PRAVILEN IZBOR IN MONTAŽA KLIMATSKIH NAPRAV
Hlajenje elektronskih sistemov v omarah
Konstantni temperaturni pogoji brez večjih temperaturnih nihanj, so osnovni pogoji za dolgo življenjsko dobo elektronskih komponent, še zlasti pri temperaturno občutljivih komponentah, kjer je hlajenje s hladnim zrakom zelo pomemben pogoj.
Pri tem je pomembno doseči optimalne klimatske pogoje s čim manjšo porabo energije. Zato je Rittal predstavil računalniški sistem Rittal-Therm, ki je namenjen izračunavanju potrebnih lastnosti hladilnih sistemov in pravilno izbiro pri delu z Rittalovimi omarami.
Osnove
Vsaka elektronska komponenta v omarah in ohišjih je podvržena škodljivim vplivom kot so prah, oljni hlapi, vlaga in temperatura. Povišana temperatura je še posebno uničujoč sovražnik za občutljivo elektroniko.
Praktično pravilo za polprevodne elemente pravi, da se s povečanjem delovne temperature za 10° C od priporočene, življenjska doba komponent skrajša za polovico. Če hočemo zagotavljati pravilno delovanje elektronskih komponent, potem je potrebno viške temperaturne odvajati. Trije osnovni načini toplotnega prenosa so:
Toplotno prevajanje
Toplota se prenaša po snovi brez fizičnih premikov snovi same. Energija prehaja po snovi z delca na delec.
Konvekcijski prenos
Pretok energije skozi snov z pomočjo transportnih medijev kot so tekočine in plini
Toplotno sevanje
Toplota prehaja z enega telesa na drugega v obliki sevalne energije, brez snovnih medijev.
Izbira
Dejavniki, ki jih moramo imeti v mislih ko izbiramo najbolj primerno klimatsko enoto za našo omaro ali ohišje:
a) Kje bo omara ali ohišje nameščena?
b) Kateri VDE0660-500 inštalacijski tip je primeren?
c) Kolikšno temperaturo okolice pričakujemo (temperatura okolja in vlaga)?
d) Kolikšna je največja dovoljena notranja temperatura Ti?
e) Kolikšne so temperaturne izgube inštaliranih komponent v omari?
f) Ali inštalirana oprema zahteva stopnjo zaščite DIN 40050?
g) Ali so klimatske naprave podvržene onesnaženju kot so prah, olja, kemikalije?
Za pravilno izbiro klimatske naprave moramo upoštevati tudi naslednje pogoje:
a) Če imamo več omar povezanih v celoto, je potrebno upoštevati širjenje toplote iz omare v sosednjo omaro.
b) Pri krmiljenju klimatske naprave je dobro dodati končno stikalo odpiranja vrat omare, da preprečimo prekomerno nastajanje kondenzacije v omari.
c) zagotoviti moramo zadostno ventilacijo prostorov, kjer se nahajajo hlajene omare, da se temperatura v prostorih ne dvigne preveč, saj bi to preprečilo hlajenje.
d) Še posebej v neugodnih klimatskih pogojih razmislimo o uporabi kombinirane vodno/zračne hladilne enote.
Samo ob upoštevanju vseh naštetih dejavnikov lahko določimo optimalno hladilni sistem.
Definicije:
QV [W]: Močnostne izgube (toplotne izgube) elektronskih komponent inštaliranih v omari.
QS [W]: Toplotna moč, ki jo prevaja površina omare.
QE [W]: Potrebna hladilna moč za odvod odvečne toplote iz omare.
QH [W]: Potrebna toplotna moč za želeni toplotni učinek
Ti [°C]: Najvišja dovoljena temperatura znotraj omare (+35°C do +45°C)
Tu [°C ]: Najvišja temperatura prostora
V [m3/h]: Zahtevana vrednost pretoka
A [m2]: Efektivna površina omare ob upoštevanju možnosti hlajenja skozi stene glede na montažo (bližina sten, itd, ...)
k [W/m2 K ]: Koeficient toplotnega prenosa materialov omare
Nerjaveča pločevina ~ 6,5 W/m2 °K
Jeklena pločevina ~ 5,5 W/m2 °K
Plastika ~ 3,5 W/m2 °K
Izračun efektivne površine omare A [m2]:
Toplotna moč, ki skozi stene omare prehaja v okolico, ni odvisna samo od površine sten temveč tudi od načina instalacije. Tako se omara, ki stoji v prostoru brez bližnjih objektov, ki bi lahko ovirali pretok zraka, lahko bolje hladi od enake omare, ki stoji v vrsti ali je montirana na steno prostora.
Naslednje formule za izračun efektivne površine A je podana v standardih DIN 57 660-500 in VDE 0660-500.
A v [m2], H (višina), W (širina) in D (globina) pa nastopajo v [mm] (Tabela levo spodaj)
Določitev potrebne moči hlajenja:
Vzemimo za primer samostojno omaro in hladilno enoto zanjo, montirano na steni. Enota je široka 600 mm (W), visoka 2000 mm (H) in globoka 500 mm (D)
A= 1.8 x 2000 mm x (600mm + 500 mm) + 1.4 x 600 mm x 500 mm = 4.38 m2 ~ 4.4 m2
Nato določimo temperaturno razliko med najvišjo pričakovano temperaturo ambienta (tu 50°C) in najvišjo dovoljeno temperaturo znotraj ohišja (tu 35 °C)
rT= Ti-Tu=35°C - 50°C= -15°C
Ker je omara jeklena, je koeficient toplotne prevodnosti:
k = 5.5.W/m2 °K
To pomeni, da prihaja skozi stene omare toplota iz medija v notranjost v najslabšem primeru toplotna moč v višini:
Če je najvišja toplotna disipacija elektronike v omari Qv = 700W, potem je potrebna toplotna moč hladilnega sistema
QE=QV - k x A x T= 700W- 5.5.W/m2°K x 4.4 m2 x -15°C= 700W - (-363W)= 1036W
Za to aplikacijo torej potrebujemo hladilni sistem z močjo enako ali večjo od 1036W pri temperaturi ambienta 50°C in temperaturi notranjosti 35°C.
Karakteristični diagram nam določa kot optimalno izbiro enoto SK 3298.100, ki v danih razmerah zagotavlja uporabno moč 1100W.
Reševanje problemov kondenzacije in dehumidifikacije v omari ob uporabi hladilnih enot
Eden od neizogibnih stranskih efektov ob uporabi hladilnih enot je izsušitev ohlajenega zraka v omari, kar bi
sicer povzročalo nabiranje kondenzacijske vlage v notranjosti omare. Zato je na izparjevalniku predviden odvod
kondenzirane vlage. Količina kondenza je odvisna od relativne vlažnosti zraka v ambientu, temperature zraka
v omari in volumnu zraka v omari. Mollierov h - x diagram nam kaže vsebnost vlage v zraku glede na temperaturo in relativno vlažnost. Hladilna enota SK 3298.100 je nastavljena na 35°C. Relativna vlažnost zraka v ambientu je 70%. Ko gre ta skozi izparevalnika, ima njegova površina temperaturo okrog 18°C in na mejni ploskvi se zrak shladi pod kondenzacijsko temperaturo. Razlika X= X1 - X2 določa količino kondenza, ki se bo izločil na vsak kg zraka ob predpostavki popolne dehumidifikacije zraka. Odločilni faktor pri določanju količine kondenza je tesnjenje tesnil omare.
Količino kondenza izračunamo po formuli:
W= V x x X kjer je:
W [g] količina izločene vode
V [m3] prostornina ohišja
[kg/m3] gostota zraka
rX [g/kg] razlika vsebine vode (iz Mollierrovega diagrama)
Prostornina ohišja iz prejšnjega primera je
V=WHD= 0.6m x 2m x 0.5 m = 0.6m3
in količina izločene vode je:
W= V x x X= 0.6 m3 x 1.2 kg/m3 x 11 g/kg
= 7.92 g ~ 8 ml
Slabo tesnjeno ohišje, iz katerega zrak uhaja s hitrostjo
5 m3/h bi denimo lahko povzročilo neprestano nastajanje
kondenza s hitrostjo do 80ml/h. Zato je treba zagotoviti,
da delujejo hladilne enote samo pri zaprtih vratih
omare.
Mehanske zahteve
Zaradi problemov kondenzacije morajo biti ohišja pravilno tesnjena na vseh stičnih površinah. Posebno pozornost velja nameniti tesnjenju odprtin, namenjenih kablom in talnemu delu ohišja. Tesnilo vrat mora biti
brezhibno in tesnilo, priloženo hladilni enoti, mora biti postavljeno v skladu z navodili. Hladilno enoto moramo pravilno postaviti in pritrditi na ohišje. Pri montaži na vrhu ohišja ne smemo dovoliti deformacije vrhnje stranice ob montaži in zato je potrebno namestiti dodatne ojačitvene profile. Odprtine za zrak na hladilni enoti morajo imeti neoviran dovod zraka. Razpored elektronskih komponent mora biti tak, da dovoljuje neovirano kroženje zraka znotraj ohišja. Komponente ne smejo blo-kirati prehoda zraka na vstopnih in izstopnih odprtinah, kar v
splošnem pomeni razdaljo vsaj 200 mm večjih komponent od odprtin. V primeru, da imajo določene komponente znotraj omare lasten sistem zračnega hlajenja, jih moramo postaviti tako, da pretok zraka, ki ga ustvarjajo ti sistemi, ne nasprotuje toku zraka glavnega hladilnega sistema. Pri montaži hladilnega sistema na
vrh omare moramo upoštevati tudi efekte samoventilacije (dviganje toplega zraka). Če uporabljamo stensko verzijo hladilnega sistema, moramo biti pozorni na montažno ploščo, saj ta ne sme zakrivati odprtin hladilne enote. Če se taki montaži ne moremo izogniti, moramo v montažni steni zagotoviti luknje in potrebna zračna vodila za neoviran prehod zraka. Vse hladilne naprave za omare so tovarniško prednastavljene na 35°C. Da bi se izognili hlajenju pod stopnjo kondenzacije ne nastavljajte temperature prenizko. Deklarirane hladilne moči enot so definirane pri temperaturi ambienta 35°C in zahtevani temperaturi 35°C znotraj ohišja, po priporoČilih DIN3168 standarda. Enoti, ki je bila dimenzionirana za doloČene temperaturne razmere (ambienta in notranjosti omare) in moči disipacije hlajene elektronike, ne bi smeli med obratovanjem spreminjati izračunanih in določenih parametrov. Slednje lahko povzroči zmanjšanje hladilne moči enote in v najslabšem primeru celo povišanje temperature znotraj ohišja. Če je temperaturna razlika znotraj ohišja prevelika, lahko pride ob odprtju vrat ohišja do kondenzacije vlage, ki se bo nabrala na elektronskih sklopih. Taka enota poleg tega proizvaja znatne količine kondenza, ki ga je ponavadi treba stalno odvajati z ustreznim sistemom. Tudi cev za odvajanje kondenza mora biti napeljana pavilno, da preprečimo nabiranje v hladilni enoti. Cev mora imeti ustrezen presek brez zožitev in drugih ovir v notranjosti ter padec na vseh svojih segmentih. Če cev za odvod podaljšujemo, ji podaljški ne smejo zmanjševati preseka. Pri hladilnih enotah, montiranih na vrhu omare lahko odvodni cevi spremenimo smer s posebnimi kotnimi podaljški in jo podlajšujemo z nepovratnimi konektorji, pri čemer mora imeti pred konektorjem cev vsaj 500 mm navpičnega padca. Čistočo cevi in še posebej konektorjev moramo redno preverjati. Za izklop hladilne naprave moramo uporabiti pozicijska stikala ob vratih tam, kjer so na razpolago in zakasnjeni izklop, kjer teh ni. Pri seriji 100 in 400 naj bi hlajenje delovalo vsaj 5 minut po izklopu napajanja elektronike, pri seriji 500 in 540 pa bi morala biti vsaka hladilna naprava spojena na pozicijsko stikalo svoje omare. Nikoli ne spajajte več hladilnih naprav na pozicijsko stikalo ene omare! V ambientu z veliko elektromagnetnimi motnjami lahko pozicijska stikala povežemo bodisi z oklopljenim kablom ali pa jih povežemo na relejsko enoto, s katere izhodi krmilimo hladilne enote. Ne glede na stopnjo motenj pa moramo kable za krmiljenje hladilnih enot potegniti po najkrajši poti in izven bližine napajalnih kablov. Ob priklopu hladilnih enot moramo upoštevati zahteve po napajanju hladilne enote, ki se morajo ujemati z zmožnostmi napajalnega sistema (nazivna napetost, zahtevani tok, frekvenca itd). Še posebno moramo biti pozorni na zagonske zahteve. Kabli morajo biti napeljani urejeno in po skupinah. Napajalni kabli morajo biti speljani ločeno od signalnih. Pri vseh skupinah kablov se moramo izogibati nepotrebnim dolžinam. Montaža hladilnih enot mora biti opravljena tako, da je od vhodnih ali izhodnih rež hladilne enote do najbližjega objekta (sosednje hladilne enote, stene itd...) razdalja najmanj 400 mm. Če tega ne moremo zagotoviti, moramo postaviti posebna zračna vodila. V prašnih okoljih je priporočena uporaba protiprašnih filtrov zaradi enostavnejšega Čiščenja hladilnih enot. Seveda moramo redno menjati protiprašne filtre. Če je v zraku veliko oljnih ostankov, lahko filter periodično čistimo z ustreznimi raztopinami in ga ponovno uporabimo. Rittal nudi garancijo za svoje hladilne enote, vendar je ob tem treba upoštevati naslednje:
Postavitev hladilne enote mora biti takšna, da zagotavlja dobro ventilacijo, poleg tega pa zrak ne sme vsebovati pretirane koliČine nesnage in vlage pa tudi ne prevodnega prahu ali korozivnih snovi.
Napajalne zahteve hladilne enote morajo biti zadovoljene.
Priporočene električne zaščite morajo biti vgrajene v napajalni veji hladilne enote pred priključkom za samo enoto. Uporabljena mora biti varovalka z vrednostjo, navedeno na tipski ploščici enote in vsi lokalno veljavni zakoni morajo biti upoštevani.
Hlajena omara mora biti nepredušno zaprta (IP54).
Zračne odprtine internega zračnega kroga ne smejo biti delno ali popolnoma pokrite z instalacijo znoraj omare.
Hladilna enota mora biti poravnana v skladu z navodili za konkretno enoto. Največje dovoljeno odstopanje od horizontale je 2° Ko odklopimo napajanje, ne smemo ponovno vklopiti hladilne enote še vsaj 5 minut.
Nikakršne modifikacije hladilne enote niso dovoljene
Disipacija moči enot v hlajeni omari ne sme preseči specifično hladilno moč konkretne hladilne enote.
Postavitev in instalacija hladilne enote morata biti izpeljani popolnoma v skladu z navodili za instalacijo, ki veljajo za konkretno enoto.
Ob poznavanju in upoštevanju navedih dejstev lahko uporabite programsko opremo Rittal Therm za kalkulacije in izbiro ustrezne enote. Program odlikuje enostaven uporabniški vmesnik, priložena je tudi celotna dokumentacija in sistem za pomoč, Če se kje zatakne. Vse ocene in izračuni so zasnovane na specifikacijah VDE 0660-507 in standardu DIN 3168, ki veljajo za hladilne enote.
|
