Cálculo de sistemas de ar condicionado para edifícios residenciais e públicos (página 1)

Calculadora online para calcular a capacidade de refrigeração

Para selecionar independentemente a potência de um ar condicionado doméstico, use o método simplificado de cálculo da área da sala refrigerada, implementado na calculadora. As nuances do programa online e os parâmetros inseridos são descritos abaixo nas instruções.

Observação. O programa é adequado para calcular o desempenho de chillers domésticos e sistemas split instalados em pequenos escritórios. A climatização de instalações em edifícios industriais é uma tarefa mais complexa, resolvida com a ajuda de sistemas de software especializados ou do método de cálculo SNiP.

Ganho de calor do equipamento

Os ganhos de calor de equipamentos e motores elétricos dependem diretamente de sua potência e são determinados a partir da expressão:

Q = N * (eficiência 1 * k3),

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

onde N é a potência do equipamento, kWk1, k2, k3 são os fatores de carga (0,9 - 0,4), demanda (0,9 - 0,7) e operação simultânea (1 - 0,3),

kt - coeficiente de transferência de calor para a sala 0,1 - 0,95

Esses coeficientes não são iguais para equipamentos diferentes e são retirados de livros de referência diferentes. Na prática, todos os coeficientes e eficiência dos dispositivos são especificados nos termos de referência. Na ventilação industrial, pode haver mais ganhos de calor do equipamento do que de qualquer outra coisa.

Dependência da eficiência de um motor elétrico em sua potência:

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 Quanto à ventilação domiciliar, é aconselhável tirar a potência e a vazão de ar dos passaportes dos equipamentos, mas acontece que não há dados e se a indústria não pode prescindir de tecnólogos, aqui é permitido para obter valores aproximados para ganhos de calor do equipamento, que podem ser encontrados em todos os tipos de livros e manuais de referência, por exemplo:

• Dissipação de calor de computadores 300-400 W
• máquinas de café 300 W
• impressoras a laser 400w
• chaleira elétrica 900-1500 W
• copiadora 500-600 W
• fritadeiras 2750-4050 W
• servidores 500-100 W
• torradeira 1100-1250 W
• Aparelho de TV 150 W
• grelha de superfície de 13.500 W / m2
• geladeira 150 W
• fogões elétricos 900-1500 W / m2 de superfície

Quando há exaustor na cozinha, o ganho de calor do fogão é reduzido em 1,4.

Instruções para usar o programa

Agora explicaremos passo a passo como calcular a potência do ar condicionado na calculadora apresentada:

1. Nos primeiros 2 campos, insira os valores para a área da sala em metros quadrados e a altura do teto.
2. Selecione o grau de iluminação (exposição ao sol) através das aberturas das janelas. A penetração da luz solar na divisão aquece adicionalmente o ar - este fator deve ser levado em consideração.
3. No próximo menu suspenso, selecione o número de inquilinos que permanecerão no quarto por muito tempo.
4. Nas guias restantes, selecione o número de TVs e computadores pessoais na zona de ar condicionado. Durante a operação, esses eletrodomésticos também geram calor e estão sujeitos a contabilidade.
5. Se houver uma geladeira instalada na sala, insira o valor da energia elétrica do eletrodoméstico no penúltimo campo. A característica é fácil de aprender no manual de instruções do produto.
6. A última guia permite que você leve em consideração o ar fornecido que entra na zona de resfriamento devido à ventilação. De acordo com os documentos regulamentares, a multiplicidade recomendada para instalações residenciais é de 1-1,5.

Para referência. A taxa de troca de ar mostra quantas vezes durante uma hora o ar da sala é completamente renovado.

Vamos explicar algumas das nuances do preenchimento correto dos campos e da seleção das guias. Ao especificar o número de computadores e TVs, considere a operação simultânea dos mesmos.Por exemplo, um inquilino raramente usa os dois aparelhos ao mesmo tempo.

Assim, para determinar a potência necessária do sistema dividido, uma unidade de eletrodomésticos que consome mais energia é selecionada - um computador. A dissipação de calor do receptor de TV não está incluída.

A calculadora contém os seguintes valores para transferência de calor de eletrodomésticos:

• Aparelho de TV - 0,2 kW;
• computador pessoal - 0,3 kW;
• Como a geladeira converte cerca de 30% da eletricidade consumida em calor, o programa inclui 1/3 do valor inserido nos cálculos.

O compressor e o radiador de um refrigerador convencional liberam calor para o ar ambiente.

Conselho. A dissipação de calor do seu equipamento pode diferir dos valores indicados. Exemplo: o consumo de um computador para jogos com um poderoso processador de vídeo atinge 500-600 W, um laptop - 50-150 W. Conhecendo os números do programa, é fácil encontrar os valores necessários: para um PC de jogos, escolha 2 computadores padrão, em vez de um laptop, leve 1 receptor de TV.

A calculadora permite que você exclua o ganho de calor do ar fornecido, mas escolher essa guia não é totalmente correto. Em todo o caso, as correntes de ar circulam pela habitação, trazendo calor de outras divisões, como a cozinha. É melhor jogar pelo seguro e incluí-los no cálculo do ar condicionado para que seu desempenho seja suficiente para criar uma temperatura confortável.

O resultado do cálculo da energia principal é medido em quilowatts, o resultado secundário é em unidades térmicas britânicas (BTU). A relação é a seguinte: 1 kW ≈ 3412 BTU ou 3,412 kBTU. Como escolher um sistema de divisão com base nos números obtidos, continue lendo.

Cálculo típico da potência do ar condicionado

Um cálculo típico permite que você encontre a capacidade de um ar condicionado para uma pequena sala: uma sala separada em um apartamento ou casa de campo, um escritório com uma área de 50 a 70 m². me outras instalações localizadas em edifícios de capital. Cálculo da capacidade de refrigeração Q

(em quilowatts) é produzido de acordo com o seguinte método:

Q = Q1 + Q2 + Q3

A potência do ar condicionado deve estar dentro da faixa Qrange

a partir de
–5%
antes
+15%
capacidade de design
Q
.

Um exemplo de cálculo típico da potência de um ar condicionado

Vamos calcular a capacidade do ar condicionado para uma sala com área de 26 m2. m com pé direito de 2,75 m em que mora uma pessoa, e ainda possui computador, TV e frigobar com consumo máximo de energia de 165 watts. O quarto está localizado no lado ensolarado. O computador e a TV não funcionam ao mesmo tempo, pois são usados ​​pela mesma pessoa.

• Primeiro, determinamos os ganhos de calor da janela, paredes, piso e teto. Coeficiente q

  escolha igual
  40
  , uma vez que o quarto está localizado no lado ensolarado:

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

  .

• Os ganhos de calor de uma pessoa em um estado calmo serão 0,1 kW
  .
  Q2 = 0,1 kW
• A seguir, encontraremos os ganhos de calor de eletrodomésticos. Uma vez que o computador e a TV não funcionam ao mesmo tempo, apenas um destes dispositivos deve ser considerado nos cálculos, nomeadamente aquele que gera mais calor. Este é um computador, cuja dissipação de calor é 0,3 kW
  ... A geladeira gera cerca de 30% do consumo máximo de energia na forma de calor, ou seja
  0,165 kW * 30% / 100% ≈ 0,05 kW
  .
  Q3 = 0,3 kW + 0,05 kW = 0,35 kW
• Agora podemos determinar a capacidade estimada do ar condicionado: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 2,86 kW + 0,1 kW + 0,35 kW = 3,31 kW
• Faixa de potência recomendada Qrange
  (de
  -5%
  antes
  +15%
  capacidade de design
  Q
  ):
  Alcance de 3,14 kW

Resta-nos escolher um modelo de poder adequado. A maioria dos fabricantes produz sistemas divididos com capacidades próximas da faixa padrão: 2,0

kW;
2,6
kW;
3,5
kW;
5,3
kW;
7,0
kW. A partir desta gama, escolhemos um modelo com capacidade
3,5
kW.

BTU

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

Método de cálculo e fórmulas

Por parte de um usuário escrupuloso, é bastante lógico não confiar nos números obtidos em uma calculadora online. Para verificar o resultado do cálculo da potência da unidade, utilize o método simplificado proposto pelos fabricantes de equipamentos de refrigeração.

Assim, o desempenho de frio necessário de um ar condicionado doméstico é calculado pela fórmula:

Explicação das designações:

• Qtp é o fluxo de calor que entra na sala vindo da rua através das estruturas do edifício (paredes, pisos e tetos), kW;
• Ql - dissipação de calor dos inquilinos dos apartamentos, kW;
• Qbp ​​- entrada de calor de eletrodomésticos, kW.

É fácil descobrir a transferência de calor dos eletrodomésticos - consulte o passaporte do produto e descubra as características da energia elétrica consumida. Quase toda a energia consumida é convertida em calor.

Um ponto importante. Uma exceção à regra são as unidades de refrigeração e unidades operando no modo start / stop. Em 1 hora, o compressor do refrigerador liberará na sala uma quantidade de calor igual a 1/3 do consumo máximo especificado nas instruções de operação.

O compressor de uma geladeira doméstica converte quase toda a eletricidade consumida em calor, mas funciona em modo intermitente
A entrada de calor das pessoas é determinada por documentos regulamentares:

• 100 W / h de uma pessoa em repouso;
• 130 W / h - ao caminhar ou fazer trabalhos leves;
• 200 W / h - durante esforços físicos pesados.

Para cálculos, o primeiro valor é considerado - 0,1 kW. Resta determinar a quantidade de calor que penetra de fora através das paredes pela fórmula:

• S - o quadrado da sala refrigerada, m²;
• h é a altura do teto, m;
• q é a característica térmica específica referente ao volume da sala, W / m³.

A fórmula permite realizar um cálculo agregado dos fluxos de calor através das cercas externas de uma casa ou apartamento particular usando a característica específica q. Seus valores são aceitos da seguinte forma:

1. A sala está localizada na parte sombreada do prédio, a área das janelas não ultrapassa 2 m², q = 30 W / m³.
2. Com uma área de iluminação e envidraçamento médias, é considerada uma característica específica de 35 W / m³.
3. A sala está localizada no lado ensolarado ou tem muitas estruturas translúcidas, q = 40 W / m³.

Tendo determinado o ganho de calor de todas as fontes, some os números obtidos usando a primeira fórmula. Compare os resultados do cálculo manual com os da calculadora online.

Uma grande área envidraçada implica um aumento na capacidade de refrigeração do ar condicionado

Quando é necessário levar em consideração a entrada de calor do ar de ventilação, a capacidade de resfriamento da unidade aumenta em 15-30%, dependendo da taxa de câmbio. Ao atualizar o ambiente aéreo 1 vez por hora, multiplique o resultado do cálculo por um fator de 1,16-1,2.

Metodologia de cálculo do sistema de ar condicionado

Todos podem calcular independentemente a potência necessária do ar condicionado usando uma fórmula simples. Em primeiro lugar, você precisa descobrir como será o fluxo de calor na sala. Para calculá-los, o volume da sala deve ser multiplicado pelo coeficiente de transferência de calor. O valor deste coeficiente está na faixa de 35 a 40 W e depende da orientação das aberturas das janelas. Em seguida, é necessário determinar que tipo de energia térmica é emitida pelos eletrodomésticos e a energia das pessoas que estarão constantemente na sala. Todos esses valores de ganhos de calor são somados. Aumentamos o número encontrado em 15-20% e obtemos a capacidade de resfriamento necessária do sistema climático.

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Um exemplo para uma sala de 20 sq. m

Mostraremos o cálculo da capacidade de ar condicionado de um pequeno apartamento - estúdio com área de 20 m² e pé direito de 2,7 m. O restante dos dados iniciais:

• iluminação - média;
• número de residentes - 2;
• painel de TV de plasma - 1 pc .;
• computador - 1 pc .;
• consumo de eletricidade da geladeira - 200 W;
• a frequência da troca de ar sem levar em consideração o exaustor que funciona periodicamente - 1.

A emissão de calor dos residentes é de 2 x 0,1 = 0,2 kW, dos eletrodomésticos, levando em consideração a simultaneidade - 0,3 + 0,2 = 0,5 kW, da lateral da geladeira - 200 x 30% = 60 W = 0,06 kW. Sala com iluminação média, característica específica q = 35 W / m³. Consideramos o fluxo de calor das paredes:

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

O cálculo final da capacidade do ar condicionado é assim:

Q = 1,89 + 0,2 + 0,56 = 2,65 kW, mais consumo de refrigeração para ventilação 2,65 x 1,16 = 3,08 kW.

O movimento das correntes de ar ao redor da casa durante o processo de ventilação

Importante! Não confunda ventilação geral com ventilação doméstica. O fluxo de ar que entra pelas janelas abertas é muito grande e é alterado por rajadas de vento. Normalmente, um refrigerador não deve e não pode condicionar uma sala onde um volume descontrolado de ar externo flua livremente.

Ganho de calor da radiação solar

A determinação do ganho de calor da radiação solar é mais complexa e não menos importante. O mesmo manual o ajudará com isso, mas se a fórmula mais simples for usada no caso de pessoas, é muito mais difícil calcular os ganhos de calor solar. Os ganhos de calor por insolação são divididos em fluxo de calor pelas janelas e por estruturas de fechamento. Para encontrá-los, você precisa saber a orientação do edifício por trás dos pontos cardeais, o tamanho da janela, o desenho dos elementos que os envolvem e todos os outros dados que precisam ser substituídos na expressão. O cálculo do aporte de calor da radiação solar através da janela é realizado por meio da expressão:

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

tnar - a temperatura média diária do ar externo, pegamos a temperatura de julho do SNiP 2.01.01-82

θ é um coeficiente que mostra mudanças na temperatura do ar externo,

AMC - a maior amplitude diária da temperatura do ar externo em julho, tiramos do SNiP 2.01.01-82

tp - temperatura do ar no edifício, tomamos de acordo com SNiP 2.04.05-91

AOC, ROC - área, e a resistência reduzida à transferência de calor do envidraçamento é retirada do SNiP II-3-79

Todos os dados são retirados do aplicativo dependendo da latitude geográfica.

O ganho de calor solar através do envelope do edifício é calculado da seguinte forma:

Vindo por experiência própria, aconselho você a fazer uma placa para calcular os ganhos de calor da radiação solar no Excel ou outro programa, isso simplificará e agilizará muito seus cálculos. Sempre tente calcular o ganho de calor solar usando este método. A prática triste mostra que os clientes que indicam a orientação de suas instalações para os pontos cardeais são mais provavelmente uma exceção do que uma regra (Portanto, designers astutos usam esta folha de dicas: O ganho de calor do sol para o lado escuro é de 30 W / m3, com iluminação normal 35 W / m3, para o lado ensolarado apartamentos de 40 W / m e pequenos escritórios. Aconselho-o a fazer o possível para obter o máximo de dados possível e fazer o mesmo cálculo correto da entrada de calor da radiação solar.

Selecionando um condicionador de ar por potência

Sistemas split e unidades de resfriamento de outros tipos são produzidos na forma de linhas modelo com produtos de desempenho padrão - 2,1, 2,6, 3,5 kW e assim por diante.Alguns fabricantes indicam a potência dos modelos em milhares de unidades térmicas britânicas (kBTU) - 07, 09, 12, 18, etc. A correspondência das unidades de ar condicionado, expressa em quilowatts e BTU, é mostrada na tabela.

Referência. Das designações em kBTU vieram os nomes populares de unidades de resfriamento de frio diferente, "nove" e outros.

Sabendo o desempenho necessário em quilowatts e unidades imperiais, selecione um sistema de divisão de acordo com as recomendações:

1. A potência ideal do ar condicionado doméstico está na faixa de -5 ... + 15% do valor calculado.
2. É melhor dar uma pequena margem e arredondar o resultado para cima - para o produto mais próximo na gama de modelos.
3. Se a capacidade de resfriamento calculada exceder a capacidade do resfriador padrão em um centésimo de quilowatt, você não deve arredondar para cima.

Exemplo. O resultado dos cálculos é 2,13 kW, o primeiro modelo da série desenvolve uma capacidade de refrigeração de 2,1 kW, o segundo - 2,6 kW. Escolhemos a opção nº 1 - um ar condicionado de 2,1 kW, que corresponde a 7 kBTU.

Exemplo dois. Na seção anterior, calculamos o desempenho da unidade para um apartamento - 3,08 kW e caiu entre as modificações de 2,6-3,5 kW. Escolhemos um sistema split com maior capacidade (3,5 kW ou 12 kBTU), pois a reversão para um menor não ficará dentro de 5%.

Para referência. Observe que o consumo de energia de qualquer ar condicionado é três vezes menor do que sua capacidade de refrigeração. A unidade de 3,5 kW "puxará" cerca de 1200 W de eletricidade da rede no modo máximo. O motivo está no princípio de funcionamento da máquina de refrigeração - o “split” não gera frio, mas transfere calor para a rua.

A grande maioria dos sistemas climáticos são capazes de operar em 2 modos - resfriamento e aquecimento durante a estação fria. Além disso, a eficiência térmica é maior, pois o motor do compressor, que consome eletricidade, aquece adicionalmente o circuito de freon. A diferença de energia no modo de resfriamento e aquecimento é mostrada na tabela acima.

Potência nominal e ótima do ar condicionado

valores aproximados de vários excedentes de calor
A potência nominal é entendida como o desempenho médio do ar condicionado para funcionamento no frio. Mas em cada caso individual, é necessário calcular a potência ótima, que, idealmente, deve coincidir o máximo possível com o primeiro.

Os valores nominais são selecionados pelos fabricantes para cada tipo de dispositivo de refrigeração:

• Os blocos de janela geralmente têm as seguintes posições padrão: 5, 7, 9, 12, 18, 24;
• As divisões na parede correspondem à gama do modelo nesta versão: 7, 9, 12, 18, 24. Às vezes, algumas marcas produzem modelos não padronizados com os seguintes valores nominais: 8, 10, 13, 28, 30;
• As cassetes estão nesta ordem: 18, 24, 28, 36, 48, 60. Linha não padrão: 34, 43, 50, 54;
• As divisões de canal começam com uma faixa de capacidade de 12 modelos e às vezes terminam com 200;
• As instalações de console têm a seguinte variedade: 18, 24, 28, 36, 48, 60. Em uma versão não padrão: 28, 34, 43, 50, 54;
• As colunas começam em 30 e vão até 100 ou mais.

Esta lista não é acidental. Já levou em consideração a seleção de um aparelho de ar condicionado e sua capacidade pela área da sala, e pela altura dos tetos, e pelas entradas de calor de equipamentos domésticos, iluminação elétrica, pessoas, tetos com paredes, abertos janelas e ventilação.

Cálculo de equilíbrio de calor

Recentemente, tem havido uma tendência constante para um aumento no uso de conversores de frequência em empresas industriais, no campo da energia, indústria de petróleo e gás, serviços públicos, etc. Isso se deve ao fato de que a regulação da frequência do acionamento elétrico permite economizar significativamente energia elétrica e outros recursos de produção, garante a automação dos processos tecnológicos e aumenta a confiabilidade do sistema como um todo. Os conversores de frequência são utilizados tanto em novos projetos quanto na modernização da produção.Uma ampla gama de capacidades e várias opções de sistemas de controle permitem que você escolha uma solução para quase todas as tarefas.

No entanto, com todas as vantagens óbvias dos conversores de frequência, eles possuem características que, sem prejudicar seus méritos, requerem, no entanto, o uso adicional de dispositivos especiais. Esses dispositivos são filtros de entrada e saída e chokes.

Figura 1. O uso de filtros de entrada e saída em circuitos com conversor de freqüência.

Os acionamentos elétricos são uma fonte bem conhecida de interferência. Os filtros de entrada são projetados para minimizar captação e interferência de equipamentos eletrônicos e deles, o que permite que você atenda aos requisitos de compatibilidade eletromagnética. A tarefa de reduzir a influência sobre a rede elétrica de distorções harmônicas que surgem durante a operação de conversores de frequência é resolvida instalando-se bobinas de linha na frente dos conversores de frequência e bobinas CC. A PARTIR DEbobina de linha na entrada do conversor de frequência também reduz a influência do desequilíbrio de fase da tensão de alimentação.

Os filtros de saída são usados ​​para proteger o isolamento, reduzir o ruído acústico do motor e a interferência eletromagnética de alta frequência no cabo do motor, correntes nos mancais e tensões do eixo, estendendo assim a vida útil do motor e os períodos de manutenção. Os filtros de saída incluem filtros dU / dt e filtros de onda senoidal.

Deve-se observar que os filtros de onda senoidal podem ser usados ​​com uma frequência de chaveamento superior ao valor nominal, mas não podem ser usados ​​se a frequência de chaveamento for mais de 20% inferior ao valor nominal. Os filtros DU / dt podem ser usados ​​com uma frequência de chaveamento abaixo do valor nominal, mas devem ser evitados com uma frequência de chaveamento superior ao valor nominal, pois isso causará o superaquecimento do filtro.

Devido ao fato de que os filtros / indutâncias devem ser localizados o mais próximo possível do conversor de frequência, eles geralmente são colocados junto com ele no mesmo gabinete de potência, onde o restante dos elementos de comutação e controle também estão localizados.

Figura 2. Gabinete com conversor de frequência, filtros e dispositivos de comutação.

Deve ser entendido que filtros de energia e chokes poderosos geram uma quantidade significativa de calor durante a operação (tanto o núcleo quanto o enrolamento são aquecidos). Dependendo do tipo de filtro, as perdas podem atingir vários por cento da potência de carga. Por exemplo, uma bobina de linha trifásica SKY3TLT100-0.3 fabricada pela empresa tcheca Skybergtech tem uma queda de tensão de 4% em uma rede de 380 volts, que, em uma corrente operacional de 100 A, cria uma perda de potência de 210 W. A potência do motor elétrico nesta corrente será de aproximadamente 55 kW, ou seja, a perda de potência absoluta através do estrangulamento será pequena, menos de 0,5%. Mas, como essa perda de energia é liberada em um gabinete fechado, medidas especiais devem ser tomadas para remover o calor.

A quantidade de calor gerada é, via de regra, proporcional à potência, mas também depende das características de projeto do elemento de enrolamento. Filtros de onda senoidal irão gerar mais calor do que, por exemplo, filtros dU / dt, uma vez que possuem bobinas e capacitores maiores para fornecer suavização mais eficaz e supressão de alta frequência. A resistência ativa do enrolamento apresenta perdas significativas. Freqüentemente, para economizar dinheiro, os fabricantes usam um fio enrolado de seção menor, às vezes feito não de cobre, mas de alumínio. O termograma (Fig. 3) mostra 2 filtros sinusoidais de mesma potência, mas de fabricantes diferentes. Ambos os filtros têm as mesmas perdas de potência, mas é visto claramente que os enrolamentos do filtro da esquerda aquecem mais, e o filtro da direita tem um núcleo. Naturalmente, em igualdade de circunstâncias, o filtro da direita durará mais do que o filtro da esquerda.o superaquecimento do enrolamento tem um efeito muito maior na durabilidade do filtro devido ao aumento das correntes de fuga devido ao aparecimento de microfissuras no isolamento dos enrolamentos.

Fig. 3 Termograma de filtros sinusoidais de diferentes fabricantes.

Também deve ser notado que o uso de diferentes materiais de núcleo também afeta fortemente a perda de potência, ou seja, a dissipação de calor. Isso é especialmente verdadeiro na presença de interferência de alta frequência no circuito. Portanto, o fabricante tcheco Skybergtech produz dois tipos de filtros com os mesmos parâmetros SKY3FSM110-400E e SKY3FSM110-400EL-Rev. A. No segundo modelo de filtro, um núcleo feito de um material melhor é usado, devido ao qual a perda de potência é reduzida em cerca de 10%. Deve-se destacar que o custo de um filtro com os melhores parâmetros térmicos é quase 80% superior ao custo de um analógico. Portanto, ao escolher um filtro, deve-se atentar também para o fator econômico.

O aquecimento significativo dos filtros de potência na potência nominal pode estar dentro das tolerâncias do fabricante, mas, no entanto, junto com a geração de calor, os conversores de frequência (FCs) devem ser levados em consideração ao calcular o equilíbrio térmico do gabinete de potência. Os inversores modernos têm uma eficiência de 97-98% e, via de regra, são a principal fonte de calor do gabinete, mas não a única. Além do inversor, o calor é gerado pelo filtro de supressão de ruído, a indutância de entrada, a indutância do motor ou filtro sinusoidal, contatores e até mesmo o motor do ventilador de resfriamento. Assim, não basta contar apenas com a dissipação de calor do próprio inversor para o cálculo da vazão de sopro necessária.

O não cumprimento do regime de temperatura pode levar a consequências desagradáveis ​​e por vezes muito graves - desde a redução da vida útil do equipamento até ao seu incêndio. Portanto, manter a temperatura ideal nos gabinetes dos equipamentos é de extrema importância. Existem muitas maneiras de resolver este problema: usando um gabinete de um volume diferente, usando fluxo de ar forçado, trocadores de calor especiais (incluindo o uso de refrigeração líquida) e condicionadores de ar. Neste artigo, vamos nos concentrar nos recursos de cálculo do resfriamento a ar forçado clássico.

Os fabricantes de gabinetes de energia têm meios especiais para calcular as condições térmicas (por exemplo, o software ProClima da SchneiderElectric ou o software RittalPower Engineering da RittalTherm). Eles permitem que você leve em consideração a dissipação de calor de todos os elementos do gabinete, incluindo disjuntores, contatores, etc. O design do gabinete, suas dimensões e localização em relação a outros gabinetes são levados em consideração.

Esses programas foram criados para o cálculo das condições térmicas de gabinetes específicos de um determinado fabricante. leve em consideração suas características de design, material, etc. No entanto, usando esses programas, é perfeitamente possível fazer um cálculo aproximado para um gabinete arbitrário, se você conhecer alguns parâmetros iniciais.

Neste caso, é necessário levar em consideração tanto as fontes de geração de calor (perdas de potência do equipamento) quanto a área da carcaça (superfície do gabinete). Os dados sobre as perdas de energia para todos os dispositivos embutidos, as dimensões do gabinete de distribuição, devem ser conhecidos. Também é necessário definir os valores de temperatura mínima / máxima fora do gabinete, umidade e altitude (isso será necessário para determinar a vazão de ar necessária). A umidade relativa é usada para determinar o ponto de orvalho, a temperatura abaixo da qual a condensação começa a se formar. É necessário ser guiado por ele ao determinar a temperatura mínima permitida no gabinete (Fig. 4).

Fig. 4 Tabela de determinação do ponto de orvalho

O objetivo do cálculo é determinar a necessidade de fluxo de ar forçado / resfriamento / aquecimento, no qual a temperatura interna calculada a partir da perda de energia estará dentro das temperaturas máximas / mínimas de operação permitidas para dispositivos no gabinete.

O cálculo do equilíbrio térmico de um gabinete de potência com conversores de frequência consiste em vários estágios.No primeiro estágio, é necessário calcular a área superficial de transferência de calor efetiva Se. A superfície do gabinete está em contato com um ambiente cuja temperatura é diferente da temperatura interna do gabinete. A área efetiva de troca de calor Se depende das dimensões geométricas e da localização do gabinete, o coeficiente para cada elemento de superfície é selecionado na tabela (Fig. 5), de acordo com a norma IEC 60890.

Figura 5: Tabela de seleção para o coeficiente b para determinar a área efetiva da casca

A área total efetiva da casca é:

Se =S(S0 x b)

Na segunda etapa, é calculada a potência das perdas de calor geradas pelos equipamentos dentro do gabinete. A saída de calor do gabinete é definida como a soma das perdas de energia dos elementos individuais instalados no gabinete.

Q = Q1 + Q2 + Q3….

As perdas de calor de equipamentos individuais instalados podem ser especificadas por suas características elétricas. Para equipamentos e condutores com carga parcial, a perda de energia pode ser determinada usando a seguinte fórmula:

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

Q - perdas de potência ativa;

Qn - perda de potência nominal (em In);

Ib é o valor real da corrente;

Corrente nominal.

Além disso, levando em consideração os valores conhecidos de temperatura ambiente (Temin, Temax), é possível encontrar as temperaturas máxima e mínima dentro do gabinete:

Ti max (° C) = Q / (K x Se) + Te max

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

K é uma constante que leva em consideração o material da casca. Para alguns materiais comuns usados ​​na fabricação de armários, terá os seguintes valores:

K = 12 W / m2 / ° C para bainha de alumínio

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

K = 3,7 W / m2 / ° C para uma bainha de aço inoxidável;

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

Vamos designar os valores de temperatura necessários dentro do gabinete como Tsmin e Tsmax.

Em seguida, tomamos uma decisão sobre a escolha do sistema de manutenção do microclima necessário:

1) Se o valor máximo da temperatura calculada ultrapassar o ajustado (Timax> Tsmax), é necessário providenciar sistema de ventilação forçada, trocador de calor ou ar condicionado; a potência do sistema pode ser determinada a partir da expressão:

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

A partir daqui, o fluxo de ar necessário pode ser calculado:

V (m3 / h) = f x Resfriamento / (Ts max - Te max), onde

f - fator de correção (fator f = Сp х ρ, produto do calor específico e da densidade do ar ao nível do mar). Para diferentes altitudes acima do nível do mar, o coeficiente f tem os seguintes 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) Se o valor máximo da temperatura calculada for menor que o máximo especificado (Timax

3) Se o valor mínimo de temperatura calculado for inferior ao definido (Ti min

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

4) Se o valor mínimo de temperatura calculado for superior ao definido (Ti min> Ts min), o sistema de controle de microclima não é necessário.

No cálculo do fluxo de ar gerado pelo ventilador, devem ser consideradas as perdas de carga causadas pelos componentes do escapamento (grade e filtro de distribuição do ar, presença ou ausência de grade de ventilação).

Ao projetar, uma distribuição uniforme das perdas de energia dentro do gabinete (gabinete) deve ser garantida e a localização do equipamento embutido não deve impedir a circulação de ar. O não cumprimento dessas regras exigirá cálculos térmicos mais complexos para eliminar a probabilidade de superaquecimento local e o efeito de desvio. Os acessórios devem ser dimensionados de forma que a corrente efetiva dos circuitos do CONJUNTO não ultrapasse 80% da corrente nominal In dos dispositivos.

Vamos considerar o cálculo do balanço de calor usando um exemplo específico.

Dados iniciais: Dispomos de um armário em chapa de aço pintada com 2m de altura, 1m de largura e 0,6m de profundidade, em fila. O gabinete contém 2 conversores de frequência, dois filtros de rede e dois filtros de seno de saída, além de elementos de chaveamento, mas devido à sua baixa dissipação de potência em relação ao equipamento especificado, podemos desprezá-los. A temperatura ambiente pode variar de -10 a + 32 ° C. Umidade relativa de 70%. A temperatura máxima admissível dentro do gabinete é de + 40 ° C. Para evitar a condensação, a temperatura mínima permitida no gabinete deve ser pelo menos o ponto de orvalho, ou seja,em nosso caso 26 ° C (Fig. 4)

Pagamento:

De acordo com a tabela (Fig. 5), a área total efetiva da carcaça 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

Com base na potência dissipada conhecida de elementos individuais do equipamento, encontramos seu valor total. Para um conversor de frequência, cuja eficiência é de 97-98%, consideramos 3% da potência nominal declarada para a dissipação de potência. Uma vez que o projeto leva em consideração que a carga máxima não deve ultrapassar 80% do valor nominal, o coeficiente 0,8 é aplicável para a correção da potência térmica total:

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

Além disso, levando em consideração os valores conhecidos de temperatura ambiente (Te min, Te max), encontramos os valores máximo e mínimo da temperatura dentro do gabinete sem resfriamento:

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

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

Uma vez que o valor máximo da temperatura calculada é significativamente maior do que o valor predefinido (148,05 ° C> 40 ° C), é necessário fornecer ventilação forçada, cuja potência será igual a:

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

Agora podemos calcular o desempenho de sopro necessário. Para levar em consideração as perdas de carga causadas pelos componentes do escapamento (grade de distribuição de ar, filtro), estabeleceremos uma margem de 20%. Como resultado, descobrimos que, a fim de manter o equilíbrio da temperatura do gabinete dentro dos valores especificados, um fluxo de ar com capacidade de:

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

Este fluxo de ar pode ser garantido instalando vários ventiladores, cujo fluxo de ar é resumido. Você pode usar, por exemplo, ventiladores Sunon A2179HBT-TC. No entanto, isso também deve levar em consideração a queda no desempenho na presença de resistência ao fluxo dos elementos instalados do gabinete. Levando este fator em consideração, em nosso caso será possível instalar 2 ventiladores W2E208-BA20-01 EBM-PAPST ou 4 ventiladores A2179HBT-TC da Sunon. Ao escolher o número e a localização dos ventiladores, deve-se levar em consideração que sua conexão em série aumenta a pressão estática, e a conexão em paralelo aumenta o fluxo de ar.

O resfriamento de ar forçado pode ser realizado extraindo ar aquecido (ventilador instalado na saída) do volume do gabinete ou soprando ar frio (ventilador na entrada). A escolha do método necessário é melhor feita no estágio inicial do projeto. Cada um desses métodos tem suas próprias vantagens e desvantagens. A injeção de ar permite um sopro mais eficiente dos elementos mais quentes se eles estiverem corretamente localizados e cairem na corrente de ar principal. O aumento da turbulência do fluxo aumenta a dissipação geral de calor. Além disso, a sobrepressão gerada pela descarga evita que a poeira entre na carcaça. No caso da ventilação de exaustão, devido à redução da pressão no volume do gabinete, o pó é aspirado por todas as fendas e aberturas. Quando o ventilador está localizado na entrada, seu próprio recurso também aumenta, pois opera em um fluxo de ar frio de entrada. No entanto, quando o ventilador é colocado no lado da exaustão, o calor do funcionamento do próprio ventilador é imediatamente descarregado para o exterior e não afeta o funcionamento do equipamento. Além disso, devido ao pequeno vácuo criado durante a ventilação de exaustão, o ar é aspirado não apenas pela abertura de entrada principal, mas também por outras aberturas auxiliares. Idealmente posicionado próximo a fontes de calor, oferece melhor controle de fluxo.

Ao instalar ventiladores na entrada, é recomendável colocá-los na parte inferior do gabinete. Uma grade de saída de ar através da qual o ar aquecido é removido deve ser colocada na parte superior do gabinete. A grelha de saída de ar deve ter o grau de proteção necessário, que garanta o funcionamento normal da instalação elétrica.Deve-se ter em mente que a instalação de um filtro de exaustão do mesmo tamanho do ventilador reduz o desempenho real do ventilador em 25-30%. Portanto, a saída do filtro deve ser maior do que a entrada do ventilador.

Ao instalar um ventilador na tomada, eles são colocados na parte superior do gabinete. As entradas de ar estão localizadas na parte inferior e, adicionalmente, próximas às fontes de geração de calor mais intensa, o que facilita seu resfriamento.

Acrescentamos que a escolha do método de sopro necessário cabe aos projetistas, que, levando em consideração todos os fatores acima, o grau de proteção IP exigido e as características do equipamento, devem escolher o mais adequado. A importância de garantir a temperatura ideal nos armários dos equipamentos é indiscutível. A metodologia de cálculo fornecida, baseada nos métodos propostos pelos projetistas da Schnaider Electric, gabinetes Rittal de acordo com a IEC 60890, permite algumas simplificações, o uso de valores empíricos, mas ao mesmo tempo permite com suficiente confiabilidade para realizar uma prática cálculo do sistema para manter o equilíbrio térmico ideal de gabinetes de potência com conversores de frequência e filtros de potência.

Autores: Ruslan Cherekbashev, Vitaly Khaimin

Literatura

1. Haimin V., Bahar E. Filtros e bloqueadores da empresa Skybergtech // Eletrônica de potência. 2014. No. 3.

2. IEC / TR 60890 (2014) Conjuntos para quadro de baixa tensão. Método de verificação de aumento de temperatura por cálculo

3. Catálogo Sarel. Controle de temperatura em quadros. www.schneider-electric.ru

4. Regras para a criação de GCC de acordo com GOST R IEC 61439. Biblioteca técnica Rittal.

5. Resfriamento de gabinetes de controle e processos. Biblioteca Técnica Rittal 2013.

6. Vikharev L. Como trabalhar para não se esgotar no trabalho. Ou resumidamente sobre os métodos e sistemas para resfriar dispositivos semicondutores. Parte dois // Eletrônica de potência. 2006. No. 1.

Cálculo da energia consumida pelo PC, de acordo com os valores de passaporte do consumo de energia dos nós

Quando surge a pergunta “Quanto calor meu computador gera?”, Primeiro tentamos encontrar dados sobre a dissipação de calor dos nós que estão no gabinete do seu PC. Mas esses dados não estão em lugar nenhum. O máximo que encontramos são as correntes consumidas pelos nós ao longo dos circuitos de alimentação 3.3; cinco; 12 V. E mesmo assim nem sempre.

Esses valores de correntes de consumo na maioria das vezes têm valores de pico e são destinados, em vez disso, à escolha de uma fonte de alimentação para excluir sua sobrecorrente.

Uma vez que todos os dispositivos dentro do computador são alimentados por corrente contínua, não há problema em determinar o consumo de energia de pico (pico exato) por seu nó. Para isso, basta determinar a soma das potências consumidas em cada linha, multiplicando a corrente e a tensão consumidas ao longo do circuito (chamo a atenção, nenhum fator de conversão é aplicado - corrente contínua).

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

Como você entende, esta é uma estimativa muito grosseira, que na vida real quase nunca é realizada, porque todos os nós do computador não funcionam ao mesmo tempo no modo de pico. O sistema operacional funciona com nós de PC de acordo com certos algoritmos. A informação é lida - processada - escrita - alguma parte dela é exibida nos meios de controle. Essas operações são realizadas em pacotes de dados.

Na Internet, existem muitas estimativas com precisão do valor do consumo de energia de pico obtido a partir das características dos nós.

Os cálculos que foram feitos 2-3 anos atrás, em princípio, não correspondem à situação atual. Porque ao longo dos anos, os fabricantes modernizaram seus nós, o que levou a uma redução no consumo de energia.

Os dados mais recentes são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1.

Vemos que os dados têm uma dispersão muito ampla, é determinada pelo modelo específico do seu nó. Nós de diferentes fabricantes, especialmente aqueles produzidos em épocas diferentes, têm uma ampla faixa de consumo de energia. Em princípio, você mesmo pode fazer o cálculo.

O cálculo da energia consumida pelo PC é realizado em várias etapas.

Isto:

1. Coletando informações sobre a energia consumida pelo nó,
2. Cálculo do consumo total de energia e seleção de PSU,
3. Cálculo do consumo total do PC (levando em consideração a fonte de alimentação).

Uma parte integrante do cálculo da dissipação de calor é o cálculo da energia consumida pelo computador. A partir do qual a potência da fonte de alimentação é determinada, um modelo específico é selecionado, após o qual sua dissipação de calor é estimada. Portanto, ao realizar o cálculo térmico, é necessário primeiro coletar dados sobre a energia consumida pelos nós do computador.

Mas até agora, mesmo o consumo de energia nem sempre é fornecido pelos fabricantes de nós de computador, às vezes o valor da tensão de alimentação e o consumo de corrente para esta tensão são indicados na placa de parâmetros. Conforme mencionado acima, na corrente contínua, que é usada para alimentar os nós do computador, o produto da tensão de alimentação e a corrente consumida em uma dada tensão indica o consumo de energia.

Com base no consumo total de energia (considerando-o como potência de dissipação de calor), é possível realizar um cálculo preliminar ou aproximado do sistema de refrigeração. Em vez disso, esse cálculo fornecerá resfriamento excessivo do PC, o que em condições de alta carga e, consequentemente, a liberação máxima de calor fornece uma aproximação da liberação de calor real e fornecerá resfriamento normal. Mas quando o PC é usado para aplicativos comuns (sem uso intensivo de recursos), o sistema de resfriamento calculado dessa forma é claramente redundante e a garantia do funcionamento normal dos nós do PC cria inconvenientes para o usuário devido ao aumento do nível de ruído.

Em primeiro lugar, você deve saber que o consumo de energia e a dissipação de calor dos nós estão diretamente relacionados.

A potência de dissipação de calor dos componentes eletrônicos não é igual ao consumo de potência, mas estão relacionados entre si através do fator de perda de potência da unidade.

Existem muitas publicações sobre como realizar este cálculo, existem sites especiais na Internet para este cálculo. Mas ainda há dúvidas sobre sua implementação.

Porque?

E porque não só a potência de dissipação de calor é difícil de encontrar do fabricante, mas mesmo a potência consumida pelo nó em que estamos interessados ​​nem sempre é conhecida. Talvez eles simplesmente tenham medo de citá-los devido ao fato de que seu valor não é instável durante a operação e depende significativamente do modo de operação. A diferença pode ser de até dez vezes e às vezes até mais.

Eles não parecem querer sobrecarregar os usuários com informações "desnecessárias". E ainda não encontrei nenhum dado dos fabricantes.

Recomendações para escolher o tipo de condicionador de ar

Ar condicionado de gabinete de servidor
Condições difíceis de operação com carga contínua não são capazes de resistir a todos os sistemas climáticos. Deve ser equipado com filtro de poeira, desumidificador, kit de inverno. Uma das opções para resfriamento de ar é um gabinete de servidor com ar condicionado. O design não requer drenagem de condensado, a unidade externa é compacta em tamanho. A unidade interna é instalada verticalmente ou horizontalmente dentro de um gabinete de servidor.

Requisitos para condicionadores de ar

Ao manter o clima nas salas dos servidores, o bom funcionamento dos condicionadores de ar é importante. Quebras e reparos deixarão os equipamentos de telecomunicações sem resfriamento por um longo tempo. O princípio de rotação e reserva permite que o requisito seja cumprido. Várias unidades de controle de temperatura estão instaladas na sala, conectadas em uma rede por um dispositivo rotativo. No caso de mau funcionamento de um ar condicionado, a opção de backup é ativada automaticamente.

A ativação alternada dos blocos permite equilibrar a carga e garantir parâmetros climáticos ideais. Neste modo, o técnico para alternadamente para descanso e manutenção.

A unidade de rotação ajuda a controlar o ar condicionado das salas dos servidores. Ele alterna automaticamente o ligar das unidades de trabalho, se necessário, conecta um dispositivo de backup. A segunda opção de controle é a instalação de sensores, cujas leituras são exibidas no monitor do computador. Você não precisa deixar seu local de trabalho para determinar as condições na sala do servidor. Todas as informações em forma de tabelas e gráficos vão para o computador. As mensagens são acompanhadas por um sinal sonoro.

Sistemas de divisão

Diagrama do dispositivo de ar condicionado da coluna
Para manter os parâmetros especificados nas salas do servidor, são usados ​​sistemas divididos. Os sistemas domésticos ou semi-industriais de alta potência são instalados em salas pequenas com uma liberação de calor de até 10 kW. Pelo tipo de instalação, são eles:

• Montado na parede - uma opção versátil e acessível. A produtividade é 2,5-5 kW, um modelo é selecionado no qual um comprimento significativo da linha de freon é fornecido. Os fabricantes recomendados são Daikin, Toshiba e Mitsubishi Electric.
• Canalizado - os dispositivos são colocados sob um teto falso, economizam espaço e fornecem uma troca de ar eficaz. Adequado para grandes salas de servidores. O ar condicionado canalizado fornece ar frio diretamente para os racks.
• Coluna - sistemas potentes em forma de armários são instalados no chão, não requerem instalação.

Sistemas climáticos de precisão

Os condicionadores de ar de precisão da sala do servidor são equipamentos profissionais. Os complexos climáticos possuem um alto recurso de operação contínua, permitindo a manutenção de parâmetros ideais de temperatura e umidade. Uma das vantagens do equipamento é a precisão, os indicadores climáticos em grandes instalações apresentam oscilações de no máximo 1 ° C e 2%. Em salas de servidores, modelos de gabinete e teto são instalados. Os primeiros se distinguem por suas dimensões volumosas, sua potência é de 100 kW. Os sistemas de teto são menos eficientes (20 kW) e são instalados em salas onde não é possível colocar ar-condicionados de gabinete.

Tipos de dispositivos climáticos de precisão

Os complexos climáticos podem ser monobloco e separados de acordo com o tipo de sistema dividido. O sistema é resfriado de várias maneiras: por evaporação do freon, circuito de água ou ar. Fabricantes populares: UNIFLAIR, Blue box.

Vantagens de instalações:

• trabalho ininterrupto;
• alta potência do equipamento;
• controle preciso dos componentes climáticos;
• ampla gama de temperaturas de operação;
• compatibilidade com controle de despacho.

Contras dos sistemas de precisão:

• Preço Alto;
• design de monobloco ruidoso.

Sistema de bobina do ventilador do chiller

O sistema de ar condicionado usa água ou uma mistura de etilenoglicol como meio de aquecimento. O princípio de operação é semelhante às instalações com freon.O resfriador resfria o líquido que circula no trocador de calor da bobina do ventilador e o ar que passa pelo radiador diminui a temperatura.

• alta performance;
• versatilidade;
• operação segura e acessível.