Přečtěte si:  Publikace Elektromobilita v praxi: Jak se zorientovat na poli elektromobility

Zařízení pro odvod ztrátového tepla z elektrických rozváděčů

3.3.2014 V tomto článku se seznámíme s nejběžnějšími principy odvodu ztrátového tepla z elektrických zařízení. Vyjmenujeme vše, co ovlivňuje výběr jednotlivých typů chladicích zařízení a jak je možné řídit vnitřní klima elektrických rozváděčů.

Základní dělení způsobu chlazení elektrických rozváděčů je na pasivní a aktivní.

Pasivní chlazení – některé elektrické rozváděče, vzhledem ke vnitřní tepelné zátěži, nemusíme chladit žádnými aktivními prvky a k odvodu tepla dochází pouze sdílením tepla stěnami rozváděče a okolním prostředím. Pro větší odvod tepla lze upravit rozváděčovou skříň tak, aby bylo dosaženo komínového efektu, tj. vytvořit otvory ve spodní a zároveň v horní části rozváděčové skříně. Nejčastěji se využívá perforovaných podstavců a montáž střechy na distančních podložkách.

Aktivní chlazení – při větší tepelné zátěži v rozváděčích je nutné použít aktivní chladicí prvky. Jejich volba je závislá na tom, zda je možné využít pro chlazení okolní vzduch (např. ventilátor či výměníky tepla vzduch/vzduch), nebo zda je nutné použít zařízení, které umožňuje chlazení na nižší teplotu, než je teplota okolního vzduchu (např. chladicí jednotky či výměníky tepla voda/vzduch).

Chlazení okolním vzduchem – ventilátory s filtrem

Mezi nejznámější způsob chlazení elektrických rozváděčů je použití kombinace ventilátoru a výfukové mřížky. Okolní vzduch o teplotě nižší, než je požadovaná teplota v elektrickém rozváděči, je vháněn do rozváděče (nejčastěji ve spodní části skříně), kde odebírá ztrátové teplo jednotlivým elektrickým zařízením. Takto ohřátý vzduch je vyfukován přes ventilační mřížku v horní části rozváděče zpět do okolního prostředí.

Ventilátory Rittal TopTherm jsou konstruovány jako diagonální, což umožňuje mnohem lepší distribuci vzduchu v rozváděči ve srovnání se standardními axiálními ventilátory. Diagonální ventilátory výrazně snižují nebezpečí nedostatečného chlazení v některých místech elektrického rozváděče. Zabraňují vytváření tzv. horkých kapes („hot spots“). Chladicí výkon ventilátorů je dán množství vzduchu a rozdílem teplot mezi teplotou okolí a uvnitř rozváděče. Ventilátory mají při použití standardní filtrační vložky krytí IP54. V případě požadavku na vyšší krytí stačí použít jemnou filtrační vložku, čímž je dosaženo krytí IP55. Ochranným krytem proti stříkající vodě zvýšíme krytí na IP56.

Ventilátory jsou standardně nabízeny nejenom v širokém výkonovém rozsahu, ale také v různém frekvenčním a napěťovém provedení, tak aby bylo možné jejich celosvětové použití.

Základní řada ventilátorů nabízí ventilátory o výkonu 20 až 900 m³/h v napájecích variantách 230, 115, 400 V AC a 24 a 48 V DC. Všechny varianty lze dodat i s EMC odstíněním. K dispozici je také energeticky úsporné řešení s ventilátory s EC motory.

Dalším typem ventilátoru je střešní ventilátor o vzduchovém výkonu 1500 m³/h s velmi nízkou úrovní hluku 40 dB. Jeho uplatnění je na rozváděčích umístěných např. v kancelářích.

Obr. 1 Chlazení ventilátorem – schéma proudění vzduchu v rozváděči: Ventilátor vhání studený okolní vzduch do rozváděče, ochlazuje vnitřní elektrické komponenty a přes výstupní mřížku v horní části ohřátý vzduch vystupuje do okolního prostředí.

Výměníky tepla vzduch/vzduch

Výměníky tepla vzduch/vzduch využívají k chlazení, stejně jako ventilátory, okolní vzduch s tím rozdílem, že okolním vzduchem je ochlazován vzduch uvnitř rozváděče přes teplosměnnou plochu. Výhodou je, že nedochází k nasávání okolního vzduchu přímo do elektrického rozváděče. Tento princip se používá v prašných průmyslových provozech, kde je nutné zabránit či výrazně omezit pronikání prachu a ostatních nečistot rozptýlených ve vzduchu do elektrického rozváděče.

Základním parametrem pro použití tohoto energeticky úsporného řešení ve znečistěných provozech je teplota okolního vzduchu, která musí být nižší, než je požadovaná teplota v rozváděči. Velikost výměníku je v rozsahu 17,5 až 90 W/K. Výkon je závislý na rozdílu vnitřní a vnější teploty, tj. například výkon výměníku o nominální hodnotě 90 W/K je 900 W při rozdílu teplot 10 K. Výměníky tepla jsou řízeny termostatem s možností poruchového hlášení bezpotenciálovým kontaktem.

Obr. 2 Chlazení výměníkem vzduch/vzduch – schéma proudění vnějšího a vnitřního proudu vzduchu: Okolní vzduch ochlazuje přes teplosměnnou plochu proud vzduchu uvnitř rozváděče.

Chladicí jednotky

Chladicí jednotky se používají všude tam, kde okolní teplota je vyšší než požadovaná teplota v rozváděči. Chladicí jednotky pracují na principu kompresorového okruhu (stejně jako domácí chladničky) s ekologickým chladivem R134a.

Ztrátové teplo z rozváděče (vnitřní okruh) se předává do chladiva (vypařování chladiva ve výparníku), kompresorem je v plynné fázi stlačováno do kondenzátoru, kde se odebrané teplo předává do okolního prostředí (kondenzace chladiva v kondenzátoru, vnější okruh). Vnější okruh je ochlazován okolním vzduchem a je zapotřebí zajistit, aby nedocházelo ke znečišťování lamelové plochy kondenzátoru, které má za následek pokles chladicího výkonu nebo úplnou nefunkčnost chladicí jednotky. Firma Rittal vyvinula povrchovou úpravu lamel kondenzátoru RiNano, která zabraňuje usazování prachu, a tím zvyšuje účinnost chladicí jednotky. Dalšími možnostmi ochrany lamelové plochy před okolním prachem je použití filtrů. Typ filtru je zvolen s ohledem na typ znečištění okolního vzduchu.

Jednotky jsou řízeny komfortním regulátorem, který umožňuje nastavení teplot v rozsahu 20 až 55 °C. Regulátor má připravené dva kontakty pro hlášení poruch do monitorovacího zařízení. Při ochlazování vzduchu na studené ploše výparníku dochází ke kondenzaci vzdušné vlhkosti. Její množství je závislé na utěsnění nebo na frekvenci otevírání dveří vlastního rozváděče. Chladicí jednotky jsou vybaveny integrovaným automatickým elektrickým odpařovačem kondenzátu – u střešních jednotek platí pro všechny modely, u nástěnných jednotek od výkonu 1 kW. Další možností je odvod kondenzátu do sběrné láhve, případně svedením do odpadu.

Základním parametrem chladicích jednotek je chladicí výkon a elektrický příkon (spotřeba). Tyto dva parametry má Firma Rittal jako jediný výrobce chladicích jednotek na světě změřené v nezávislé laboratoři a potvrzené certifikátem TÜV. Tím má zákazník jistotu, že deklarované výkonové parametry jsou správné.

Rozlišujeme tři základní konstrukční provedení chladicích jednotek: střešní, nástěnné a chladicí dveře.

Střešní chladicí jednotky Blue-e

Střešní chladicí jednotky nabízí společnost Rittal v 6 různých velikostech s výkonem 500 až 4000 W. Všechny typy jsou sériově vyráběny s úpravou povrchu RiNano a integrovaným odpařovačem kondenzátu. Jednotky jsou řízeny komfortním regulátorem. U těchto jednotek pro cílené vedení vzduchu je možné použít vzduchotechnické nástavce, které zajistí proudění chladného vzduchu ke kritickým komponentám v rozváděči.

Obr. 3 Chlazení střešní chladicí jednotkou – schéma vnitřního a vnějšího okruhu vzduchu: Vzduch uvnitř rozváděče je ochlazován odpařováním chladiva v jednotce a teplo z chladiva je předáváno do okolního prostředí.

Nástěnné chladicí jednotky Blue-e

Nástěnné chladicí jednotky vyrábí společnost Rittal v 8 výkonových stupních ve výkonech od 300 do 4000 W. Jednotky od výkonu 1000 W mají standardně integrovaný odpařovač kondenzátu. Všechny jednotky mají povrch kondenzátoru ošetřen RiNano vrstvou.

Obr. 4 Chlazení nástěnnou chladicí jednotkou – schéma vnitřního a vnějšího okruhu vzduchu: Vzduch uvnitř rozváděče je ochlazován odpařováním chladiva v jednotce a teplo z chladiva je předáváno do okolního prostředí.

Firma Rittal jako jediný výrobce chladicích jednotek poskytuje certifikaci TÜV chladicího výkonu a elektrického příkonu. Toto je jediný způsob, jakým lze jednoznačně prokázat tyto základní parametry chladicích jednotek.

Modulární chladicí dveře Blue-e

Chladicí dveře je další varianta chladicích jednotek, které se instalují místo dveří rozváděče. Chladicí dveře jsou v nabídce společnosti Rittal ve dvou výkonových variantách 1500 W a 2500 W v různých velikostech (šířka rozváděčů 600, 800, 1200 mm, levý či pravý modul, výška 1800 mm a 2000 mm). Jednotky jsou řízeny komfortním regulátorem, jsou vybaveny odpařovačem kondenzátu a kondenzátor je ošetřen povrchovou vrstvou RiNano.

Obr. 5 Chlazení modulárními dveřmi Blue-e – schéma vnitřního a vnějšího okruhu vzduchu: Vzduch uvnitř rozváděče je ochlazován odpařováním chladiva v jednotce a teplo z chladiva je předáváno do okolního prostředí.

Nepřímé chlazení

Jako nepřímé chlazení označujeme způsob chlazení, kdy ochlazujeme další teplonosnou látku – nejčastěji vodu nebo směs vody s glykolem, kterou odvádíme teplo z rozváděče, nebo případně jiné technologie. Pro „výrobu“ chlazené vody používáme tzv. chillery (chladiče kapaliny). Z těchto chladičů je studená voda vedena do výměníku tepla voda/vzduch umístěného na rozváděči. Tento typ chlazení je vhodný všude tam, kde je velké znečištění okolního vzduchu – tyto výměníky nejsou chlazeny okolním vzduchem – a dále tam, kde vysoké okolní teploty znemožňují použití chladicích jednotek (např. v ocelárnách) nebo tam, kde teplo musí být odváděno mimo okolí rozváděče (nejčastěji malé prostory, jako jsou např. kontejnery). Stupeň krytí je standardně IP55, na vyžádání dokonce IP65.

Obr. 6 Výměník voda/vzduch – schéma vnitřního okruhu vzduchu a okruhu chladicí vody: Vzduch uvnitř rozváděče je ochlazován chladicí vodou přes výměník voda/vzduch, ohřátá voda je dále ochlazována ve výrobníku studené vody (chilleru).

RiTherm – software pro návrh systému chlazení (topení)

Software RiTherm společnosti Rittal usnadňuje výpočet chlazení rozváděčů. Na základě zadaných údajů software poskytne výpočet ztrátového tepla a zároveň nabídne optimální zařízení pro dosažení požadovaných teplot v rozváděči. Součástí softwaru je databáze ztrátových tepelných výkonů jednotlivých elektrických prvků. K dispozici je také varianta pro mobilní zařízení s operačním systémem iOS.

Shrnutí

Firma Rittal nabízí ucelený systém klimatizace elektrických rozváděčů a chlazení dalších technologických celků (včetně chlazení IT) od návrhu až po konečnou instalaci optimálního zařízení a zprovoznění, technické podpory a následného celosvětového servisu.

Společnost Rittal přináší svým zákazníkům stále něco nového. Promyšlený koncept „Rittal – The System.“ poskytuje řešení v oblasti rozváděčů, rozvodů proudu, chlazení a IT infrastruktury, včetně softwaru a služeb, napříč všemi sektory průmyslu. Celosvětovou dostupnost nabízených produktů a řešení zajišťuje více jak 10 000 zaměstnanců, 11 výrobních závodů a 64 dceřiných společností.

Zajímá-li vás nabídka produktů a řešení společnosti Rittal a chcete-li být stále a včas informováni o všech novinkách, zaregistrujte se k odběru Rittal Info-newsletteru zde.

Objednejte si nový Katalog Rittal 2014/2015 s ucelenou systémovou nabídkou pro průmysl a IT zde. Objevte všechny dimenze Rittal – The System.

Ing. Jan Glasnák, product manager Rittal

Foto: Rittal

Více  na www.rittal.cz

O požadavcích pro návrh chlazení elektrických rozváděčů si přečtěte zde

Copyright © 2012 – 2024 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services