Výpočet klimatizačních systémů pro obytné a veřejné budovy (strana 1)

Online kalkulačka pro výpočet chladicí kapacity

Chcete-li nezávisle vybrat výkon domácí klimatizace, použijte zjednodušenou metodu výpočtu plochy chlazené místnosti implementovanou v kalkulačce. Nuance online programu a zadané parametry jsou popsány níže v pokynech.

Poznámka. Program je vhodný pro výpočet výkonu chladičů pro domácnost a dělených systémů instalovaných v malých kancelářích. Klimatizace prostor v průmyslových budovách je složitější úkol řešený pomocí specializovaných softwarových systémů nebo metodou výpočtu SNiP.

Tepelný zisk ze zařízení

Tepelné zisky ze zařízení a elektromotorů přímo závisí na jejich výkonu a jsou určeny z výrazu:

Q = N * (1-účinnost * k3),

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

kde N je výkon zařízení, kWk1, k2, k3 jsou činitele zatížení (0,9 - 0,4), poptávka (0,9 - 0,7) a současný provoz (1 - 0,3),

kt - koeficient přestupu tepla do místnosti 0,1 - 0,95

Tyto koeficienty nejsou u různých zařízení stejné a jsou převzaty z různých referenčních knih. V praxi jsou všechny koeficienty a účinnost zařízení specifikovány v zadávacích podmínkách. V průmyslové ventilaci může ze zařízení docházet k větším tepelným ziskům než z čehokoli jiného.

Závislost účinnosti elektromotoru na jeho výkonu:

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 Pokud jde o ventilaci v domácnosti, je vhodné odebírat výkon a rychlost proudění vzduchu z pasů zařízení, ale stane se, že neexistují žádné údaje a pokud se průmysl neobejde bez technologů, pak je to povoleno měřit přibližné hodnoty tepelných zisků ze zařízení, které lze najít ve všech druzích referenčních knih a příruček, například:

• Odvod tepla počítačů 300-400 W
• kávovary 300 W
• laserové tiskárny 400w
• rychlovarná konvice 900-1500 W
• kopírka 500-600 W
• fritézy 2750-4050 W
• servery 500-100 W.
• toustovač 1100-1250 W
• Televizor 150 W
• gril 13 500 W / m2 povrchu
• lednička 150 W
• elektrická kamna 900-1500 W / m2 povrchu

Pokud je v kuchyni odsávací digestoř, sníží se tepelný zisk z kamen o 1,4.

Pokyny k používání programu

Nyní vysvětlíme krok za krokem, jak vypočítat výkon klimatizace na předložené kalkulačce:

1. V prvních 2 polích zadejte hodnoty pro plochu místnosti v metrech čtverečních a výšku stropu.
2. Vyberte stupeň osvětlení (vystavení slunci) otvory oken. Sluneční světlo pronikající do místnosti navíc ohřívá vzduch - tento faktor je třeba vzít v úvahu.
3. V další rozevírací nabídce vyberte počet nájemců, kteří zůstávají v místnosti po dlouhou dobu.
4. Na zbývajících kartách vyberte počet televizorů a osobních počítačů v zóně klimatizace. Během provozu tyto domácí spotřebiče také produkují teplo a podléhají účtování.
5. Pokud je v místnosti nainstalována chladnička, zadejte do předposledního pole hodnotu elektrického výkonu domácího spotřebiče. Tuto vlastnost lze snadno zjistit z návodu k použití produktu.
6. Poslední záložka umožňuje zohlednit přiváděný vzduch vstupující do ventilační zóny. Podle regulačních dokumentů je doporučená multiplicita pro obytné prostory 1-1,5.

Pro referenci. Směnný kurz vzduchu ukazuje, kolikrát se během jedné hodiny úplně obnovil vzduch v místnosti.

Vysvětlíme některé nuance správného vyplnění polí a výběru záložek. Při zadávání počtu počítačů a televizorů zvažte jejich současný provoz.Například jeden nájemce zřídka používá obě zařízení současně.

Podle toho je k určení požadovaného výkonu děleného systému vybrána jednotka domácích spotřebičů, která spotřebovává více energie - počítač. Odvod tepla televizního přijímače není zahrnut.

Kalkulačka obsahuje následující hodnoty pro přenos tepla z domácích spotřebičů:

• Televizor - 0,2 kW;
• osobní počítač - 0,3 kW;
• Jelikož chladnička převádí asi 30% spotřebované elektřiny na teplo, program zahrnuje do výpočtů 1/3 zadaného čísla.

Kompresor a chladič běžné chladničky vydávají teplo okolnímu vzduchu.

Rada. Odvod tepla vašeho zařízení se může lišit od uvedených hodnot. Příklad: spotřeba herního počítače s výkonným video procesorem dosahuje 500-600 W, notebook - 50-150 W. Znáte-li čísla v programu, je snadné najít potřebné hodnoty: pro herní PC zvolte 2 standardní počítače, místo notebooku si vezměte 1 televizní přijímač.

Kalkulačka umožňuje vyloučit tepelný zisk z přiváděného vzduchu, ale volba této záložky není zcela správná. Odymy v každém případě cirkulují obydlí a přinášejí teplo z jiných místností, například z kuchyně. Je lepší hrát na jistotu a zahrnout je do výpočtu klimatizace tak, aby její výkon byl dostatečný k vytvoření příjemné teploty.

Hlavní výsledek výpočtu výkonu se měří v kilowattech, sekundární výsledek je v britských tepelných jednotkách (BTU). Poměr je následující: 1 kW ≈ 3412 BTU nebo 3,412 kBTU. Jak si vybrat split systém na základě získaných čísel, čtěte dále.

Typický výpočet výkonu klimatizace

Typický výpočet vám umožní najít kapacitu klimatizace pro malou místnost: samostatnou místnost v bytě nebo chatě, kancelář o rozloze až 50 - 70 čtverečních. ma další prostory umístěné v kapitálových budovách. Výpočet chladicího výkonu Q

(v kilowattech) se vyrábí následujícím způsobem:

Q = Q1 + Q2 + Q3

Napájení klimatizace musí být v rozsahu Qrange

z
–5%
před
+15%
návrhová kapacita
Q
.

Příklad typického výpočtu výkonu klimatizace

Počítáme kapacitu klimatizace pro obývací pokoj o rozloze 26 čtverečních. m s výškou stropu 2,75 m, ve kterém žije jedna osoba, a také má počítač, televizi a malou ledničku s maximální spotřebou energie 165 wattů. Pokoj se nachází na slunné straně. Počítač a televizor nepracují současně, protože je používá stejná osoba.

• Nejprve určíme tepelné zisky z okna, stěn, podlahy a stropu. Součinitel q

  zvolit rovné
  40
  , protože místnost se nachází na slunné straně:

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

  .

• Tepelné zisky od jedné osoby v klidném stavu budou 0,1 kW
  .
  Q2 = 0,1 kW
• Dále najdeme tepelné zisky z domácích spotřebičů. Vzhledem k tomu, že počítač a televizor nepracují současně, je třeba při výpočtech zohlednit pouze jedno z těchto zařízení, a to zařízení, které generuje více tepla. Toto je počítač, z něhož je odvod tepla 0,3 kW
  ... Chladnička generuje přibližně 30% maximální spotřeby energie ve formě tepla
  0,165 kW * 30% / 100% ≈ 0,05 kW
  .
  Q3 = 0,3 kW + 0,05 kW = 0,35 kW
• Nyní můžeme určit odhadovanou kapacitu klimatizace: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 2,86 kW + 0,1 kW + 0,35 kW = 3,31 kW
• Doporučený rozsah výkonu Qrange
  (z
  -5%
  před
  +15%
  návrhová kapacita
  Q
  ):
  Rozsah 3,14 kW

Zbývá nám vybrat model vhodné síly. Většina výrobců vyrábí split systémy s kapacitami blízkými standardnímu rozsahu: 2,0

kW;
2,6
kW;
3,5
kW;
5,3
kW;
7,0
kW. Z této řady vybereme model s kapacitou
3,5
kW.

BTU

(
BTU
) - British Thermal Unit (British Thermal Unit). 1000 BTU / hod = 293 W.
BTU / hod
.

Metoda výpočtu a vzorce

Ze strany pečlivého uživatele je zcela logické nedůvěřovat číslům získaným na online kalkulačce. Chcete-li zkontrolovat výsledek výpočtu výkonu jednotky, použijte zjednodušenou metodu navrženou výrobci chladicího zařízení.

Požadovaný chladicí výkon domácí klimatizace se tedy vypočítá podle vzorce:

Vysvětlení označení:

• Qtp je tepelný tok vstupující do místnosti z ulice přes stavební konstrukce (stěny, podlahy a stropy), kW;
• Ql - odvod tepla od nájemců bytů, kW;
• Qbp ​​- tepelný příkon z domácích spotřebičů, kW.

Je snadné zjistit přenos tepla u elektrických spotřebičů pro domácnost - podívejte se do pasu produktu a najděte vlastnosti spotřebované elektrické energie. Téměř veškerá spotřebovaná energie se přemění na teplo.

Důležitý bod. Výjimkou z pravidla jsou chladicí jednotky a jednotky pracující v režimu start / stop. Do 1 hodiny kompresor chladničky uvolní do místnosti množství tepla rovnající se 1/3 maximální spotřeby uvedené v návodu k obsluze.

Kompresor domácí chladničky přeměňuje téměř veškerou spotřebovanou elektřinu na teplo, ale pracuje v přerušovaném režimu
Příjem tepla od lidí je určen regulačními dokumenty:

• 100 W / h od klidové osoby;
• 130 W / h - při chůzi nebo při lehkých pracích;
• 200 W / h - při těžké fyzické námaze.

Pro výpočty se použije první hodnota - 0,1 kW. Zbývá určit množství tepla, které proniká zvenčí stěnami podle vzorce:

• S - čtverec chlazené místnosti, m²;
• h je výška stropu, m;
• q je specifická tepelná charakteristika vztažená na objem místnosti, W / m³.

Vzorec umožňuje provést agregovaný výpočet tepelných toků vnějšími ploty soukromého domu nebo bytu pomocí specifické charakteristiky q. Jeho hodnoty jsou přijímány následovně:

1. Místnost se nachází na stinné straně budovy, plocha oken nepřesahuje 2 m², q = 30 W / m³.
2. Při průměrném osvětlení a zasklení je brána v úvahu specifická charakteristika 35 W / m³.
3. Místnost se nachází na slunné straně nebo má mnoho průsvitných struktur, q = 40 W / m³.

Po stanovení tepelného zisku ze všech zdrojů sečtěte čísla získaná pomocí prvního vzorce. Porovnejte výsledky ručního výpočtu s výsledky online kalkulačky.

Velká zasklívací plocha znamená zvýšení chladicího výkonu klimatizace

Pokud je nutné zohlednit tepelný příkon z ventilačního vzduchu, zvyšuje se chladicí výkon jednotky o 15-30%, v závislosti na směnném kurzu. Při aktualizaci ovzduší 1krát za hodinu vynásobte výsledek výpočtu koeficientem 1,16-1,2.

Metodika výpočtu klimatizačního systému

Každý může samostatně vypočítat požadovaný výkon klimatizace pomocí jednoduchého vzorce. Nejprve musíte zjistit, jaké bude teplo v místnosti. Pro jejich výpočet by měl být objem místnosti vynásoben koeficientem přenosu tepla. Hodnota tohoto koeficientu se pohybuje v rozmezí od 35 do 40 W a závisí na orientaci okenních otvorů. Dále je nutné určit, jaký druh tepelné energie vyzařují domácí spotřebiče a energie lidí, kteří budou neustále v místnosti. Všechny tyto hodnoty tepelných zisků jsou sečteny. Zvýšíme nalezený počet o 15-20% a získáme požadovaný chladicí výkon klimatického systému.

Související články a materiály:

Návrh klimatizačních systémůSplit klimatizace: jak ji vybrat?Automatizace klimatizačních systémů

Příklad pro místnost 20 čtverečních. m

Ukážeme výpočet kapacity pro klimatizaci malého bytu - ateliéru o rozloze 20 m² s výškou stropu 2,7 m. Zbývající počáteční údaje:

• osvětlení - střední;
• počet obyvatel - 2;
• plazmový televizní panel - 1 ks;
• počítač - 1 ks;
• spotřeba elektrické energie v chladničce - 200 W;
• frekvence výměny vzduchu bez zohlednění pravidelně fungujícího kuchyňského digestoře - 1.

Emise tepla od obyvatel je 2 x 0,1 = 0,2 kW, z domácích spotřebičů, s přihlédnutím k simultánnosti - 0,3 + 0,2 = 0,5 kW, ze strany chladničky - 200 x 30% = 60 W = 0,06 kW. Místnost s průměrným osvětlením, specifická charakteristika q = 35 W / m³. Uvažujeme tok tepla ze stěn:

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

Konečný výpočet kapacity klimatizace vypadá takto:

Q = 1,89 + 0,2 + 0,56 = 2,65 kW, plus spotřeba chlazení pro ventilaci 2,65 x 1,16 = 3,08 kW.

Pohyb vzduchových proudů kolem domu během procesu ventilace

Důležité! Nezaměňujte obecné větrání s domácím větráním. Proud vzduchu přicházející otevřenými okny je příliš velký a je změněn poryvy větru. Chladič by neměl a nemůže normálně upravovat místnost, kde volně proudí nekontrolovaný objem venkovního vzduchu.

Tepelný zisk ze slunečního záření

Stanovení tepelného zisku ze slunečního záření je složitější a neméně důležité. Stejný manuál vám s tím pomůže, ale pokud se v případě lidí použije nejjednodušší vzorec, je mnohem obtížnější vypočítat solární tepelné zisky. Tepelné zisky pro sluneční záření se dělí na tepelný tok okny a uzavírajícími strukturami. Chcete-li je najít, potřebujete znát orientaci budovy za světovými stranami, velikost okna, design uzavíracích prvků a všechna další data, která je třeba do výrazu nahradit. Výpočet tepelného vstupu ze slunečního záření oknem se provádí pomocí výrazu:

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

tnar - průměrná denní teplota venkovního vzduchu, vezmeme teplotu července z SNiP 2.01.01-82

θ je koeficient ukazující změny teploty venkovního vzduchu,

AMC - nejvyšší denní amplituda teploty venkovního vzduchu v červenci, vezmeme z SNiP 2.01.01-82

tp - teplota vzduchu v budově, vezmeme podle SNiP 2.04.05-91

AOC, ROC - plocha a snížená odolnost proti přenosu tepla zasklení je převzata z SNiP II-3-79

Všechna data jsou převzata z aplikace v závislosti na zeměpisné šířce.

Zisk slunečního tepla obvodovým pláštěm budovy se počítá takto:

Z osobní zkušenosti vám doporučuji vytvořit desku pro výpočet tepelných zisků ze slunečního záření v aplikaci Excel nebo jiném programu, což výrazně zjednoduší a zrychlí vaše výpočty. Pomocí této metody se vždy snažte vypočítat solární tepelný zisk. Smutná praxe ukazuje, že zákazníci, kteří označují orientaci svých prostor na hlavní body, jsou spíše výjimkou než pravidlem (proto mazaní designéři používají tento podvod: Tepelný zisk ze slunce pro tmavou stranu je 30 W / m3, s normální osvětlení 35 W / m3, na slunné straně 40 W / m byty a malé kanceláře. Doporučuji vám udělat maximum, abyste vytáhli co nejvíce dat a provedli stejný správný výpočet tepelného příkonu ze slunečního záření.

Výběr klimatizace pomocí napájení

Dělené systémy a chladicí jednotky jiných typů se vyrábějí ve formě modelových řad s produkty standardního výkonu - 2,1, 2,6, 3,5 kW atd.Někteří výrobci uvádějí výkon modelů v tisících britských tepelných jednotek (kBTU) - 07, 09, 12, 18 atd. V tabulce je uvedena korespondence klimatizačních jednotek vyjádřená v kilowattech a BTU.

Odkaz. Z označení v kBTU vyšly populární názvy chladicích jednotek různých studených, „devět“ a dalších.

Pokud znáte požadovaný výkon v kilowattech a imperiálních jednotkách, vyberte dělený systém v souladu s doporučeními:

1. Optimální výkon klimatizační jednotky pro domácnost je v rozmezí -5 ... + 15% vypočtené hodnoty.
2. Je lepší dát malou rezervu a zaokrouhlit výsledek nahoru - na nejbližší produkt v modelové řadě.
3. Pokud vypočítaná chladicí kapacita přesahuje kapacitu standardního chladiče o setinu kilowattu, neměli byste zaokrouhlovat nahoru.

Příklad. Výsledek výpočtů je 2,13 kW, první model v řadě vyvíjí chladicí výkon 2,1 kW, druhý - 2,6 kW. Vybrali jsme možnost č. 1 - klimatizaci o výkonu 2,1 kW, což odpovídá 7 kBTU.

Příklad dva. V předchozí části jsme vypočítali výkon jednotky pro studiový apartmán - 3,08 kW a spadl mezi úpravy 2,6–3,5 kW. Zvolili jsme split systém s vyšší kapacitou (3,5 kW nebo 12 kBTU), protože návrat k nižšímu se neudrží do 5%.

Pro referenci. Pamatujte, že spotřeba energie jakéhokoli klimatizačního zařízení je třikrát nižší než jeho chladicí kapacita. Jednotka 3,5 kW „vytáhne“ ze sítě asi 1200 W elektřiny v maximálním režimu. Důvod spočívá v principu fungování chladicího stroje - „split“ nevytváří chlad, ale přenáší teplo na ulici.

Drtivá většina klimatických systémů je schopna pracovat ve 2 režimech - chlazení a vytápění v chladném období. Tepelná účinnost je navíc vyšší, protože motor kompresoru, který spotřebovává elektřinu, navíc ohřívá freonový okruh. Rozdíl výkonu v režimu chlazení a vytápění je uveden v tabulce výše.

Jmenovitý a optimální výkon klimatizace

přibližné hodnoty různých tepelných přebytků
Nominálním výkonem se rozumí průměrný výkon klimatizační jednotky při provozu za studena. V každém jednotlivém případě je však nutné vypočítat optimální výkon, který by se v ideálním případě měl co nejvíce shodovat s prvním.

Nominální hodnoty vybírají výrobci pro každý typ chladicího zařízení:

• Bloky oken obvykle mají následující standardní pozice: 5, 7, 9, 12, 18, 24;
• Rozdělení stěn odpovídá modelové řadě v této verzi: 7, 9, 12, 18, 24. Někdy některé značky vyrábějí nestandardní modely s následujícími nominálními hodnotami: 8, 10, 13, 28, 30;
• Kazety jsou v tomto pořadí: 18, 24, 28, 36, 48, 60. Nestandardní řada: 34, 43, 50, 54;
• Rozdělení kanálů začíná u kapacitního rozsahu 12 modelů a někdy končí u 200;
• Instalace konzoly mají následující varianty: 18, 24, 28, 36, 48, 60. V nestandardní verzi: 28, 34, 43, 50, 54;
• Sloupce začínají od 30 do 100 a více.

Tento seznam není náhodný. Již zohlednila výběr klimatizace a její kapacitu podle plochy místnosti a výšky stropů a podle přílivu tepla ze zařízení domácnosti, elektrického osvětlení, lidí, střech se stěnami, otevřených okna a ventilace.

Výpočet tepelné bilance

V poslední době existuje trvalý trend směrem k nárůstu využívání frekvenčních měničů v průmyslových podnicích, v oblasti energetiky, ropného a plynárenského průmyslu, veřejných služeb atd. To je způsobeno skutečností, že regulace frekvence elektrického pohonu umožňuje výrazně šetřit elektřinu a další výrobní zdroje, zajišťuje automatizaci technologických procesů a zvyšuje spolehlivost systému jako celku. Frekvenční měniče se používají jak v nových projektech, tak při modernizaci výroby.Široká škála kapacit a různé možnosti řídicích systémů vám umožní zvolit řešení pro téměř jakýkoli úkol.

Se všemi zjevnými výhodami frekvenčních měničů však mají vlastnosti, které, aniž by to zhoršilo jejich přednosti, přesto vyžadují další použití speciálních zařízení. Tato zařízení jsou vstupní a výstupní filtry a tlumivky.

Obr. 1. Použití vstupních a výstupních filtrů v obvodech s frekvenčním měničem.

Elektrické pohony jsou dobře známým zdrojem rušení. Vstupní filtry jsou navrženy tak, aby minimalizovaly přenos a rušení jak z elektronického zařízení, tak z něj, což vám umožňuje splnit požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu. Úkol omezit vliv harmonických zkreslení vznikajících při provozu frekvenčních měničů na napájecí síť je vyřešen instalací síťových tlumivek před frekvenční měniče a stejnosměrné tlumivky. Zsíťová tlumivka na vstupu frekvenčního měniče také snižuje vliv fázové nerovnováhy napájecího napětí.

Výstupní filtry se používají k ochraně izolace, snížení akustického hluku motoru a vysokofrekvenčního elektromagnetického rušení v kabelu motoru, ložiskových proudů a napětí na hřídeli, čímž se prodlužuje životnost motoru a doba údržby. Výstupní filtry zahrnují dU / dt filtry a sinusové filtry.

Je třeba poznamenat, že sinusové filtry lze použít se spínací frekvencí vyšší než je jmenovitá hodnota, ale nelze je použít, pokud je spínací frekvence o více než 20% nižší než jmenovitá hodnota. Filtry DU / dt lze použít se spínací frekvencí pod jmenovitou hodnotou, ale je třeba se jim vyhnout se spínací frekvencí vyšší než jmenovitá hodnota, protože by to způsobilo přehřátí filtru.

Vzhledem k tomu, že filtry / tlumivky by měly být umístěny co nejblíže k měniči kmitočtu, jsou obvykle umístěny společně s ním ve stejné napájecí skříni, kde jsou také umístěny ostatní spínací a ovládací prvky.

Obr. Skříň s frekvenčním měničem, filtry a spínacími zařízeními.

Mělo by být zřejmé, že výkonné výkonové filtry a tlumivky generují během provozu značné množství tepla (jádro i vinutí jsou zahřívány). V závislosti na typu filtru mohou ztráty dosáhnout několika procent zátěžového výkonu. Například třífázová síťová tlumivka SKY3TLT100-0.3 vyráběná českou společností Skybergtech má pokles napětí o 4% v síti 380 voltů, což při provozním proudu 100 A vytváří ztrátový výkon 210 W. Výkon elektromotoru při tomto proudu bude přibližně 55 kW, tj. absolutní ztráta energie přes tlumivku bude malá, méně než 0,5%. Ale protože se tato ztráta energie uvolňuje v uzavřené skříni, je třeba přijmout zvláštní opatření k odstranění tepla.

Množství generovaného tepla je zpravidla úměrné výkonu, ale také závisí na konstrukčních vlastnostech navíjecího prvku. Sinusové filtry budou generovat více tepla než například filtry dU / dt, protože mají větší tlumivky a kondenzátory, které zajišťují účinnější vyhlazování a potlačení vysokých frekvencí. Aktivní odpor vinutí přináší značné ztráty. Aby výrobci ušetřili peníze, často používají navíjecí drát menší části, někdy vyrobený ne z mědi, ale z hliníku. Termogram (obr. 3) ukazuje 2 sinusové filtry se stejným výkonem, ale od různých výrobců. Oba filtry mají stejné ztráty energie, ale je jasně vidět, že vinutí filtru vlevo se více zahřívají a filtr vpravo má jádro. Samozřejmě, za jiných podmínek, filtr vpravo vydrží déle než filtr vlevo.přehřátí vinutí má mnohem větší vliv na životnost filtru v důsledku zvýšení svodových proudů v důsledku výskytu mikrotrhlin v izolaci vinutí.

Obr. 3 Termogram sinusových filtrů od různých výrobců.

Je třeba také poznamenat, že použití různých materiálů jádra také silně ovlivňuje ztráty energie, tj. Odvod tepla. To platí zejména v případě vysokofrekvenčního rušení v obvodu. Český výrobce Skybergtech tedy vyrábí dva typy filtrů se stejnými parametry SKY3FSM110-400E a SKY3FSM110-400EL-Rev.A. Ve druhém modelu filtru je použito jádro z lepšího materiálu, díky čemuž je ztráta energie snížena asi o 10%. Je třeba poznamenat, že cena filtru s nejlepšími tepelnými parametry je téměř o 80% vyšší než cena analogu. Při výběru filtru je tedy třeba věnovat pozornost také ekonomickému faktoru.

Významné zahřátí výkonových filtrů na jmenovitý výkon může být v tolerancích výrobce, nicméně při výpočtu tepelné bilance výkonové skříně je třeba při výrobě tepla zohlednit frekvenční měniče (FC). Moderní střídače mají účinnost 97-98% a jsou zpravidla hlavním zdrojem tepla ve skříni, ale ne jediným. Kromě střídače je teplo generováno filtrem potlačení hluku, vstupní tlumivkou, tlumivkou motoru nebo sinusovým filtrem, stykači a dokonce i motorem chladicího ventilátoru. Nestačí tedy spoléhat při výpočtu požadovaného průtoku foukání pouze na odvod tepla samotného střídače.

Nedodržení teplotního režimu může vést k nepříjemným a někdy velmi vážným následkům - od snížení životnosti zařízení po jeho požár. Proto je nanejvýš důležité udržovat optimální teplotu ve skříních zařízení. Existuje mnoho způsobů, jak tento problém vyřešit: použití skříně jiného objemu, použití nuceného proudění vzduchu, speciální tepelné výměníky (včetně použití kapalného chlazení) a klimatizace. V tomto článku se zaměříme na vlastnosti výpočtu klasického nuceného chlazení vzduchem.

Výrobci energetických rozvaděčů mají speciální prostředky pro výpočet tepelných podmínek (například software ProClima od SchneiderElectric nebo software RittalPower Engineering od RittalTherm). Umožní vám zohlednit odvod tepla všech prvků skříně, včetně jističů, stykačů atd. Je brán v úvahu design skříně, její rozměry a umístění vzhledem k ostatním skříním.

Tyto programy byly vytvořeny pro výpočet tepelných podmínek konkrétních skříní daného výrobce. zohlednit jejich konstrukční vlastnosti, materiál atd. Nicméně pomocí těchto programů je docela možné provést přibližný výpočet pro libovolný kabinet, pokud znáte určité počáteční parametry.

V tomto případě je nutné vzít v úvahu jak zdroje generování tepla (energetické ztráty zařízení), tak plochu pláště (povrch skříně). Musí být známa data o ztrátách energie u všech vestavěných zařízení, rozměry spínací skříňky. Je také nutné nastavit hodnoty minimální / maximální teploty mimo skříň, vlhkost a nadmořskou výšku (to bude nutné k určení požadovaného průtoku vzduchu). Relativní vlhkost se používá k určení rosného bodu, teploty, pod kterou začíná kondenzovat. Při určování minimální dovolené teploty ve skříni je nutné se jím řídit (obr. 4).

Obr. 4 Tabulka stanovení rosného bodu

Účelem výpočtu je určit potřebu nuceného proudění vzduchu / chlazení / topení, při kterém bude vnitřní teplota vypočítaná ze ztráty energie v rozmezí maximálních / minimálních přípustných provozních teplot pro zařízení ve skříni.

Výpočet tepelné bilance energetické skříně s frekvenčními měniči sestává z několika stupňů.V první fázi je nutné vypočítat efektivní plochu přenosu tepla Se. Povrch skříně je v kontaktu s prostředím, jehož teplota se liší od teploty uvnitř skříně. Efektivní plocha pro výměnu tepla Se závisí na geometrických rozměrech a umístění skříně, koeficient pro každý povrchový prvek je vybrán z tabulky (obr. 5), v souladu s normou IEC 60890.

Obrázek 5: Tabulka výběru koeficientu b pro určení efektivní plochy pláště

Celková efektivní plocha pláště je:

Se =S(S0 x b)

Ve druhé fázi se vypočítá síla tepelných ztrát generovaných zařízením uvnitř skříně. Tepelný výkon skříně je definován jako součet ztrát energie jednotlivých prvků instalovaných ve skříni.

Q = Q1 + Q2 + Q3….

Tepelné ztráty jednotlivých instalovaných zařízení lze určit podle jejich elektrických charakteristik. U zařízení a vodičů s částečným zatížením lze ztrátu výkonu určit pomocí následujícího vzorce:

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

Q - ztráty činného výkonu;

Qn - ztráta jmenovitého výkonu (při In);

Ib je skutečná hodnota proudu;

Jmenovitý proud.

Dále, s přihlédnutím ke známým hodnotám okolních teplot (Temin, Temax), najdete maximální a minimální teploty uvnitř skříně:

Ti max (° C) = Q / (K x Se) + Te max

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

K je konstanta, která bere v úvahu materiál pláště. U některých běžných materiálů používaných k výrobě skříněk bude mít následující hodnoty:

K = 12 W / m2 / ° C pro hliníkový plášť

K = 5,5 W / m2 / ° C pro lakovaný kovový plášť;

K = 3,7 W / m2 / ° C pro plášť z nerezové oceli;

K = 3,5 W / m2 / ° C pro polyesterový plášť.

Označme požadované hodnoty teploty uvnitř skříně jako Tsmin a Tsmax.

Dále rozhodujeme o výběru nezbytného systému údržby mikroklimatu:

1) Pokud maximální vypočítaná hodnota teploty překročí nastavenou hodnotu (Timax> Tsmax), je nutné zajistit systém nuceného větrání, výměník tepla nebo klimatizaci; výkon systému lze určit z výrazu:

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

Odtud lze vypočítat požadovaný průtok vzduchu:

V (m3 / h) = f x Pchlazení / (Ts max - Te max), kde

f - korekční faktor (faktor f = Сp х ρ, součin měrného tepla a hustoty vzduchu na hladině moře). Pro různé nadmořské výšky má koeficient f následující hodnoty:

od 0 do 100 m f = 3,1

od 100 do 250 m f = 3,2

od 250 do 500 m f = 3,3

od 500 do 350 m f = 3,4

od 750 do 1000 m f = 3,5

2) Pokud je maximální vypočtená hodnota teploty menší než zadané maximum (Timax

3) Pokud je minimální vypočtená hodnota teploty nižší než nastavená (Ti min

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

4) Pokud je minimální vypočítaná hodnota teploty vyšší než nastavená (Ti min> Ts min), není mikroklimatický regulační systém vyžadován.

Při výpočtu průtoku vzduchu generovaného ventilátorem je třeba vzít v úvahu ztráty zátěže způsobené komponenty výfuku (mřížka a filtr vzduchu, přítomnost nebo nepřítomnost ventilační mřížky).

Při návrhu by mělo být zajištěno rovnoměrné rozdělení ztrát energie uvnitř krytu (skříně) a umístění vestavěného zařízení by nemělo bránit cirkulaci vzduchu. Nedodržení těchto pravidel bude vyžadovat složitější tepelné výpočty, aby se vyloučila pravděpodobnost místního přehřátí a obtokového efektu. Příslušenství musí být dimenzováno tak, aby efektivní proud obvodů ASSEMBLY nepřekročil 80% jmenovitého proudu In zařízení.

Uvažujme výpočet tepelné bilance na konkrétním příkladu.

Počáteční údaje: Máme skříň z lakovaného ocelového plechu o výšce 2 m, šířce 1 ma hloubce 0,6 m, stojící v řadě. Skříň obsahuje 2 frekvenční měniče, dva síťové filtry a dva výstupní sinusové filtry a spínací prvky, ale vzhledem k jejich nízkému ztrátovému výkonu ve vztahu k určenému zařízení je můžeme zanedbávat. Teplota okolí se může pohybovat od -10 do + 32 ° C. Relativní vlhkost 70%. Přípustná maximální teplota uvnitř skříně je + 40 ° C. Aby se zabránilo kondenzaci, musí být minimální přípustná teplota ve skříni alespoň rosný bod, tj.v našem případě 26 ° C (obr. 4)

Způsob platby:

V souladu s tabulkou (obr. 5) se celková efektivní plocha pláště bude rovnat:

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

Na základě známé rozptýlené síly jednotlivých prvků zařízení zjistíme jeho celkovou hodnotu. U frekvenčního měniče, jehož účinnost je 97-98%, bereme 3% deklarovaného jmenovitého výkonu pro rozptýlení výkonu. Protože návrh bere v úvahu, že maximální zatížení by nemělo překročit 80% jmenovité hodnoty, je pro korekci celkového tepelného výkonu použit koeficient 0,8:

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

Dále s přihlédnutím ke známým hodnotám okolních teplot (Te min, Te max) najdeme maximální a minimální hodnoty teploty uvnitř skříně bez chlazení:

Ti max (° C) = 3600 / (5,5 x 5,64) + 32 = 148,05 ° C

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

Protože maximální vypočtená hodnota teploty je výrazně vyšší než přednastavená hodnota (148,05 ° C> 40 ° C), je nutné zajistit nucené větrání, jehož výkon se bude rovnat:

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

Nyní můžeme vypočítat požadovaný foukací výkon. Abychom vzali v úvahu ztráty zátěže způsobené komponenty výfuku (mřížka distribuce vzduchu, filtr), nastavíme rozpětí 20%. Ve výsledku jsme zjistili, že za účelem udržení teplotní rovnováhy skříně v rámci stanovených hodnot musí proudit vzduch s kapacitou:

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

Tento proud vzduchu lze zajistit instalací několika ventilátorů, jejichž proud vzduchu se sčítá. Můžete použít například ventilátory Sunon A2179HBT-TC. To by však mělo brát v úvahu také pokles výkonu za přítomnosti odporu proti proudění z instalovaných prvků skříně. S ohledem na tento faktor bude v našem případě možné instalovat 2 ventilátory EB2-PAPST W2E208-BA20-01 nebo 4 ventilátory A2179HBT-TC od společnosti Sunon. Při výběru počtu a umístění ventilátorů je třeba vzít v úvahu, že jejich sériové připojení zvyšuje statický tlak a paralelní připojení zvyšuje průtok vzduchu.

Nucené chlazení vzduchem lze realizovat čerpáním ohřátého vzduchu (ventilátor instalovaný na výstupu) z objemu skříně nebo foukáním studeného vzduchu (ventilátor na vstupu). Volba požadované metody se nejlépe provede v počáteční fázi návrhu. Každá z těchto metod má své vlastní výhody a nevýhody. Vstřikování vzduchu umožňuje efektivnější vyfukování nejžhavějších prvků, pokud jsou správně umístěny a spadají do hlavního proudu vzduchu. Zvýšená turbulence proudění zvyšuje celkový odvod tepla. Kromě toho přetlak generovaný vypouštěním zabraňuje vstupu prachu do pouzdra. V případě odsávacího větrání je v důsledku sníženého tlaku v objemu skříně nasáván prach skrz všechny štěrbiny a otvory. Když je ventilátor umístěn na vstupu, zvyšuje se také jeho vlastní zdroj, protože pracuje v proudu studeného vstupního vzduchu. Pokud je však ventilátor umístěn na výfukové straně, teplo z provozu samotného ventilátoru je okamžitě odváděno ven a neovlivňuje činnost zařízení. Kromě toho je díky malému vakuu vytvářenému během odtahového větrání vzduch nasáván nejen hlavním vstupním otvorem, ale také dalšími pomocnými otvory. Optimální umístění v blízkosti tepelných zdrojů zajišťuje lepší regulaci průtoku.

Při instalaci ventilátorů na vstupu se doporučuje umístit je na spodní část krytu. V horní části skříně by měl být umístěn mřížka výstupu vzduchu, kterou je odváděn ohřátý vzduch. Mřížka výstupu vzduchu musí mít potřebný stupeň ochrany, který zajišťuje normální provoz elektrické instalace.Je třeba mít na paměti, že instalace výfukového filtru stejné velikosti jako ventilátor snižuje skutečný výkon ventilátoru o 25-30%. Proto musí být výstup filtru větší než vstup ventilátoru.

Při instalaci ventilátoru na výstup jsou umístěny v horní části skříně. Přívody vzduchu jsou umístěny dole a navíc v blízkosti zdrojů nejintenzivnějšího generování tepla, což usnadňuje jejich chlazení.

Dodáváme, že volba požadovaného způsobu foukání zůstává na konstruktérech, kteří s ohledem na všechny výše uvedené faktory, požadovaný stupeň ochrany IP a vlastnosti zařízení musí zvolit ten nejvhodnější. Důležitost zajištění optimální teploty ve skříních zařízení je nesporná. Uvedená metodika výpočtu, založená na metodách navržených konstruktéry skříní Schnaider Electric, Rittal podle IEC 60890, umožňuje určitá zjednodušení, použití empirických hodnot, ale zároveň umožňuje s dostatečnou spolehlivostí provést praktický výpočet systému pro udržení optimální tepelné rovnováhy energetických rozvaděčů s frekvenčními měniči a výkonovými filtry.

Autoři: Ruslan Cherekbashev, Vitaly Khaimin

Literatura

1. Haimin V., Bahar E. Filtry a tlumivky společnosti Skybergtech // Výkonová elektronika. 2014. č. 3.

2. IEC / TR 60890 (2014) Sestavy pro rozváděče nízkého napětí. Metoda ověření nárůstu teploty výpočtem

3. Sarel katalog. Regulace teploty v rozvaděčích. www.schneider-electric.ru

4. Pravidla pro vytváření GCC podle GOST R IEC 61439. Technická knihovna Rittal.

5. Chlazení rozvaděčů a procesů. Technická knihovna Rittal 2013.

6. Vikharev L. Jak pracovat, aby nedošlo k vyhoření v práci. Nebo stručně o metodách a systémech pro chlazení polovodičových zařízení. Část druhá // Výkonová elektronika. 2006. č. 1.

Výpočet energie spotřebované PC podle pasových hodnot spotřeby energie uzlů

Když se objeví otázka „Kolik tepla generuje můj počítač?“, Nejprve se pokusíme najít data o rozptylu tepla uzlů, které jsou ve vašem PC. Ale taková data nikde. Maximum, které najdeme, jsou proudy spotřebované uzly podél napájecích obvodů 3.3; Pět; 12 V. A i tak ne vždy.

Tyto hodnoty odběrových proudů mají nejčastěji špičkové hodnoty a jsou určeny spíše pro výběr napájecího zdroje, aby se vyloučil jeho nadproud.

Protože všechna zařízení uvnitř počítače jsou napájena stejnosměrným proudem, není problém při určování špičkové (přesně špičkové) spotřeby energie vaším uzlem. Chcete-li to provést, jednoduše určete součet spotřebovaných výkonů na každém řádku vynásobením proudu a napětí spotřebovaného podél obvodu (upozorňuji, nepoužívají se žádné převodní faktory - stejnosměrný proud.).

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

Jak jste pochopili, jedná se o velmi hrubý odhad, který se v reálném životě téměř nikdy neprovádí, protože všechny uzly počítače nepracují současně ve špičkovém režimu. Operační systém pracuje s uzly PC podle určitých algoritmů. Informace jsou čteny - zpracovávány - zapisovány - část z nich je zobrazena na řídicích prostředcích. Tyto operace se provádějí na datových paketech.

Na internetu existuje mnoho odhadů přesně hodnoty špičkové spotřeby energie převzaté z charakteristik uzlů.

Výpočty, které byly provedeny před 2-3 lety, v zásadě neodpovídají současné situaci. Protože v průběhu let výrobci modernizovali své uzly, což vedlo ke snížení jejich spotřeby energie.

Nejnovější data jsou uvedena v tabulce 1.

Stůl 1.

Vidíme, že data mají velmi široký rozptyl, je určen konkrétním modelem vašeho uzlu. Uzly různých výrobců, zejména těch, které se vyrábějí v různých dobách, mají širokou škálu spotřeby energie. V zásadě můžete výpočet provést sami.

Výpočet energie spotřebované počítačem se provádí v několika fázích.

To:

1. Shromažďování informací o energii spotřebované uzlem,
2. Výpočet celkové spotřeby energie a výběr napájecího zdroje,
3. Výpočet celkové spotřeby PC (s přihlédnutím k napájení).

Nedílnou součástí výpočtu rozptylu tepla je výpočet energie spotřebované počítačem. Ze kterého je určen výkon napájecího zdroje, je vybrán konkrétní model, po kterém je odhadován jeho odvod tepla. Proto je při provádění tepelného výpočtu nutné nejprve shromáždit data o energii spotřebované uzly počítače.

Ale zatím ani spotřeba energie není vždy dána výrobci počítačových uzlů, někdy je hodnota napájecího napětí a spotřeba proudu pro toto napětí uvedena na štítku parametrů. Jak bylo uvedeno výše, při stejnosměrném proudu, který se používá k napájení uzlů počítače, součin napájecího napětí a proudu spotřebovaného při daném napětí označuje spotřebu energie.

Na základě celkové spotřeby energie (bereme ji jako výkon rozptylu tepla) je možné provést předběžný nebo přibližný výpočet chladicího systému. Tento výpočet spíše zajistí nadměrné chlazení vašeho PC, které v podmínkách vysokého zatížení a tedy maximálního uvolnění tepla poskytuje určitou aproximaci se skutečným uvolňováním tepla a zajistí normální chlazení. Pokud se však počítač používá pro běžné (nikoli náročné na zdroje) aplikace, takto vypočítaný chladicí systém je jasně nadbytečný a zajištění normální funkce uzlů počítače vytváří uživateli nepříjemnosti kvůli zvýšené hladině hluku.

Nejprve byste měli vědět, že spotřeba energie a odvod tepla uzlů přímo souvisejí.

Výkon rozptylu tepla elektronických součástek se nerovná spotřebě energie, ale navzájem spolu souvisejí prostřednictvím faktoru ztráty energie jednotky.

Existuje mnoho publikací o tom, jak provést tento výpočet, pro tento výpočet existují speciální weby na internetu. Stále však existují otázky ohledně jeho implementace.

Proč?

A protože nejen výrobce odvádí teplo, je obtížné jej najít, ale ani energie spotřebovaná uzlem, o který se zajímáme, není vždy známa. Možná se prostě bojí je citovat, protože jejich hodnota není během provozu nestabilní a významně závisí na provozním režimu. Rozdíl může být až desetkrát a někdy i více.

Nezdá se, že by chtěli uživatele zahltit „zbytečnými“ informacemi. A pro výrobce jsem zatím nenašel žádná data.

Doporučení pro výběr typu klimatizace

Klimatizace serverové skříně
Složité provozní podmínky s nepřetržitým zatížením nejsou schopny odolat každému klimatickému systému. Musí být vybaven prachovým filtrem, odvlhčovačem, zimní soupravou. Jednou z možností chlazení vzduchem je klimatizovaná serverová skříň. Konstrukce nevyžaduje odvod kondenzátu, venkovní jednotka je kompaktní. Vnitřní jednotka je instalována vertikálně nebo horizontálně uvnitř serverové skříně.

Požadavky na klimatizační zařízení

Při udržování klima v serverovnách je důležitý plynulý provoz klimatizací. Poruchy a opravy ponechají telekomunikační zařízení po dlouhou dobu nevychlazená. Princip rotace a rezervace umožňuje splnění požadavku. V místnosti je instalováno několik klimatizačních jednotek propojených do jedné sítě pomocí otočného zařízení. V případě poruchy jedné klimatizace se automaticky aktivuje možnost zálohování.

Střídavé zapínání bloků umožňuje vyvážení zátěže a zajištění optimálních klimatických parametrů. V tomto režimu se technik střídavě zastaví kvůli odpočinku a údržbě.

Rotační jednotka pomáhá řídit klimatizaci serveroven. Automaticky střídá zapnutí pracovních jednotek, v případě potřeby připojí záložní zařízení. Druhou možností ovládání je instalace senzorů, jejichž hodnoty se zobrazují na monitoru počítače. Pro stanovení podmínek v serverovně nemusíte opustit své pracoviště. Všechny informace ve formě tabulek a grafů putují do počítače. Zprávy jsou doprovázeny zvukovým signálem.

Split systémy

Sloupcový diagram zařízení klimatizace
K udržení zadaných parametrů v serverovnách se používají split systémy. Domácí nebo poloprůmyslové vysoce výkonné systémy jsou instalovány v malých místnostech s uvolňováním tepla do 10 kW. Podle typu instalace jsou to:

• Nástěnná montáž - univerzální a cenově dostupná volba. Produktivita je 2,5-5 kW, je vybrán model, ve kterém je poskytována významná délka freonové linky. Doporučenými výrobci jsou společnosti Daikin, Toshiba a Mitsubishi Electric.
• Potrubí - zařízení jsou umístěna pod falešným stropem, šetří místo a zajišťují účinnou výměnu vzduchu. Vhodné pro velké serverovny. Potrubní klimatizace dodává studený vzduch přímo do stojanů.
• Sloup - výkonné systémy ve formě skříní se instalují na podlahu, nevyžadují instalaci.

Přesné klimatické systémy

Přesné klimatizace serverovny jsou profesionální vybavení. Klimatické komplexy mají vysoký zdroj nepřetržitého provozu, umožňují udržovat optimální parametry teploty a vlhkosti. Jednou z výhod zařízení je přesnost, klimatické ukazatele ve velkých prostorách mají kolísání nejvýše 1 ° C a 2%. V serverovnách jsou instalovány modely skříní a stropů. První se vyznačují objemnými rozměry, jejich výkon je 100 kW. Stropní systémy jsou méně účinné (20 kW) a instalují se v místnostech, kde není možné umístit klimatizační skříně.

Typy přesných klimatických zařízení

Klimatické komplexy mohou být monoblokové a oddělené podle typu dělených systémů. Systém je chlazen různými způsoby: odpařováním okruhu freonu, vody nebo vzduchu. Populární výrobci: UNIFLAIR, Blue box.

Výhody instalace:

• nepřerušovaná práce;
• vysoký výkon zařízení;
• přesné ovládání klimatických složek;
• široký rozsah provozních teplot;
• kompatibilita s dispečerským řízením.

Nevýhody přesných systémů:

• vysoká cena;
• hlučný monoblokový design.

Systém fan coil chladiče

Klimatizační systém používá jako topné médium vodu nebo směs ethylenglykolu. Princip činnosti je podobný instalacím s freonem.Chladič chladí kapalinu cirkulující ve výměníku tepla fan-coil a vzduch procházející chladičem snižuje teplotu.

• vysoký výkon;
• všestrannost;
• bezpečný a cenově dostupný provoz.