h) = f x Pcooling / (Ts max - Te max), donde

f - factor de corrección (factor f = Сp х ρ, producto del calor específico y la densidad del aire al nivel del mar). Para diferentes altitudes sobre el nivel del mar, el coeficiente f tiene los siguientes valores:

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 máximo de temperatura calculado es menor que el máximo especificado (Timax

3) Si el valor de temperatura mínima calculada es menor que el establecido (Ti min

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

4) Si el valor de temperatura mínima calculada es mayor que el establecido (Ti min> Ts min), entonces el sistema de control de microclima no es necesario.

Al calcular el caudal de aire generado por el ventilador, se deben tener en cuenta las pérdidas de carga provocadas por los componentes de escape (rejilla y filtro de distribución de aire, presencia o ausencia de rejilla de ventilación).

Al diseñar, se debe garantizar una distribución uniforme de las pérdidas de energía dentro del gabinete (gabinete) y la ubicación del equipo incorporado no debe impedir la circulación de aire. El incumplimiento de estas reglas requerirá cálculos térmicos más complejos para eliminar la probabilidad de sobrecalentamiento local y el efecto de derivación. Los accesorios deben dimensionarse de tal manera que la corriente efectiva de los circuitos de MONTAJE no supere el 80% de la corriente nominal In de los dispositivos.

Consideremos el cálculo del balance de calor usando un ejemplo específico.

Datos iniciales: Disponemos de un armario de chapa de acero pintado de 2 m de altura, 1 m de ancho y 0,6 m de profundidad, en fila. El gabinete contiene 2 convertidores de frecuencia, dos filtros de red y dos filtros sinusoidales de salida, así como elementos de conmutación, pero debido a su baja disipación de potencia en relación con el equipo especificado, podemos descuidarlos. La temperatura ambiente puede variar de -10 a + 32 ° C. Humedad relativa 70%. La temperatura máxima admisible en el interior del armario es de + 40 ° C. Para evitar la condensación, la temperatura mínima permitida en el armario debe ser al menos el punto de rocío, es decir,en nuestro caso 26 ° C (Fig.4)

Cálculo:

De acuerdo con la tabla (Fig.5), el área efectiva total del caparazón será 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

Con base en la potencia disipada conocida de los elementos individuales del equipo, encontramos su valor total. Para un convertidor de frecuencia, cuya eficiencia es del 97-98%, tomamos el 3% de la potencia nominal declarada para la disipación de potencia. Dado que el diseño tiene en cuenta que la carga máxima no debe exceder el 80% del valor nominal, el coeficiente 0.8 es aplicable para la corrección de la potencia térmica total:

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

Además, teniendo en cuenta los valores conocidos de temperatura ambiente (Te min, Te max), encontramos los valores máximo y mínimo de la temperatura dentro del armario sin refrigeración:

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

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

Dado que el valor de temperatura máxima calculada es significativamente más alto que el valor preestablecido (148.05 ° C> 40 ° C), es necesario proporcionar ventilación forzada, cuya potencia será igual a:

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

Ahora podemos calcular el rendimiento de soplado requerido. Para tener en cuenta las pérdidas de carga provocadas por los componentes de escape (rejilla de distribución de aire, filtro), estableceremos un margen del 20%. Como resultado, encontramos que para mantener el equilibrio de temperatura del gabinete dentro de los valores especificados, un flujo de aire con una capacidad de:

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

Este flujo de aire se puede asegurar instalando varios ventiladores, cuyo flujo de aire se resume. Puede utilizar, por ejemplo, ventiladores Sunon A2179HBT-TC. Sin embargo, esto también debe tener en cuenta la caída en el rendimiento en presencia de resistencia al flujo de los elementos instalados del gabinete. Teniendo en cuenta este factor, en nuestro caso será posible instalar 2 ventiladores W2E208-BA20-01 EBM-PAPST o 4 ventiladores A2179HBT-TC de Sunon. Al elegir el número y la ubicación de los ventiladores, se debe tener en cuenta que su conexión en serie aumenta la presión estática y la conexión en paralelo aumenta el flujo de aire.

El enfriamiento por aire forzado se puede realizar extrayendo aire caliente (ventilador instalado en la salida) del volumen del gabinete o soplando aire frío (ventilador en la entrada). La elección del método requerido se realiza mejor en la etapa de diseño inicial. Cada uno de estos métodos tiene sus pros y sus contras. La inyección de aire permite un soplado más eficiente de los elementos más calientes si están correctamente ubicados y caen en la corriente de aire principal. El aumento de la turbulencia del flujo aumenta la disipación de calor general. Además, la sobrepresión generada por la descarga evita que entre polvo en la carcasa. En el caso de la ventilación por extracción, debido a la presión reducida en el volumen del gabinete, el polvo se aspira a través de todas las ranuras y aberturas. Cuando el ventilador se ubica en la entrada, también aumenta su propio recurso, ya que opera en una corriente de aire de entrada frío. Sin embargo, cuando el ventilador se coloca en el lado de escape, el calor del funcionamiento del propio ventilador se disipa inmediatamente hacia el exterior y no afecta el funcionamiento del equipo. Además, debido al pequeño vacío creado durante la ventilación de escape, el aire se aspira no solo a través de la abertura de entrada principal, sino también a través de otras aberturas auxiliares. La ubicación óptima cerca de fuentes de calor proporciona un mejor control del flujo.

Al instalar ventiladores en la entrada, se recomienda colocarlos en la parte inferior del recinto. Se debe colocar una rejilla de salida de aire a través de la cual se extrae el aire caliente en la parte superior del gabinete. La rejilla de salida de aire debe tener el grado de protección necesario, que asegure el normal funcionamiento de la instalación eléctrica.Debe tenerse en cuenta que la instalación de un filtro de escape del mismo tamaño que el ventilador reduce el rendimiento real del ventilador en un 25-30%. Por lo tanto, la salida del filtro debe ser mayor que la entrada del ventilador.

Al instalar un ventilador en la salida, se colocan en la parte superior del gabinete. Las entradas de aire están ubicadas en la parte inferior y, además, cerca de las fuentes de generación de calor más intenso, lo que facilita su enfriamiento.

Agregamos que la elección del método de soplado requerido queda en manos de los diseñadores, quienes, teniendo en cuenta todos los factores anteriores, el grado de protección IP requerido y las características del equipo, deben elegir el más adecuado. La importancia de asegurar la temperatura óptima en los armarios de los equipos es indiscutible. La metodología de cálculo dada, basada en los métodos propuestos por los diseñadores de los cerramientos Schnaider Electric, Rittal según IEC 60890, permite algunas simplificaciones, el uso de valores empíricos, pero al mismo tiempo permite con la suficiente fiabilidad realizar una práctica. cálculo del sistema para mantener el equilibrio térmico óptimo de los armarios de potencia con convertidores de frecuencia y filtros de potencia.

Autores: Ruslan Cherekbashev, Vitaly Khaimin

Literatura

1. Haimin V., Bahar E. Filtros y estranguladores de la empresa Skybergtech // Electrónica de potencia. 2014. No. 3.

2. IEC / TR 60890 (2014) Conjuntos para aparamenta de baja tensión. Método de verificación del aumento de temperatura por cálculo

3. Catálogo de Sarel. Control de temperatura en cuadros de distribución. www.schneider-electric.ru

4. Reglas para la creación de GCC según GOST R IEC 61439. Biblioteca técnica de Rittal.

5. Refrigeración de armarios de control y procesos. Biblioteca técnica de Rittal 2013.

6. Vikharev L. Cómo trabajar para no quemarse en el trabajo. O brevemente sobre los métodos y sistemas para enfriar dispositivos semiconductores. Segunda parte // Electrónica de potencia. 2006. No. 1.

Cálculo de la energía consumida por la PC, de acuerdo con los valores de pasaporte del consumo de energía de los nodos.

Cuando surge la pregunta “¿Cuánto calor genera mi computadora?”, Primero intentamos encontrar datos sobre la disipación de calor de los nodos que se encuentran en la carcasa de su PC. Pero esos datos no se encuentran en ninguna parte. El máximo que encontramos son las corrientes consumidas por los nodos a lo largo de los circuitos de alimentación 3.3; cinco; 12 V. E incluso entonces no siempre.

Estos valores de las corrientes de consumo suelen tener valores máximos y están destinados más bien a elegir una fuente de alimentación para excluir su sobrecorriente.

Dado que todos los dispositivos dentro de la computadora funcionan con corriente continua, no hay problema para determinar el consumo de energía pico (exactamente pico) de su nodo. Para hacer esto, simplemente determine la suma de las potencias consumidas en cada línea, multiplicando la corriente y el voltaje consumidos a lo largo del circuito (llamo su atención, no se aplican factores de conversión - corriente continua).

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

Como comprenderá, esta es una estimación muy aproximada, que en la vida real casi nunca se realiza, porque todos los nodos de la computadora no funcionan al mismo tiempo en modo pico. El sistema operativo funciona con nodos de PC de acuerdo con ciertos algoritmos. La información se lee, se procesa, se escribe y una parte de ella se muestra en los medios de control. Estas operaciones se realizan en paquetes de datos.

En Internet, hay muchas estimaciones de precisamente el valor del consumo máximo de energía tomado de las características de los nodos.

Los cálculos que se hicieron hace 2-3 años, en principio, no se corresponden con la situación actual. Porque a lo largo de los años, los fabricantes han modernizado sus nodos, lo que ha provocado una disminución en su consumo de energía.

Los últimos datos se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1.

Vemos que los datos tienen una dispersión muy amplia, está determinada por el modelo específico de su nodo. Los nodos de diferentes fabricantes, especialmente los producidos en diferentes momentos, tienen un amplio rango de consumo de energía. En principio, puede hacer el cálculo usted mismo.

El cálculo de la potencia consumida por el PC se realiza en varias etapas.

Eso:

1. Recopilar información sobre la energía consumida por el nodo,
2. Cálculo del consumo total de energía y selección de PSU,
3. Cálculo del consumo total del PC (teniendo en cuenta la fuente de alimentación).

Una parte integral del cálculo de la disipación de calor es el cálculo de la potencia consumida por la computadora. A partir de la cual se determina la potencia de la fuente de alimentación, se selecciona un modelo específico, después de lo cual se estima su disipación de calor. Por lo tanto, al realizar un cálculo térmico, primero es necesario recopilar datos sobre la energía consumida por los nodos de la computadora.

Pero hasta ahora, incluso el consumo de energía no siempre lo dan los fabricantes de nodos de computadora, a veces el valor del voltaje de suministro y el consumo de corriente para este voltaje se indica en la placa de parámetros. Como se mencionó anteriormente, a corriente continua, que se utiliza para alimentar los nodos de la computadora, el producto del voltaje de suministro y la corriente consumida a un voltaje dado indica el consumo de energía.

En función del consumo total de energía (tomándolo como la potencia de liberación de calor), puede realizar un cálculo preliminar o aproximado del sistema de refrigeración. Este cálculo proporcionará más bien un enfriamiento excesivo de su PC, que en condiciones de alta carga y, en consecuencia, la liberación máxima de calor proporciona una aproximación a la liberación de calor real y proporcionará un enfriamiento normal. Pero cuando la PC se utiliza para aplicaciones ordinarias (que no consumen muchos recursos), el sistema de refrigeración calculado de esta manera es claramente redundante, y garantizar el funcionamiento normal de los nodos de la PC crea inconvenientes para el usuario debido al aumento del nivel de ruido.

En primer lugar, debe saber que el consumo de energía y la disipación de calor de los nodos están directamente relacionados.

La potencia de disipación de calor de los componentes electrónicos no es igual al consumo de energía, pero están relacionados entre sí a través del factor de pérdida de potencia de la unidad.

Hay muchas publicaciones sobre cómo realizar este cálculo, hay sitios especiales en Internet para este cálculo. Pero todavía hay dudas sobre su implementación.

¿Por qué?

Y porque no solo la potencia de disipación de calor es difícil de encontrar del fabricante, sino que incluso la potencia consumida por el nodo que nos interesa no siempre se conoce. Quizás simplemente tengan miedo de citarlos debido al hecho de que su valor no es inestable en el proceso de trabajo y depende significativamente del modo de operación. La diferencia puede ser hasta diez veces y, a veces, incluso más.

No parecen querer abrumar a los usuarios con información "innecesaria". Y todavía no he encontrado ningún dato de los fabricantes.

Recomendaciones para elegir el tipo de aire acondicionado.

Aire acondicionado para armario de servidores
Las condiciones de funcionamiento difíciles con carga continua no pueden soportar todos los sistemas climáticos. Debe estar equipado con un filtro de polvo, deshumidificador, kit de invierno. Una de las opciones para la refrigeración por aire es un armario de servidor con aire acondicionado. El diseño no requiere drenaje de condensado, la unidad exterior es de tamaño compacto. La unidad interior se instala vertical u horizontalmente dentro de un armario de servidor.

Requisitos para acondicionadores de aire

Al mantener el clima en las salas de servidores, es importante el buen funcionamiento de los acondicionadores de aire. Las averías y reparaciones dejarán los equipos de telecomunicaciones sin refrigerar durante mucho tiempo. El principio de rotación y reserva permite cumplir con el requisito. Varias unidades de control de clima están instaladas en la habitación, conectadas en una red mediante un dispositivo giratorio. En el caso de un mal funcionamiento de un acondicionador de aire, la opción de respaldo se activa automáticamente.

El encendido alterno de los bloques permite equilibrar la carga y garantizar unos parámetros climáticos óptimos. En este modo, el técnico se detiene alternativamente para descansar y hacer mantenimiento.

La unidad de rotación ayuda a controlar el aire acondicionado de las salas de servidores. Alterna automáticamente el encendido de las unidades de trabajo, si es necesario, conecta un dispositivo de respaldo. La segunda opción de control es la instalación de sensores, cuyas lecturas se muestran en el monitor de la computadora. No tiene que salir de su lugar de trabajo para determinar las condiciones en la sala de servidores. Toda la información en forma de tablas y gráficos va a la computadora. Los mensajes van acompañados de una señal sonora.

Sistemas divididos

Diagrama del dispositivo de aire acondicionado de columna
Para mantener los parámetros especificados en las salas de servidores, se utilizan sistemas divididos. Los sistemas de alta potencia domésticos o semiindustriales se instalan en habitaciones pequeñas con una liberación de calor de hasta 10 kW. Por tipo de instalación son:

• Montado en la pared: una opción versátil y asequible. La productividad es de 2.5-5 kW, se selecciona un modelo en el que se proporciona una longitud significativa de la línea de freón. Los fabricantes recomendados son Daikin, Toshiba y Mitsubishi Electric.
• Con conductos: los dispositivos se colocan debajo de un falso techo, ahorran espacio y proporcionan un intercambio de aire efectivo. Adecuado para grandes salas de servidores. El aire acondicionado por conductos suministra aire frío directamente a los racks.
• Columna: los sistemas potentes en forma de gabinetes se instalan en el piso, no requieren instalación.

Sistemas climáticos de precisión

Los acondicionadores de aire de precisión para salas de servidores son equipos profesionales. Los complejos climáticos tienen un alto recurso de funcionamiento continuo, permiten mantener óptimos parámetros de temperatura y humedad. Una de las ventajas del equipo es la precisión, los indicadores climáticos en locales grandes tienen fluctuaciones de no más de 1 ° C y 2%. En las salas de servidores, se instalan modelos de gabinete y techo. Los primeros se distinguen por sus voluminosas dimensiones, su potencia es de 100 kW. Los sistemas de techo son menos eficientes (20 kW) y se instalan en habitaciones donde no es posible colocar acondicionadores de aire en gabinete.

Tipos de dispositivos climáticos de precisión.

Los complejos climáticos pueden ser monobloque y separarse según el tipo de sistemas split. El sistema se enfría de varias formas: por evaporación de freón, circuito de agua o aire. Fabricantes populares: UNIFLAIR, Blue box.

Ventajas de las instalaciones:

• trabajo ininterrumpido;
• alta potencia de los equipos;
• control preciso de los componentes climáticos;
• amplia gama de temperaturas de funcionamiento;
• compatibilidad con el control de despacho.

Contras de los sistemas de precisión:

• precio alto;
• diseño monobloque ruidoso.

Sistema de ventiloconvector enfriador

El sistema de aire acondicionado utiliza agua o una mezcla de etilenglicol como medio de calentamiento. El principio de funcionamiento es similar a las instalaciones con freón.El enfriador enfría el líquido que circula en el intercambiador de calor de la bobina del ventilador y el aire que pasa a través del radiador baja la temperatura.

• alto rendimiento;
• versatilidad;
• operación segura y asequible.