Серверный шкаф с интеллектуальным активным шумоподавлением

Системы управлением микроклиматом в электрошкафах

2020-10-17 Промышленное 4 комментария

Системы управлением микроклиматом в электрошкафах обеспечивают надежную и долговременную работу оборудования, позволяя поддерживать необходимую рабочую температуру и предотвращая образование повышенной влажности.

При этом, еще на этапе проектирования, необходимо учитывать все факторы, которые могут повлиять на нормальную, безотказную работу щитового электрооборудования, такие как тепловыделение самих компонентов системы, температура окружающей среды, климатические условия, в которых будет эксплуатироваться оборудование и т.д.

Отказ от систем климат-контроля или неправильный выбор может привести к перегреву, переохлаждению, образованию конденсата и коррозии. В случае постоянного воздействия этих негативных факторов это неизбежно повлечет за собой сокращение срока эксплуатации оборудования и ухудшения рабочих характеристик, а возможно даже неисправности, учитывая тот факт, что в современных электрощитах зачастую применяется оборудование, содержащее полупроводниковые элементы, для которых перегрев не только нежелателен, но и может повлечь за собой выход из строя. Также как и окисление контактов, в следствии образования конденсата, явно не способствует продолжительной и безаварийной работе.

Особое внимание стоит уделить планированию систем поддержания микроклимата там, где используются устройства с повышенным тепловыделением ( частотные преобразователи, сервоприводы, софтстартеры, тиристорные регуляторы).

Для понимания того, какой вид теплоотвода будет применяться (естественная конвекция, принудительное охлаждение), необходимо правильно рассчитать теплоотдачу — уровень тепла, излучаемого электротехническим шкафом:

Ps = k x A x ΔT

• k — коэффициент теплоотдачи металла, из которого изготовлен корпус шкафа
• A — эффективная площадь поверхности электрошкафа
• ΔT- разность между внутренней и наружной температурами

Коэффициент теплоотдачи, в зависимости от материала шкафа, может быть следующим:

Материал	Коэффициент теплоотдачи
Листовая сталь	5,5 Вт/м2 K
Нержавеющая сталь	5,5 Вт/м2 K
Алюминий	12,0 Вт/м2 K
Пластик	3,5 Вт/м2 K

Эффективную площадь поверхности можно рассчитать по формулам:

Один шкаф, свободно стоящий

Один шкаф, монтируемый на стену

Крайний шкаф свободно стоящего ряда

Крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену

Не крайний шкаф свободно стоящего ряда

Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену

Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену, под козырьком

ΔT= Ti – Ta

• Ti — внутренняя температура шкафа
• Ta — температура окружающей среды

Температуру внутри шкафа определяем по следующей формуле Ti = Qv * k * A + Ta

• Ti — внутренняя температура шкафа
• Qv — тепловыделение оборудования, установленного в шкафу
• k — коэффициент теплоотдачи металла, из которого изготовлен корпус шкафа
• A — эффективная площадь поверхности электрошкафа
• Ta — температура окружающей среды

Тепловыделение оборудования вычисляется как суммарное значение всех электроприборов, установленных в шкафу. Тепловые потери обычно указываются в технических характеристиках электрооборудования, если это не так, то принимаем потери, равными 10% от общей мощности, которая также должна быть указана в паспорте.

В зависимости от расчета внутренней температуры, требуемой средней температуры шкафа и температуры окружающей среды, уровня теплоотдачи, можно уже говорить о том, насколько оптимальна эта температура для установленного в нем электрооборудования, какой тип поддержания микроклимата нам необходим (охлаждение, обогрев), или достаточно естественной конвекции.

Если температура внутри шкафа превышает температуру окружающего воздуха на 25 градусов, то достаточно будет естественной конвекции, в случае, если температура внутри выше наружней на 10 градусов, то потребуется охлаждение вентилятором и соответственно, если внешняя температура превышает температуру внутри шкафа, то необходимо применять обогрев.

Считается, что средняя рабочая температура, дающая оптимальный баланс между сроком службы компонентов и затратами на охлаждение шкафа, составляет около 35 °C.

В принципе этими расчетами не обязательно заниматься вручную, можно воспользоваться специализированным ПО фирм, которые занимаются выпуском климатического оборудования для электротехнических шкафов. В частности Pfannenberg Sizing Software можно скачать с официального сайта компании Pfannenberg, или Therm компании Rittal.

После того, как мы определились с тем, какая система необходима, выбираем необходимое нам решение. В качестве основного оборудования, используемого в электрошкафах для поддержания климат-контроля, чаще всего применяются вентиляционные решетки, вентиляторы, нагреватели, термостаты, гигростаты, фильтры, хотя может возникнуть необходимость в применении теплообменников или кондиционеров воздуха.

Конструкция шкафа

Основа шкафа состоит из сварного каркаса и 19-дюймовой стойки, имеющей между рамами расстояние 745мм. При необходимости рамы можно раздвинуть или сдвинуть с шагом в 25-30мм.

Все внутренние поверхности шкафа покрыты трехслойным шумоизоляционным материалом.

Входная группа также имеет шумоизоляцию. А на воздухозаборнике, который расположен на дне шкафа, установлен фильтр.

Боковые стенки крепятся снаружи, но имеют контровку изнутри, что исключает возможность снятия стенок без открытия дверей.

Передняя и задняя двери имеют 3 петли и 4-точечную систему запирания. Обе двери замыкаются на ключ и имеют возможность смены типа открывания (право-лево).

Так как масса пустого шкафа составляет более 200 кг, он имеет мощные колёса для передвижения и выдвижные резиновые стопоры.

Система электропитания шкафа выполнена с резервированием основных компонентов. Два блока розеток предназначены для подключения к разным ИБП. Блоки питания вентиляторных модулей также продублированы — каждый вентилятор имеет свой БП, и подключены к разным источникам питания.

Шкаф имеет высоту 41U, но 8 из них занимают вентиляторные блоки Silentium ASFT. Блоки идентичны, имеют высоту 4U, но устанавливаются по разному.

— Снижение уровня шума до 30dB(A)
— 2 вентилятора 360CFM каждый (общий расход воздуха на блок составляет 650CFM)
— Активное подавление шума вентиляторов до 20dB, шума установленного оборудования до 30dB
— Виброзащита
— 24V DC, 220W
— Генерируемый шум 47dB(A)

Результаты тестов вентилятора в канале с пассивной шумоизоляцией и активным шумоподавлением:

Источник Silentium

Нижний модуль выдвинут вперёд для нагнетания холодного воздуха в переднюю часть шкафа. Установленное оборудование протягивает воздух через себя к задней части шкафа. Для забора нагретого воздуха верхний вытяжной модуль сдвинут назад — он выводит воздух наружу через выходное отверстие в крышке шкафа.
Эти модули и представляют особый интерес, так как снабжены системой активного шумоподавления.

Сняв крышку вентиляторного модуля, мы увидим два короба и контроллер управления.

Каждый короб шумоизолирован изнутри. На входе оснащён высокоскоростным вентилятором Delta FFB1424UHE (367CFM, 5500RPM, 3.35A, 80.4W)

На выходе короба установлен акустический блок с мощным динамиком.

Источник Silentium

Интеллектуальная система оценивает характеристики шума вентиляторов через встроенный микрофон, а динамик воспроизводит противофазный сигнал, который гасит шум оборудования.

Контроль температуры и влажности с помощью термостатов и гигростатов FLZ

В дополнение с нагревателями в качестве элементов управления необходимо устанавливать термостаты и гигростаты серии FLZ. Гигростаты Pfannenberg предназначено для контроля относительной влажности воздуха с диапазоном установки от 40% до 90%. При превышении установленного значения гигростат запускает вентилятор с фильтром или нагреватель. А для поддержания постоянной температуры внутри шкафа применяются термостаты.

Зачастую за выполнение данных функций отвечают комбинированные устройства гигростат/термостат. Например, приборы FLZ 610, установка которых позволяет существенно сэкономить место в шкафу.

Комбинированное устройство гигростат/термостат FLZ 610

Что такое охлаждение корпуса?

Охлаждение корпуса — это процесс поддержания нормальной рабочей температуры внутри электрического шкафа.

Оно направлено на защиту корпуса и электрических компонентов от высоких внутренних тепловых нагрузок, которые могут вызвать поломку / отказ компонентов, перегрев или пожар.

Существует множество механизмов охлаждения корпуса, таких как охлаждение с обратной связью, охлаждение с естественной конвекцией и охлаждение с принудительной конвекцией.

8 STM IP5

STM IP5 располагается на восьмой позиции рейтинга. Он выпускается в двух вариантах расцветки. Корпус одной модели выполнен в черном цвете, у другой – верхняя сетчатая конструкция имеет яркий синий цвет. Вес подставки составляет всего 380 г. Благодаря откидным ножкам можно задать угол наклона для ноутбука. Если же их сложить, то устройство становится плоским, благодаря чему его легко хранить и переносить в сумке.

Подставка оптимальна для ноутбуков диагональю до 15,6 дюймов. Ее длина составляет 34 см, ширина равна 25 см. Под прочной стальной сеткой прячется один кулер, скорость вращения которого варьируется от 800 до 1000 оборотов в минуту. Вентилятор работает почти незаметно, уровень шума достигает всего 10 дБ.

Корпус оборудован специальной кнопкой включения и имеет 2 USB-разъема. Модель подключается к ноутбуку с помощью USB-кабеля, который идет в комплекте. Его можно размещать на дне корпуса в специальном отсеке. Кабель также оснащен USB-потом, таким образом с подключением подставки этот же USB-разъем на ноутбуке можно будет продолжать использовать для подключения других устройств.

• Разные расцветки.
• Работает очень тихо.
• Есть место для хранения кабеля.
• Имеет откидные ножки.
• USB-кабель с USB-портом.
• Наличие подсветки.

• Слабый оборот вентиляторов.

Функции автоматического шкафа вентиляции

Благодаря усовершенствованию оборудования в области вентиляционной автоматизации, стало возможным исключение человеческого фактора из работы шкафа управления вентиляцией. Автоматика гарантирует высокий уровень безопасности огромного функционала, которым обладает вентиляция, управляемая исполнительными устройствами шкафа.

Широкие возможности шкафов управления вентиляцией включают в себя:

• Подключение любых элементов вентиляции с разными физическими характеристиками и различными портами для установки системы.
• Способность контроля напряжения сети.
• Управление специальными электрическими клапанами для обеспечения беспрерывной мощности в электросети. Увеличивает эксплуатацию приборов, исключая их перегрев, замыкание, перегрузки.
• Контроль заданных параметров для помещения и скорости вращения вентиляторов.

Стандартные функции

Обычный шкаф автоматики вентиляции обладает следующими функциями:

• Контроль температуры нагрева отдельно взятого элемента системы вентиляции.
• Контроль над параметрами работы привода воздушного клапана.
• Контроль за чистотой воздушных фильтров. При загрязнении подается звуковой сигнал на узел управления вентиляционным оборудованием.
• Управление клапаном для перемещения потоков воздушных масс для поддержания заданной температуры воздуха в помещении.
• Управление узлом вентиляционного оборудования осуществляется в ручном режиме, включение и выключение.
• Исключение перегрева и короткого замыкания насосного мотора.
• С помощью световых индикаторов можно получить информацию о работе системы в целом.
• Возможность продления времени остановки перемещения: и приточного, и вытяжного воздуха, вентиляторами ШУВ (шкаф управления вентиляцией).
• Ведение журнала сбоев в работе системы принудительной вентиляции.
• Контроль за обледенением деталей фреоновых охладителей.

Расширенные функции

Набор расширенных функций зависит от конкретной модели прибора ШУВ. Часто используют такие функции как:

• Управление специальными клапанами для регулировки давления при обрыве ремня вентилятора.
• Осуществление контроля в автоматическом режиме за количеством углекислого газа.
• Сохранения всех данных о работе в журналах после отключения электроэнергии.
• Контроль над специальной камерой смешения потоков воздуха.
• Программирование на неделю вперед всего рабочего процесса.
• Контроль за параметрами охлаждающего клапана.
• Контроль с помощью электрообогревателя.
• Использование пульта дистанционного управления.
• Осуществление эффективной работы с датчиками, предназначенными для контроля разных параметров помещения, используя каскадный способ.

ТОП бюджетных моделей

Thermaltake Versa H18 — Лучший корпус цена/качество

• Mini-Tower, без блока питания
• форм-фактор: mATX, Mini-ITX
• окно на боковой стенке
• число внутренних отсеков 3,5: 2
• число внутренних отсеков 2,5: 2

Средняя цена: 2 920 руб.

Одним из лучших бюджетных корпусов можно назвать Thermaltake Versa H18 CA-1J4-00S1WN-00. Он имеет форм-фактор Micro-Tower и предназначен для высокопроизводительных игровых сборок в компактном корпусе. Установлено боковое акриловое стекло для создания стильной сборки. Нижнее расположение блока питания позволяет улучшить циркуляцию воздуха внутри, а наличие пространства с удобными выходами позади материнской платы обеспечивает простой и удобный Cable Management. В комплекте с корпусом уже установлен один фирменный 120-мм вентилятор Thermaltake. На переднюю панель выведены два USB 2.0 порта и один USB 3.0, а также два 3,5-мм порта Mini-Jack для подключения аудиоустройств.

• боковая крышка из оргстекла;
• встроенный 120-мм вентилятор;
• компактный размер;
• легкий Cable Management.

• яркий и стильный внешний вид;
• простота сборки;
• наличие пылевых фильтров;
• простой Cable Management;
• маркая стеклянная крышка;
• мало портов на передней панели.

AeroCool Aero-500 Black Edition

• Midi-Tower, без блока питания
• форм-фактор: ATX, mATX, Mini-ITX
• число внутренних отсеков 3,5: 4
• число внутренних отсеков 2,5: 2
• макс. высота процессорного кулера 155 мм

Средняя цена: 3 100 руб.

Следующий достойный представитель бюджетного сегмента AeroCool Aero-500 Black Edition. Несмотря на свой достаточно консервативный внешний вид представляет собой современный корпус для бюджетных игровых сборок. Форм-фактор Midi-Tower, что позволяет установить большую часть современных материнских плат. Присутствует реобас для регулировки скорости вращения корпусных вентиляторов. Установлено боковое окно, выполненное из акрила. Блок питания устанавливается снизу.

• встроенный реобас для регулирования скорость корпусных вентиляторов;
• наличие магнитных пылевых фильтров;
• 5 слотов для установки корпусных вентиляторов;
• салазки для установки накопителей с предусмотренными вибропрокладками.

• строгий внешний вид;
• наличие бокового окна;
• возможность изменения скорости вентиляторов;
• много места для комплектующих;
• салазки для накопителей;
• качество глянцевого покрытия;
• акриловое окно, а не оргстекло;
• мало портов на передней панели.

Zalman ZM-T4

• Mini-Tower, без блока питания
• форм-фактор: mATX, Mini-ITX
• число внутренних отсеков 3,5: 2
• число внутренних отсеков 2,5: 3
• макс. длина видеокарты 300 мм

Средняя цена: 2 350 руб.

Zalman ZM-T4 один из самых популярных бюджетных игровых корпусов. Вмещает в себя небольшие mATX системы. Присутствует возможность установки достаточно объемных систем воздушного охлаждения. За счет легкого открывания боковых стенок легко можно произвести апгрейд или обслуживание комплектующих. Присутствует достаточно количества места для Cable Management. Изначально установлен один 120-мм корпусный вентилятор с возможностью расширения до 3.

• компактный форм-фактор;
• прочный металл;
• наличие пылевых фильтров.

• нижнее расположение блока питания;
• возможность установки вплоть до 5 накопителей;
• ограниченное пространство при сборке;
• невозможность установки HDD без снятия передней панели;
• низкие ножки.

AeroCool Rift Black

• Midi-Tower, без блока питания
• форм-фактор: ATX, mATX, Mini-ITX
• окно на боковой стенке
• число внутренних отсеков 3,5: 2
• число внутренних отсеков 2,5: 3

Средняя цена: 2 860 руб.

Один из самых стильных среди бюджетных корпусов AeroCool Rift Black может похвастаться не только необычным дизайном. Имея форм-фактор Midi-Tower, позволяет легко собрать систему практически любого размера. Присутствует возможность установки вплоть до 6 корпусных вентиляторов для хорошего обдува. Корпус выполнен из качественного прочного металла. Боковое окно из акрила.

• яркий дизайн;
• наличие LED-подсветки;
• Картридер на передней панели.

• простота сборки системы;
• легкое скрытие проводов;
• USB 3.0 на передней панели;
• наличие RGB-подсветки с возможностью отключения;
• циркуляция воздуха внутри;
• небольшое пространство для блока питания;
• пачкается и царапается акриловое окно.