Chłodzenie szaf i obudów

W chłodzeniu obudów i szaf sterowniczych zastosowanie mają głównie przewodzenie i konwekcja, jeżeli natomiast chodzi o promieniowanie w przypadku temperatur, do których typowo nagrzewają się osłony urządzeń elektrycznych, nie jest to efektywna metoda odprowadzania ciepła, dlatego ma ona marginalne znaczenie. To, który z tych mechanizmów odprowadzania ciepła najlepiej wybrać zależy od wielu czynników, w tym od tego, czy obudowa przepuszcza powietrze, czy jest szczelna. W pierwszej jego nadmiar można usunąć dzięki cyrkulacji powietrza przez przewodzenie. Jeżeli obudowa jest zamknięta, ciepło odprowadza się dzięki konwekcji przez ściany. Ponadto warunkuje to temperatura otoczenia na zewnątrz osłony i maksymalna temperatura wewnątrz – pewne metody chłodzenia można od razu wyeliminować porównując temperaturę otoczenia do tej wymaganej wewnątrz.

Przykładowo gdy pierwsza jest większa, nie można się opierać tylko na naturalnej konwekcji, ani wewnętrznej cyrkulacji powietrza, wyłącznie wymianie powietrza z otoczeniem, ani wymiennikach ciepła powietrze–powietrze. Gdy temperatura wewnątrz jest większa, niż temperatura otoczenia warto jest jednak te metody wziąć pod uwagę, uwzględniając także wymagany stopień IP. W przeciwnym razie lepszym rozwiązaniem będzie przykładowo zastosowanie wymiennika ciepła woda–powietrze, chłodzenia wodą albo klimatyzatora.

Ważna kwestia to również zdolność osłony do rozpraszania ciepła. Wpływa na to m.in. sposób jej zamontowania – szafa sterownicza wolno stojąca, odsłonięta z każdej strony, odprowadza je do otoczenia efektywniej niż stojąca przy ścianie, we wnęce albo obudowa zintegrowana z maszyną.

By zwiększyć efektywność odprowadzania ciepła z wewnątrz przez ściany montuje się wentylatory, których zadaniem jest wymuszenie przepływu powietrza w obudowie. To zapewnia równomierny rozkład ciepła w osłonie i przy jej ścianach. Skuteczność takiego rozwiązania przeważnie nie jest jednak duża. Alternatywą jest montaż wentylatorów z filtrem w ścianie obudowy. To ma na celu zapewnienie wymiany powietrza z wewnątrz na to z zewnątrz. Ich konstrukcja jest optymalizowana pod kątem zapewnienia równomiernego, stałego przepływu powietrza, przy minimalnej głębokości montażu, aby nie zajmowały za dużo miejsca w obudowie.

W zależności od potrzeb wentylatory mogą pracować w trybie wdmuchiwania do albo zasysania powietrza z obudowy. Generalnie zaleca się pracę w pierwszym, aby uniknąć wytworzenia się w osłonie podciśnienia. Jeżeli bowiem takie warunki by powstały, powietrze z zewnątrz dostawałoby się do wnętrza osłony w niekontrolowany sposób przez wejścia kabli i inne niehermetyczne otwory. Napływ nieprzefiltrowanego powietrza wraz z kurzem mógłby szkodzić urządzeniom w obudowie. Zaleca się też wybór zespołu wentylator–filtr o przepływie powietrza o około 20% większym, niż zapotrzebowanie w tym zakresie obliczone na podstawie ilości ciepła, które kumuluje się w osłonie. Zapewni to margines wydajności wymiany powietrza, a dzięki temu efektywność chłodzenia nie spadnie poniżej wymaganego poziomu, nawet w razie nagromadzenia się zanieczyszczeń na filtrze.

Wymienniki ciepła i klimatyzatory

Jeżeli wymagane jest zapewnienie stopnia ochrony IP gwarantującego pyło- oraz wodoszczelność, zamiast wentylacji otwartej lepiej zastosować wymienniki ciepła powietrze–powietrze. Im większa będzie różnica temperatur powietrza w otoczeniu i wewnątrz obudowy, tym skuteczniejsze będzie odprowadzanie ciepła nagromadzonego w osłonie na zewnątrz tą metodą. Zależnie od dostępnej przestrzeni oraz wymagań wymienniki ciepła powietrze–powietrze są montowane na szafie albo instalowane wewnątrz niej. Generalnie ich wydajność jest mniejsza niż wymiany powietrza z otoczeniem przez wentylatory, wymienniki ciepła powietrze–powietrze wyróżniają jednak mniejsze wymagania w zakresie konserwacji.

W wymiennikach powietrze–woda wnętrze szafy jest chłodzone przez cyrkulację jej nagrzanego powietrza w wymienniku, w którym nadmiar ciepła jest odbierany przez też w nim krążącą wodę chłodzącą, która odprowadza je następnie na zewnątrz. Wymaga to podłączenia jej źródła oraz zapewnienia jej zamkniętego obiegu. Skuteczność chłodzenia tą metodą zależy od: temperatury wewnątrz szafy sterowniczej, temperatury wody chłodzącej na wlocie i objętościowego przepływu tego czynnika. Wymienniki powietrze–woda wyróżnia kompaktora konstrukcja. Ponadto pozwalają na obniżenie temperatury w szafie poniżej temperatury otoczenia.

W klimatyzatorach natomiast wykorzystywany jest czynnik chłodniczy, który przechodząc przez wymienniki ciepła z otoczeniem i z wnętrzem szafy, sprężając się i rozprężając, czemu towarzyszy zmiana jego stanu z gazowego na płynny, odbiera nadmiar ciepła z obudowy i oddaje go do otoczenia. Klimatyzatory są popularne dzięki elastyczności. Są też w stanie zapewnić dużą różnicę między temperaturą wewnątrz szafy a otoczeniem. Ponadto poza chłodzeniem osuszają powietrze w szafie.

Wybór w zakresie metod chłodzenia obudów i szaf, jak widać, jest spory. Aby jednak zastosowane rozwiązanie było skuteczne, powinno się przestrzegać pewnych zasad, z których najważniejsze wymieniamy w ramce. W kolejnej ramce przedstawiamy też specjalne metody chłodzenia obudów na przykładzie tych stosowanych do zapobiegania przegrzewaniu się silników elektrycznych.