Расчёт охлаждения шкафа автоматики: вентилятор, обогрев, кондиционер

Как считается охлаждение шкафа

Расчёт по IEC/TR 60890, по нему же наш конфигуратор подбирает корпус, вентилятор и обогреватель. Всё тепло аппаратов уходит наружу через стенки корпуса. Чем больше стенок открыто воздуху и чем лучше материал проводит тепло, тем меньше шкаф нагревается.

Площадь теплоотдачи. У настенного шкафа A = 1,4·W·(H + D) + 1,8·D·H, у отдельно стоящего напольного A = 1,8·H·(W + D) + 1,4·W·D, размеры в метрах. В стандарте у каждой стенки свой множитель: крыша 1,4, открытые стенки 0,9, задняя стенка у стены 0,5, дно не считают. Из них и сложены эти формулы.
Перегрев ΔT = P / (k·A), где P потери аппаратов в ваттах, k коэффициент теплопередачи: сталь 5,5, нержавейка 4,5, пластик 3,5 Вт/(м²·К).
Температура внутри летом равна наибольшей снаружи плюс перегрев. Если она выше допустимой, нужно охлаждение.
Вентилятор: V = 3,1 · (P − k·A·ΔT) / ΔT м³/ч, где ΔT допустимая разница между внутри и снаружи. Плюс 30 % на фильтры.
Обогрев: P = k·A·(Tвнутри − Tснаружи) плюс 10 %. Для уличного шкафа ночь считаем не теплее 0 °C, даже если зимы почти нет: к утру стенки остывают, и на аппаратах оседает роса.

Пример расчёта

Стальной корпус 600×800×250 мм на стене, внутри частотник 7,5 кВт, блок питания 24 В на 5 А, контроллер и трёхполюсный автомат: около 270 Вт. Площадь теплоотдачи 1,24 м², перегрев 39,5 К. При +35 °C снаружи внутри было бы до 75 °C, а допустимо +50 °C. Стенки при перегреве 15 К отводят 102 Вт, остальное должен вынести вентилятор: от 46 м³/ч.

Сколько тепла отводит корпус без вентилятора?

Стальной настенный корпус 600×800×250 отводит сам около 102 Вт, если снаружи до +35 °C, а внутри допустимо +50 °C. Пластиковый того же размера отводит в 1,6 раза меньше, из нержавейки в 1,2 раза меньше. Ниже типовые корпуса, которые мы ставим.

Сталь, снаружи до +35 °C, внутри до +50 °C (перегрев 15 К)
Корпус Ш×В×Г, мм	Площадь, м²	Отводит сам, Вт
300×400×200на стене	0,4	33
400×500×200на стене	0,57	47
400×600×250на стене	0,75	62
500×700×250на стене	0,98	81
600×800×250на стене	1,24	102
600×1000×300на стене	1,63	135
800×1000×300на стене	2	165
800×1200×300на стене	2,33	192
600×1800×500на полу	3,98	329
800×2000×600на полу	5,71	471
1200×2000×600на полу	7,49	618

Сколько тепла выделяют аппараты?

Больше всего тепла даёт частотный преобразователь: около 3 % мощности двигателя и ещё 15 Вт. Частотник 7,5 кВт выделяет около 240 Вт, это больше, чем отводит сам корпус 600×800×250. Поэтому настенному шкафу с частотником обычно нужен вентилятор, а частотник со своей степенью защиты иногда ставят вне шкафа. Как выбрать частотник, смотрите на странице шкафа с частотным преобразователем.

Частотный преобразователь на номинальном токе
Мощность, кВт	Тепло, Вт
0,75	38
1,5	60
2,2	81
4	135
5,5	180
7,5	240
11	345
15	465
18,5	570
22	675
30	915
37	1 125
45	1 365
55	1 665
75	2 265
90	2 715
110	3 315

Частотный преобразователь под козырьком на раме маслостанции с двумя гидроагрегатами — Частотный преобразователь под козырьком на раме маслостанции, вне шкафа управления

Остальная аппаратура греется меньше. Блок питания 24 В на 5 А теряет около 16 Вт, на 10 А около 33 Вт. Плавный пуск без байпаса греется сильно, около 3 Вт на каждый ампер тока двигателя, с байпасом почти не греется.

Потери на номинальном токе, если в паспорте аппарата своих нет
Аппарат	Тепло, Вт
Плавный пуск с байпасом	10
Контактор до 38 А	3
Контактор больше 38 А	8
Автомат защиты двигателя	5
Тепловое реле	4
Полюс модульного автомата, на полюс	2,5
Контроллер или программируемое реле	6
Модуль ввода-вывода	2
Промежуточное реле	0,6

Эти же числа стоят в помощнике «Сложить потери по аппаратам» в калькуляторе выше. Если в паспорте аппарата потери указаны, берите их из паспорта: они точнее.

Вентилятор, теплообменник или кондиционер?

Вентилятор с фильтром подходит, если шкаф IP54 или ниже и снаружи холоднее допустимой температуры внутри хотя бы на 5 К. Вентилятор внизу дверцы или стенки подаёт воздух, решётка с фильтром наверху его выпускает. Термостат включает вентилятор только в жару.
При IP65 и IP66 вентилятор с фильтром не ставят: он открывает корпус воздуху цеха с пылью и влагой. В том же примере корпус IP65 нагрелся бы до 75 °C. Сначала проверяют корпус побольше. Если и его не хватает, ставят теплообменник (он работает, пока снаружи холоднее, чем нужно внутри) или кондиционер.
Кондиционер нужен, когда снаружи почти так же жарко, как допустимо внутри, или жарче: только он охлаждает шкаф ниже температуры вокруг.

Конфигуратор шкафа выбирает между корпусом побольше и корпусом с вентилятором сам: перебирает корпуса по цене вместе с вентилятором и обогревом и берёт дешёвый вариант, который держит температуру. Вентилятор и обогреватель ставит с термостатами, климат шкафа питается через отдельный автомат. Кондиционер и теплообменник конфигуратор не подбирает: если без них не обойтись, шкаф считает инженер.

Нужен ли обогрев шкафа?

Нужен, если шкаф стоит на улице или в неотапливаемом помещении. Конфигуратор держит внутри не ниже +5 °C: на холодной аппаратуре оседает роса, а она приводит к утечкам и коррозии контактов. Обогрев считают без тепла аппаратов, потому что ночью шкаф может стоять без нагрузки. Стальной корпус 600×800×250 на улице при −40 °C требует обогреватель от 339 Вт.

Солнце в расчёт не входит: стенки на солнце нагреваются сильнее воздуха. Уличный шкаф ставят в тень или под козырёк. Ток и автомат для двигателей шкафа можно посчитать в расчёте тока двигателя, а весь шкаф целиком, с корпусом, климатом и ценой, считает конфигуратор шкафа управления.

Вопросы и ответы

Как рассчитать охлаждение шкафа автоматики?

Сложите потери всех аппаратов в ваттах и посчитайте площадь стенок корпуса, которые отдают тепло. Перегрев равен потерям, делённым на площадь и коэффициент теплопередачи: у стали 5,5, у пластика 3,5 Вт/(м²·К). Если температура снаружи плюс перегрев выше допустимой внутри, нужен вентилятор с фильтром, а при IP65 или жаре снаружи кондиционер. Калькулятор на этой странице делает это по IEC/TR 60890.

Нужен ли вентилятор в шкаф с частотником?

Обычно да. Частотник 7,5 кВт выделяет около 240 Вт. Вместе с блоком питания, контроллером и автоматом это около 270 Вт, а стальной корпус 600×800×250 на стене при +35 °C снаружи отводит сам только 102 Вт. Без вентилятора внутри было бы до 75 °C. Нужен вентилятор с фильтром от 46 м³/ч.

Как подобрать вентилятор для шкафа?

Расход считают по избытку тепла: V = 3,1 × P / ΔT, где P это тепло в ваттах, которое стенки не отвели сами, а ΔT разница в кельвинах между допустимой температурой внутри и наибольшей снаружи. К расходу добавляют 30 %: фильтры на входе и выходе тормозят воздух. Вентилятор ставят с выпускной решёткой и термостатом, чтобы он работал только в жару.

Когда нужен кондиционер для шкафа управления?

Когда вентилятор не справится. Если снаружи почти так же жарко, как допустимо внутри (разница меньше 5 К), воздух с улицы шкаф не охладит. При IP65 и IP66 вентилятор с фильтром не ставят: он открыл бы корпус. Тогда ставят кондиционер или теплообменник, а иногда хватает корпуса побольше. Шкаф с кондиционером или теплообменником, как и шкаф для работы при +40 °C и жарче, у нас считает инженер.

Как рассчитать обогрев шкафа автоматики?

Мощность обогревателя равна площади стенок × коэффициент теплопередачи × разницу между нужной температурой внутри и наименьшей снаружи, плюс 10 %. Тепло аппаратов не учитывают: ночью шкаф может стоять без нагрузки. Тот же стальной корпус 600×800×250 на улице при −40 °C, чтобы внутри было не ниже +5 °C, нужен обогреватель от 339 Вт с термостатом.

Можно обойтись без вентилятора, если взять корпус больше?

Иногда да: у корпуса побольше больше стенок, и он отводит больше тепла. Конфигуратор шкафа сравнивает по цене оба варианта, корпус побольше и корпус с вентилятором, и берёт дешёвый. Для шкафа IP65 корпус побольше часто единственный способ обойтись без кондиционера.

Учитывает ли расчёт солнце?

Нет. Расчёт считает тепло аппаратов и воздух вокруг шкафа. На солнце стенки нагреваются сильнее воздуха, поэтому уличный шкаф ставят в тень или под козырёк. Если это невозможно, напишите об этом в заявке, и шкаф посчитает инженер.