تعیین سیستم های مدیریت حرارتی برای محفظه های کنترل

الزامات طراحی بهینه تابلو کنترل و محفظه دستگاه ها و سیستم های سرمایش و گرمایش

 

جیم کربس

30 ژوئیه 2018

 

تهویه مطبوع Stratus از AutomationDirect با استفاده از روش حلقه بسته ، دمای داخل محفظه را حفظ می کند و از دستگاه ها در برابر گرمای بیش از حد محافظت می کند و در عین حال از محیط بدون آلودگی اطمینان حاصل می کند. همه گرافیک ها از AutomationDirect ارائه شده اند

تهویه مطبوع Stratus از AutomationDirect با استفاده از روش حلقه بسته ، دمای داخل محفظه را حفظ می کند و از دستگاه ها در برابر گرمای بیش از حد محافظت می کند و در عین حال از محیط بدون آلودگی اطمینان حاصل می کند. همه گرافیک ها از AutomationDirect ارائه شده اند

اکثر دستگاه های کنترل الکتریکی هنگام استفاده در محیط های صنعتی باید در محفظه کنترل قرار گیرند. این شامل کنترل کننده ، درایو ، منبع تغذیه ، قطع ، فیوز ، پایانه ، رله ، کنتاکتور و موارد دیگر است. محفظه نه تنها از دستگاه ها در برابر آلودگی ، زباله ، روغن و سایر مایعات محافظت می کند ، بلکه کارکنان کارخانه را در برابر ولتاژهای خطرناک محافظت می کند. محیط گرم در کف گیاه و گرمای تولید شده توسط وسایل الکتریکی می تواند نیاز به خنک سازی محفظه را ایجاد کند. اگر محفظه سايت اتوماسيون صنعتي  در خارج نصب شده باشد ، ممکن است لازم باشد محفظه را گرم کنید تا دستگاه ها را در برابر سرمای شدید محافظت کنید.

 

تغییر دما در کارخانه یا خارج ممکن است مستلزم استفاده از سرمایش و گرمایش برای حفظ دمای مطلوب باشد. کنترل دما می تواند خطر تشکیل چگالش در داخل محفظه را از بین ببرد و داغ شدن یا یخ زدن وسایل برقی را از بین ببرد.

 

انواع مختلف سیستم های مدیریت حرارتی برای کنترل دما و سایر شرایط داخل محفظه های کنترل استفاده می شود. مروری بر نحوه تعیین این سیستمها-از جمله دستگاههای تهویه ، کولر ، کولرهای گردابی ، مبدلهای حرارتی و بخاری ها-در این مقاله مورد بحث قرار می گیرد تا از کنترل مقرون به صرفه و کارآمد محیط داخلی محوطه اطمینان حاصل شود.

 

دمای مطلوب محفظه

حرارت به داخل یا خارج از محفظه منتقل می شود تا دمای داخلی را با استفاده از رسانایی ، همرفت و یا تابش کنترل کند. هدایت جریان حرارتی از طریق دیوار محوطه یا سایر مواد جامد است. همرفت عبارت است از جریان حرارتی از طریق یک سیال یا گاز متحرک ، یا یک سیال متحرک به سطح یک جامد. تابش انتقال انرژی حرارتی با استفاده از انرژی الکتریکی مانند بخاری نواری است.

 

از آنجایی که اکثر قطعات الکترونیکی هنگامی  تجهيزات اتوماسيون صنعتي که در دمای پایین کار می کنند عملکرد بهتری دارند و بیشتر دوام می آورند ، بخاری ها اغلب برای گرم نگه داشتن قطعات داخلی استفاده نمی شوند مگر اینکه در مناطقی نصب شوند که دمای محیط بسیار کمتر از انجماد است. در این حالت ، گرمایش مورد نیاز است تا در محدوده عملکرد قطعات الکتریکی داخلی باقی بماند.

 

با این حال ، گرمایش اغلب برای کاهش رطوبت و عواقب آن ، یعنی تراکم ، که می تواند باعث خوردگی شود ، مورد نیاز است. بخاری می تواند رطوبت نسبی را زیر 65 درصد نگه دارد تا از تراکم جلوگیری شود. نصب بخاری در نزدیکی محفظه برای جابجایی طبیعی مطلوب است و بخاری های بزرگتر - معمولاً بیش از 150 وات (W) - اغلب دارای یک فن هستند که به توزیع یکنواخت گرمای تابش شده در کل محفظه کمک می کند.

 

این مقاله بر روی خنک کننده محفظه کنترل تمرکز می کند ، که در بسیاری از برنامه ها مورد نیاز است.

 

محفظه کنترل سرد

نیاز به خنک کردن محفظه کنترل معمول است زیرا هدایت طبیعی از خارج اغلب برای حفظ دمای داخلی در محدوده قابل قبول کافی نیست. گرمای اضافی توسط دستگاه های داخلی مانند ترانسفورماتورها ، درایوها و منبع تغذیه تولید می شود. دمای خارجی زیاد نیز اغلب به دلیل شرایط آب و هوایی یا به دلیل گرمای تولید شده توسط تجهیزات مانند کوره ها یا کوره ها وجود دارد. گرمای زیاد عمر مفید سخت افزارهای الکترونیکی مانند کنترل کننده ها ، درایوها ، کامپیوترها و نمایشگرها را کاهش می دهد. گرمای اضافی همچنین می تواند به کاهش منابع تغذیه ، تغییر عملکرد حفاظت از مدار یا کاهش بار اضافی نیاز داشته باشد.

 

عوامل داخلی و خارجی بر بار حرارتی محفظه تأثیر می گذارد. دمای محیط تأثیر زیادی دارد زیرا گرما از دمای بالاتر به دمای پایین تر جریان می یابد. دمای بالای محیط اغلب نیاز به خنک کردن محفظه را ایجاد می کند.

 

یک محفظه همچنین می تواند در گرمای تولید شده در داخل ، در صورت عدم تهویه مناسب ، آب بندی کند. اگر تهویه محیط در حالی که آلودگی ها دور از دسترس هستند  تجهيزات اتوماسيون صنعتي امکان پذیر نباشد یا اگر هواگیری کافی نباشد ، می توان از روش های دیگر خنک کننده استفاده کرد.

 

روشهای معمول خنک کننده محفظه شامل همرفت طبیعی ، جابجایی اجباری و حلقه بسته است (شکل 1 را ببینید). خنک کننده گردابی ، که با استفاده از هوای فشرده جریان هوای سرد را ایجاد می کند ، یکی دیگر از روش های خنک کننده محفظه است.

 

بدون عنوان 1

شکل 1. روشهای معمول خنک کننده محفظه شامل همرفت طبیعی ، جابجایی اجباری و حلقه بسته است.

 

جابجایی طبیعی و اجباری

همرفت اغلب تنها روشی است که برای کنترل دمای داخل محفظه کنترل استفاده می شود. حرکت هوا تأثیر زیادی بر میزان همرفت دارد. هرچه حرکت هوا در داخل محفظه بیشتر باشد ، بنرخ انتقال حرارت را تغییر دهید همرفت طبیعی ، ناشی از بالا آمدن هوای گرم ، می تواند هوا را در یک محفظه کنترل گردش داده و آن را خنک نگه دارد. جابجایی اجباری یک فن را برای بهبود سرعت انتقال حرارت اضافه می کند. برای موثر بودن همرفت طبیعی و اجباری ، دمای محیط سردتر از داخل محفظه مورد نیاز است.

 

در صورت نیاز به حداقل سرمایش ، جابجایی طبیعی اتوماسيون صنعتي اصفهان با استفاده از دو کوره یا ورقه ای با فیلتر یک راه حل معمول است. با نصب مناسب ، هوای گرم به دلیل همرفت از قسمت بالای محفظه خارج می شود و در قسمت پایین محفظه ، هوای خنک را جذب می کند. در برنامه هایی که نیاز به حفظ رتبه بندی محیطی و بستن محفظه دارد ، می توان از دریچه های تنفس و تخلیه هوا استفاده کرد.

 

جابجایی اجباری با استفاده از فن برای ایجاد جریان هوای ثابت از طریق محفظه ، گرمای بهتری را حذف می کند (شکل 2 را ببینید). به طور معمول ، یک فن و فیلتر در محفظه پایین نصب شده اند تا هوای خنک محیط را به داخل محفظه وادار کنند. گریل و فیلتر اگزوز که در محفظه بالا نصب شده است ، اجازه می دهد تا هوای گرم به اجبار خارج شود. این جابجایی اجباری می تواند دستگاه ها را از گرمای بیش از حد محافظت کرده و جیب های حرارتی موضعی را حذف کند. پنکه های جمع و جور اضافی که بر روی پنل پشتی محفظه کنترل نصب شده اند ، در صورت نیاز می توانند خنک کننده نقطه ای را با هوای متمرکز فراهم کنند.

 

خنک کننده جابجایی هوای طبیعی و اجباری همیشه کار را انجام نمی دهد و در این شرایط ، خنک کننده با حلقه بسته مورد نیاز است.

 

یک حلقه خنک کننده بسته

خنک کننده با حلقه بسته در مواردی که بار حرارتی زیادی از اجزای داخلی وجود دارد و/یا در دمای محیط بالا وجود دارد ، استفاده می شود. همچنین برای حفظ سطح دمای ایمن برای دستگاه های داخلی بدون افزودن هوای بیرون به محفظه استفاده می شود. خنک کننده حلقه بسته اغلب برای محفظه های کنترل به دلایل زیر مشخص می شود:

 

دمای بالای محیط

اجزای داخلی تولید گرمای بیش از حد

محیط های سخت

مناطق شستشو

گرد و غبار و آوار سنگین

بخارات خورنده یا شیمیایی موجود در هوا

اتوماسیون Direct0718 Figure2filter Fan Group 800x533

شکل 2. این مجموعه های فن فیلتر Stego از AutomationDirect جابجایی هوای اجباری را در محفظه ای فراهم می کند و به دلیل جریان هوای اجباری ثابت ، گرمای بهتری نسبت به همرفت طبیعی را فراهم می کند.

 

 

 

بسیاری از گزینه های خنک کننده با حلقه بسته دارای درجه حفاظت از محفظه هستند ، از جمله مبدل های حرارتی هوا به هوا و تهویه مطبوع. مبدل حرارتی هوا به هوا نیازی به مبرد ندارد ، اما ظرفیت خنک کنندگی آن محدود است.

 

کولر گازی به دلیل افزودن مبرد ، اواپراتور و کندانسور ظرفیت خنک کننده بیشتری را فراهم می کند (به عکس بالا مراجعه کنید). اگرچه کمپرسور انرژی الکتریکی بسیار بیشتری نسبت به فن یا مبدل حرارتی مصرف می کند ، اما استفاده مناسب از کنترل های مدیریت حرارتی محفظه و کمپرسورهای با کارایی بالا این هزینه ها را کاهش می دهد.

 

در صورت نیاز به جداسازی از هوای محیط ، کولر گردابی بدون مبرد گزینه دیگری است. اگرچه از نظر فنی یک سیستم حلقه بسته نیست ، اما از آنجا که هوای سرد با استفاده از یک منبع هوای فشرده فیلتر شده ایجاد می شود ، رتبه بندی محوطه انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) حفظ می شود.

 

مانند کولر گازی ، کولر گردابی در شرایط دمای محیط بالا م effectiveثر است. هزینه استفاده از کولر گردابی را باید در هزینه عملیاتی اتوماسیون آن در نظر گرفت ، اما خرید و نصب آن ارزان است و نیازی به تعمیر و نگهداری ندارد.

 

اصول اندازه گیری محلول های خنک کننده

علاوه بر انتخاب همرفت طبیعی مناسب ، جابجایی اجباری یا روش خنک کننده حلقه بسته ، اندازه/ظرفیت دستگاه خنک کننده باید محاسبه شود.

 

اندازه فن محفظه: برای محاسبه حداقل فوت مکعب فن در دقیقه (CFM) برای محلول خنک کننده هوای اجباری ، مقدار گرمای حذف شده (وات) و حداکثر اختلاف دما (∆T) را تعیین کنید.

 

فوت مکعب در دقیقه (CFM) = (3.17 P P) / ∆T ° F

 

کجا: P = توان مصرفی بر حسب وات

 

∆T = (حداکثر هوای خارج از محیط ° F) - (حداکثر. هوای محفظه داخلی مجاز ° F)

 

ثابت بودن هوا (3.17 در مثال بالا) با ارتفاع از سطح دریا که محفظه در آن نصب شده است ، تعیین می شود. برای ساده سازی محاسبات جریان حجم مورد نیاز ، فروشندگان کمک های آنلاین مانند ابزار محاسبه خنک کننده را ارائه می دهند.

 

کولر گازی یا اندازه کولر گردابی: هنگام محاسبه اندازه واحد مناسب ، باید از شرایط بدتر استفاده کرد ، که نیاز به بزرگنمایی را از بین می برد. دو عامل کلیدی در محاسبه سرمایش بار حرارتی داخلی و انتقال بار حرارتی است.

 

بار حرارتی داخلی گرمای تولید شده توسط دستگاه های الکتریکی داخل محفظه کنترل است. یک راه مورد علاقه برای تعیین این مورد ، اضافه کردن حداکثر مشخصات حرارتی هر دستگاه (وات اتلاف) است. معمولاً مقادیر به وات داده می شود و برای محاسبه ظرفیت خنک کننده باید در واحدهای حرارتی بریتانیا (BTU) باشد. وات ها به صورت زیر به BTU تبدیل می شوند:

 

BTU در ساعت (BTU/H) = وات x 3.413

 

انتقال بار حرارتی ، گرمای از دست رفته یا بدست آمده از طریق دیوارهای محفظه به هوای محیط اطراف است و با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود.آ:

 

انتقال بار حرارتی (BTU/H) = 1.25 x مساحت سطح (ft2) x (حداکثر. خارج از هوای محیط F ° - حداکثر. هوای محفظه داخلی مجاز ° F)

 

توجه: 1.25 ثابت استاندارد صنعت برای محفظه های فلزی است. برای محفظه های پلاستیکی 0.62 است.

 

مساحت سطح (ft2) = 2 [(H x W) + (H x D) + (W x D)] / 144 اینچ مربع

 

هنگامی که بار حرارتی داخلی و انتقال بار حرارتی تعیین می شود ، ظرفیت خنک کننده مورد نیاز به شرح زیر محاسبه می شود:

 

ظرفیت خنک کننده (BTU/H) = بار حرارتی داخلی transfer انتقال بار حرارتی

 

اطمینان حاصل کنید که آیا محفظه باید خنک ، گرم یا هر دو باشد. هنگامی که نیازها و روشهای سیستم سرمایش و گرمایش برای یک برنامه مشخص شد ، محلول باید اندازه مناسب داشته باشد و سپس سیستم مناسب انتخاب شود.