Как рассчитать тепловой режим электротехнического шкафа: от тепловыделения до выбора вентиляции или кондиционера

Перегрев внутри электротехнического шкафа может привести к нестабильной работе автоматики, преждевременному старению оборудования и аварийным остановкам. Но устанавливать вентилятор или кондиционер «на всякий случай» тоже неправильно: климатическую систему нужно подбирать по тепловой нагрузке, условиям эксплуатации и конструкции корпуса.

Разберём, как выполнить предварительный расчёт теплового режима электротехнического шкафа, когда достаточно естественного теплоотвода, а когда нужны фильтровентилятор, теплообменник, кондиционер или обогрев.

Зачем рассчитывать тепловой режим шкафа

Тепловой режим электротехнического шкафа — это соотношение между теплом, которое выделяет установленное оборудование, теплом, поступающим извне, и возможностью корпуса отводить это тепло.

Внутри шкафа могут находиться частотные преобразователи, источники питания, контроллеры, автоматические выключатели, контакторы, реле, трансформаторы, серверное и телекоммуникационное оборудование. Во время работы часть потребляемой ими энергии превращается в тепло.

Если естественного теплоотвода недостаточно, температура внутри корпуса растёт. Поэтому тепловой расчёт особенно важен для:

• шкафов управления и автоматики;
• ГРЩ и ВРУ с плотной компоновкой;
• серверных и телекоммуникационных шкафов;
• уличных электротехнических шкафов;
• корпусов с высокой степенью защиты IP;
• шкафов с частотными преобразователями и мощными блоками питания.

Какие данные нужны для расчёта

Для предварительной оценки необходимо определить:

• габариты и материал шкафа;
• способ установки: отдельно, у стены, в нише или в составе линейки;
• максимальную температуру окружающей среды;
• допустимую температуру внутри шкафа;
• суммарное тепловыделение оборудования;
• требуемую степень защиты IP;
• наличие пыли, влаги и агрессивных веществ;
• условия установки — помещение или улица;
• воздействие солнечного излучения для наружного шкафа.

Важно использовать не среднюю, а наиболее неблагоприятную расчётную температуру. Например, температура в закрытом техническом помещении летом может заметно отличаться от температуры в соседнем офисе.

Как определить тепловыделение оборудования

Для каждого устройства нужно определить мощность потерь — количество энергии, которое фактически превращается в тепло внутри шкафа.

Упрощённо:

Pобщ = P1 + P2 + P3 + ... + Pn

где P1–Pn — тепловые потери отдельных компонентов.

Данные лучше брать из технической документации производителей оборудования.

Не следует считать тепловыделением полную электрическую мощность устройства. Например, преобразователь, управляющий электродвигателем, передаёт основную часть энергии нагрузке — внутри шкафа рассеиваются именно его потери.

Пример

Предположим, в корпусе установлены:

• частотный преобразователь — потери 120 Вт;
• источник питания — 25 Вт;
• контроллер и модули — 20 Вт;
• коммутационное оборудование — суммарно 35 Вт.

Получаем:

120 + 25 + 20 + 35 = 200 Вт.

Значит, корпусу необходимо постоянно отводить примерно 200 Вт внутренней тепловой нагрузки при расчётном режиме работы.

Это ещё не означает, что обязательно нужен кондиционер: часть тепла может уходить через стенки корпуса.

Как оценить теплоотвод через корпус

Для предварительной инженерной оценки используют зависимость:

Q = k × A × ΔT

где:

• Q — тепло, которое может передаваться через оболочку, Вт;
• k — коэффициент теплопередачи корпуса, Вт/(м²·К);
• A — эффективная поверхность теплообмена, м²;
• ΔT — разница между температурой внутри и снаружи шкафа.

Для листовой стали в инженерных справочниках производителей климатического оборудования встречается ориентировочное значение k около 5,5 Вт/(м²·К). Но для рабочего проекта следует использовать данные и методику, соответствующие конкретному корпусу и условиям установки.

Есть важное практическое следствие:

если температура окружающего воздуха приближается к максимально допустимой температуре внутри шкафа, естественный теплоотвод резко ограничивается.

А если снаружи уже горячее, чем требуется внутри, вентиляция наружным воздухом сама по себе проблему не решит.

Как выбрать способ охлаждения

Естественный теплоотвод

Подходит, если тепловыделение небольшое, корпус имеет достаточную площадь поверхности, а окружающая температура заметно ниже допустимой внутренней.

Плюсы:

• нет вентиляторов;
• нет расходных фильтров;
• минимум обслуживания;
• отсутствие дополнительного энергопотребления.

Но такой вариант нужно подтверждать расчётом.

Фильтровентилятор

Применяется, когда наружный воздух достаточно холодный и допускается воздухообмен с окружающей средой.

Обычно холодный воздух подаётся в нижнюю часть корпуса, а нагретый удаляется сверху.

Фильтровентиляция хорошо подходит для чистых и умеренно запылённых помещений, но требует обслуживания фильтров. При их загрязнении расход воздуха уменьшается.

Теплообменник

Если необходимо сохранить разделение внутреннего и наружного воздуха, можно использовать теплообменник «воздух–воздух».

Он полезен для запылённых или влажных помещений, где прямой воздухообмен нежелателен.

Однако теплообменник не способен охладить внутренний воздух ниже температуры окружающей среды.

Шкафный кондиционер

Кондиционер применяется, если:

• температура наружного воздуха слишком высокая;
• тепловыделение оборудования велико;
• необходимо поддерживать заданную температуру;
• прямой воздухообмен с помещением нежелателен.

Мощность охлаждения выбирают по расчётной тепловой нагрузке, условиям установки и характеристикам конкретного климатического оборудования.

Принцип «чем мощнее, тем лучше» здесь не работает: избыточное оборудование увеличивает стоимость и энергопотребление без необходимости.

Когда нужен обогрев шкафа

Климатизация электротехнического шкафа — это не только охлаждение.

Для уличных шкафов и оборудования в неотапливаемых помещениях может потребоваться нагреватель.

Его задача — не обязательно сделать внутри «тепло», а предотвратить снижение температуры ниже допустимого уровня и уменьшить риск образования конденсата.

Обычно применяются:

• шкафные нагреватели;
• термостаты;
• гигростаты для управления по влажности.

Особенно внимательно конденсат нужно учитывать при суточных перепадах температуры и наружной установке.

Типичные ошибки

1. Выбирать вентилятор без расчёта тепловыделения.
Сначала определяется нагрузка, затем способ отвода тепла.

2. Использовать мощность оборудования вместо мощности потерь.
Это разные параметры.

3. Не учитывать максимальную температуру окружающей среды.
Расчёт по комфортным +20 °C бесполезен, если летом около шкафа +35 °C.

4. Считать высокий IP решением проблемы перегрева.
Герметичность защищает от воды и пыли, но одновременно ограничивает воздухообмен.

5. Не учитывать место установки.
Корпус у стены, в нише и свободно стоящий шкаф имеют разную эффективную поверхность теплоотдачи.

6. Сначала заказать корпус, а потом решать, куда установить кондиционер.
Вырезы, усиление панели и размещение климатического оборудования лучше предусмотреть при проектировании.

Что указать при заказе

Перед обращением к производителю подготовьте:

• назначение шкафа;
• размеры или ограничения по габаритам;
• перечень устанавливаемого оборудования;
• тепловые потери компонентов, если известны;
• минимальную и максимальную температуру эксплуатации;
• требуемую степень IP;
• помещение или улица;
• запылённость и влажность;
• необходимость обогрева или охлаждения;
• место кабельных вводов;
• требования к монтажной панели и внутренней компоновке;
• чертёж, эскиз или техническое задание.

Стандартный или индивидуальный шкаф?

Стандартное изделие подходит, когда типоразмер, компоновка и условия эксплуатации укладываются в готовое решение.

Индивидуальное изготовление оправдано, если требуются нестандартные размеры, специальные отверстия, климатическое оборудование, особая внутренняя компоновка, дополнительные панели, усиление конструкции или изготовление корпуса по существующему проекту.

Чем раньше требования к тепловому режиму учитываются в конструкции, тем меньше доработок потребуется после изготовления.

Чек-лист перед заказом

Проверьте пять пунктов:

• известна максимальная температура окружающей среды;
• посчитано тепловыделение установленного оборудования;
• определена допустимая температура внутри;
• выбран принцип охлаждения или обогрева;
• климатическое оборудование учтено в конструкции корпуса.

Если хотя бы одного исходного параметра нет, его лучше уточнить до запуска шкафа в производство.

Почему удобно заказать на lemp.su

«Ленинградское электромеханическое производство» изготавливает электротехнические шкафы, корпуса и другие металлоизделия для промышленных, строительных и коммерческих объектов.

Можно заказать:

• стандартные электротехнические шкафы и корпуса;
• нестандартное исполнение;
• изготовление по чертежам, эскизам и техническому заданию;
• корпуса для шкафов управления и автоматики;
• серверные и телекоммуникационные решения;
• металлические изделия и комплектующие;
• необходимую фурнитуру и элементы конструкции.

ЛЭМП работает с юридическими лицами и другими категориями заказчиков. Перед заказом можно обсудить назначение изделия, условия его эксплуатации, конструкцию, размеры, материал, внутреннее оснащение и необходимые комплектующие.

Производственные возможности позволяют заранее предусмотреть отверстия, панели, кабельные вводы и места установки климатического оборудования, а не дорабатывать готовый окрашенный корпус непосредственно на объекте.

Поставка продукции осуществляется по Санкт-Петербургу, Ленинградской области и в другие регионы России.

FAQ

Как понять, нужен ли вентилятор в электротехническом шкафу?

Необходимо сравнить суммарное тепловыделение оборудования с возможностью корпуса отдавать тепло естественным способом. Если естественного теплоотвода недостаточно, рассматривают принудительную вентиляцию или другую систему охлаждения.

Как рассчитать тепловыделение электрического шкафа?

Сложите мощности потерь всех компонентов, находящихся внутри корпуса. Используйте данные производителей оборудования именно по рассеиваемой мощности, а не их полную потребляемую или передаваемую мощность.

Когда вместо вентилятора нужен кондиционер?

Кондиционер нужен, когда вентиляцией невозможно обеспечить допустимую температуру — например, если окружающий воздух слишком горячий либо требуется закрытый внутренний контур и значительное охлаждение.

Нужна ли вентиляция для шкафа IP65?

Не обязательно. Необходимость вентиляции определяется тепловой нагрузкой. Если нужен активный теплоотвод при одновременном требовании высокой герметичности, следует подобрать решение, позволяющее сохранить требуемую защиту готовой системы.

Зачем нужен нагреватель в уличном электротехническом шкафу?

Он может использоваться для поддержания допустимой температуры оборудования и борьбы с условиями, при которых возникает конденсат. Управление обычно выполняют через термостат или гигростат.

Можно ли рассчитать охлаждение только по размерам шкафа?

Нет. Размеры влияют на площадь теплообмена, но необходимы также тепловыделение оборудования, температура окружающей среды, допустимая внутренняя температура, расположение корпуса и условия эксплуатации.

Нужно ли учитывать охлаждение до изготовления шкафа?

Желательно. Если требуются вентиляторы, теплообменник или кондиционер, их расположение влияет на отверстия, панели, внутреннюю компоновку и иногда на габариты корпуса.

Заказать электротехнический шкаф с учётом условий эксплуатации

Если вам нужен электротехнический шкаф, корпус или металлоконструкция для конкретного оборудования, отправьте специалистам ЛЭМП техническое задание, чертёж, эскиз или описание задачи.

На lemp.su можно получить консультацию по конструкции изделия, подобрать стандартное решение или заказать индивидуальное изготовление с необходимыми отверстиями, панелями, фурнитурой и подготовкой под климатическое оборудование.

Оставьте заявку на сайте или позвоните по телефону +7 (800) 700-61-75  — специалисты помогут определить подходящую конструкцию и подготовить изделие под требования вашего проекта.