Разработка системы, которая поддерживает определенную температуру в шкафу системы автоматического управления

4.2 Расчет теплового баланса

Расчет температурного баланса подразумевает сравнение количества тепла, выделяемого компонентами при работе, с количеством тепла, самостоятельно рассеиваемого стенками оболочки.

Необходимо рассчитать температуру внутри оболочки при отсутствии системы поддержания микроклимата, после чего следует определить необходимость установки этой системы, опираясь на заданные значения внутренней и наружной температуры

Для расчета теплового баланса необходимо знать :

1. Габариты шкафа (высота, ширина, глубина) [м]

2. Вид установки (напр. один шкаф, ряд шкафов) согласно формуле, поверхность шкафа A [м²]

3. Материал изготовления (металл, пластмасса) коэффициент теплопередачи из таблицы к [Вт/м²К]

4. Перепад температуры между желаемой температурой в шкафу Ti [°C] и ожидаемой температурой наружи шкафа Tu [°C] ,ДT

5. Мощность потерь (самонагревание) всех встроенных частей во время эксплуатации P_v [Вт]

Считается, что единственным способом теплообмена шкафа с окружающей средой является естественная конвекция. Следовательно, принципиально важным является понятие эффективной площади теплообмена шкафа.

Виды установки шкафов и формулы для расчета поверхности шкафа представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Расчет поверхности шкафа для различных видов исполнений

Вид исполнения шкафа	Формула для расчета поверхности шкафа
Отдельно стоящий шкаф	A = 1,8 * В * ( Ш + Г ) + 1,4 Ш Г
Шкаф для настенного монтажа	А=1,4 * Ш * ( В + Г ) + 1,8 * Г * В
Первый/последний стоящий шкаф отдельно стоящий	A = 1,4 * Г * ( В + Ш ) + 1,8 * Ш * В
Первый/последний шкаф для настенного монтажа	A = 1,4 * В * ( Ш + Г ) + 1,4 * Ш * Г
Средний шкаф отдельно стоящий	A = 1,4 * В * ( Ш + Г ) + 1,4 * Ш * Г
Средний шкаф для настенного монтажа	А= 1,8 * Ш * В + 1,4 * Ш * Г + Г * В
Средний шкаф для настенного монтажа с крышей	A = 1,4 * Ш * В + 0,7 * Ш * Г + Г * В

Где Ш- ширина, В-высота и Г-глубина. Материал шкафа и коэффициент его теплопередачи представлены в таблице 4.

Таблица 4-Коэффициенты теплопередачи для различных материалов

Материал шкафа	Коэффициент теплопередачи, к
Листовая сталь, лакированная	k~5,5 Вт/м²*K
Листовая сталь, нержавеющая	k~4,5 Вт/м²*K
Алюминий	k~12 Вт/м²*K
Материал Шкафа	Коэффициент теплопередачи, к
Алюминий, двойной	k~4,5 Вт/м²*K
Полиэфир	k~3,5 Вт/м²*K

Для расчетов будут использоваться следующие переменные и параметры :

Ti-- температура внутри шкафа, K;

Ta-- температура окружающей среды, K;

ДT = Ti- Ta -перепад температур

Qv-- тепловые потери, выделяемые оборудованием внутри шкафа, Вт;

Qs-- тепло, отводимое через поверхность шкафа, Вт;

Qs>0 приДT>0,

Qs<0 при ДT<0;

Q0 -- необходимая мощность охлаждения холодильного агрегата (кондиционера) шкафа или тепловаямощность обогревателя шкафа если (Q0<0), Вт;

V -- объёмный поток воздуха, м³/ч;

A -- эффективная площадь теплообмена шкафа, м²;

k -- коэффициент теплопередачи, Вт/(м² · К)

Если шкаф не имеет средств климатизации, то установившаяся (Qv=Qs)

разность температур между внутренним пространством шкафа и окружающей средой описывается уравнением теплопроводности

ДT = Qs /k*A

Если полученного выражения с помощью выражения ДT = Ti- Ta значение Ti больше/меньше допустимого, то необходима дополнительная мощность для охлаждения/отопления шкафа:

Q₀=Qv- Qs.

Подстановка даёт итоговое выражение:

Q₀=Qv- k · A · (Ti- Ta)

Содержание