ЖУРНАЛ «СТА» №2/2006

85 СТА 2/2006 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА T i — температура внутри шкафа, K; T a — температура окружающей сре- ды, K; Δ T = T i – T a ; Q v — тепловые потери, выделяемые оборудованием внутри шкафа, Вт; Q s — тепло, отводимое через поверх- ность шкафа, Вт; Q s >0 при Δ T >0, Q s <0 при Δ T <0; Q 0 — необходимая мощность охлаж- дения холодильного агрегата (кон- диционера) шкафа или тепловая мощность обогревателя шкафа ( Q 0 <0), Вт; V — объёмный поток воздуха, м 3 /ч; A — эффективная площадь теплооб- мена шкафа, м 2 ; k — коэффициент теплопередачи, Вт_____ м 2 · К ; для листовой стали k ≈ 5,5, для пластиков k ≈ 3,5; для шкафов с двойными стенками из стального или алюминиевого листа принима- ют k ≈ 2,7 ÷ 3,0. Если шкаф не имеет средств клима- тизации, то установившаяся ( Q v = Q s ) разность температур между внутрен- ним пространством шкафа и окру- жающей средой описывается извест- ным уравнением теплопроводности: Δ T = ___Q s k · А (1) Если полученное из (1) с помощью выражения Δ T = T i – T a значение T i больше/меньше допустимого, то не- обходима дополнительная мощность для охлаждения/отопления шкафа: Q 0 = Q v – Q s . Несложная подстановка даёт итого- вое выражение: Q 0 = Q v – k · A · ( T i – T a ) (2) Примеры расчётов 1. Пусть имеется свободно стоящий стальной шкаф высотой 2,0 м, ши- риной 0,6 м, глубиной 0,5 м, макси- мальная температура окружающей среды равна +50°С, а максимально допустимая температура внутри шкафа равна +35°С, суммарная мощность тепловых потерь обору- дования внутри шкафа составляет 700 Вт. 1)для указанного шкафа значение параметра А = 4,4 м 2 ; 2) Δ T = 35 – 50 = –15 К; 3)коэффициент теплопередачи для этого шкафа k ≈ 5,5 Вт_____ м 2 · К ; 4) Q v = 700 Вт; 5) Q 0 = 700 Вт – 5,5 Вт_____ м 2 · К · 4,4 м 2 × × (–15 K) = 1063 Вт. Необходимо выбрать холодильный агрегат, имеющий мощность охлажде- ния не ниже 1063 Вт при соотноше- нии температур снаружи и внутри шкафа +50°С/+35°С. Очень важно при выборе агрегата оперировать не только значением мощности, но и значениями температур T i и T a ; это иллюстрируется типовой диаграммой тепловой мощности кондиционера, показанной на рис. 2. Из точки T a = 50°C строим верти- кальную линию до характеристики, соответствующей T i = 35°C, и затем го- ризонталь до пересечения с осью зна- чений мощности. Полученное значе- ние ( ≈ 1200 Вт) больше требуемого, поэтому холодильный агрегат с этой характеристикой подойдёт для реше- ния нашей задачи. Заметим, что выбор для расчёта именно таких значений температуры снаружи и внутри шкафа не случаен. Определение рабочих характеристик холодильных агрегатов проводится со- гласно стандарту DIN 3168. Этим стандартом предусмотрено два обяза- тельных режима испытаний: «А35/A35» и «A35/A50». Первое обо- значение указывает, что испытание проводится при температуре воздуха внутри шкафа +35°С и воздуха снару- жи шкафа +35°С; второе указывает на температуру воздуха внутри шкафа +35°С и воздуха снаружи шкафа +50°С. Буква А в обоих обозначениях указывает, что теплоносителем явля- ется воздух (air — воздух, англ.). Встречаются различные варианты этой нотации: «A50/A35», «A 35 A 50», в немецкоязычной литературе и на оборудовании используется нотация «L 35 L 50» (Luft — воздух, нем.). След- ствием таких требований стандарта является тот факт, что почти все кон- троллеры кондиционеров и теплооб- менников имеют заводскую установку +35°С. Будьте внимательны: если в спецификации холодильного агрегата указано лишь одно значение его мощ- ности, то это значение для условий «А35/A35». Тепловая мощность агре- гата в условиях «А35/A50» будет на- много ниже. По диаграмме рис. 2 лег- ко установить, что это 1500 Вт и 1200 Вт соответственно. Ведущие производители холодиль- ных агрегатов снабжают свои изделия полными диаграммами мощности, благодаря чему инженер может про- вести корректный расчёт для любых параметров окружающей среды. 2. Рассмотрим тот же шкаф, что и ра- нее, при эксплуатации в зимних ус- ловиях: минимальная температура окружающей среды равна –30°С, а минимально допустимая температу- ра внутри шкафа равна +10°С, сум- марная мощность тепловых потерь оборудования внутри шкафа состав- ляет 700 Вт. 1) А = 4,4 м 2 ; 2) Δ T =+10 – (–30) = +40 К; 3) k ≈ 5,5 Вт_____ м 2 · К ; 4) Q v = 700 Вт; 5) Q 0 = 700 Вт – 5,5 Вт_____ м 2 · К · 4,4 м 2 × × (+40 K) = –268 Вт. Q 0 <0, поэтому в рассматриваемом случае необходим обогреватель шка- фа. Нагреватели, аналогично холо- дильным агрегатам, характеризуются диаграммами тепловой мощности (рис. 3). Модели обогревателей обо- значены цифрами от 1 до 4. Однако на практике этими диаграм- мами почти никогда не пользуются, за исключением случаев, когда необхо- димо экономить каждый ампер. В кратких характеристиках обогрева- теля всегда указано одно значение его мощности; обычно это значение при +20°С. Поскольку при понижении Рис. 2. Типичная диаграмма мощности холодильного агрегата Рис. 3. Диаграмма тепловой мощности нагревателей четырёх моделей