Климат любого региона имеет свойство резко меняться независимо от сезона. Резкие перепады температуры, излишняя влага и жаркая погода — все эти факторы, а также множество других однозначно негативно сказываются на работе электронного и электрического оснащения. При использовании шкафов автоматики и других аналогичных установок, направленных на контроль разнотипных задач всегда остро становился вопрос о защите от внешних факторов влияния, которые способны нанести большой урон. При этом контроль и поддержка определенного микроклимата в оборудовании автоматики необходима во всех случаях и не зависит от места расположения установки, будь то открытая площадка, цех или другие помещения.
Нынешний уровень автоматизации процессов технологического характера предполагает необходимость интеграции климатического оснащения в единую систему управления для удаленного контроля и управления климатическими факторами. В соответствии с нынешним уровнем технического и научного развития мы рекомендуем рассмотреть специально разработанные устройства, способные на высококачественном уровне справится с задачей контроля микроклимата в шкафах автоматики и другом типовом оборудовании.
Важно учитывать не только температурные условия, но и предотвращение конденсации, и выпадение инея.
Защита от выпадения конденсата и инея
Отсутствие конденсата является необходимым требованием условий эксплуатации многих измерительных приборов. При решении задач нагрева необходимо учитывать условия возникновения конденсата и обмерзания. Чтобы понять эту проблему, важно знать информацию о точке росы (замерзание), определяемую как температуру, при которой парциальное давление насыщенного пара относительно воды (льда) равно парциальному давлению водяного пара в определенном виде газа. При температурах окружающей среды ниже нуля возникает проблема определения давления насыщенных паров. Насыщенность пара может измеряться относительно «плоской поверхности льда» и относительно «плоской поверхности воды». Под вторым понятием подразумевается способность воды пребывать в жидком состоянии без наличия кристаллизационных центров в свободной атмосфере, в состоянии переохлаждения при термических значениях не ниже -50 °С. К измерению относительной влажности воздуха по воде в условиях отрицательной температуры прибегают метеорологи. Избыточная влага в виде пара в условиях замкнутого объема конденсирует свободно, поэтому перенасыщения не происходит. Исходя из этого, для замкнутых объемов при отрицательной температуре корректнее применять понятие «давления насыщенного пара относительно плоской поверхности льда».
Простому обывателю сложно определить точное значение точки росы, да и у профессионалов это занимает уйму времени. Для таких расчетов важно брать во внимание возможность перепадов давления в замкнутом объеме. В общих чертах точку росы можно высчитать, прибегнув к готовым таблицам давления насыщенного пара для определенных температурных значений.
Воспользовавшись табличными данными, приведем пример расчёта точки росы. Представим, что шкаф автоматики должен располагаться в специальном боксе, где температура не будет составлять ниже 0°С и выпадение конденсата исключено. В шкаф установлен обогреватель в оснастку которого входит высокоточный термостат на 15°С и гистерезис 11 °С. При 15 °С температуры внутри бокса относительная влажность равняется 85%. Точку росы определяет по формуле:
Определим точку росы:
где р – парциальное давление водяного пара, рs – давление насыщенного водяного пара, ψ – относительная влажность.
Исходя из данных таблицы № 2 определяем, что в условиях температурной среды 15°С давление насыщенного пара будет равняться 1706,4 Па. Пользуясь имеющейся формулой, вычисляем парциальное давление пара:
р = 1706,4 • (85 : 100) Па = 1450,44 Па
Затем в таблице №2 смотрим, каким температурным значениям соответствует давление 1450,44 Па. Выведенные данные условно должны располагаться между 12°С и 13 °С. Исходя из того, что в нашем примере нижние значения температуры включения термостата равны 9,5 °С, делаем вывод, что в начальном моменте при характерных условиях может образовываться конденсат.
Таблица №1: Значения давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды (psw) и льда (psi)
| Т,°C | psw, Па | psi, Па |
|---|---|---|
| -50 | 6,453 | 3,924 |
| -49 | 7,225 | 4,438 |
| -48 | 8,082 | 5,013 |
| -47 | 9,03 | 5,657 |
| -46 | 10,08 | 6,38 |
| -45 | 11,24 | 7,18 |
| -44 | 12,52 | 8,08 |
| -43 | 13,93 | 9,08 |
| -42 | 15,48 | 10,19 |
| -41 | 17,19 | 11,43 |
| -40 | 19,07 | 12,81 |
| -39 | 21,13 | 14,34 |
| -38 | 23,4 | 16,03 |
| -37 | 25,88 | 17,91 |
| -36 | 28,6 | 19,99 |
| -35 | 31,57 | 22,3 |
| -34 | 34,83 | 24,84 |
| -33 | 38,38 | 27,65 |
| -32 | 42,26 | 30,76 |
| -31 | 46,5 | 34,18 |
| -30 | 51,11 | 37,94 |
| -29 | 56,13 | 42,09 |
| -28 | 61,59 | 46,65 |
| -27 | 67,53 | 51,66 |
| -26 | 73,97 | 57,16 |
| -25 | 80,97 | 63,2 |
| -24 | 88,56 | 69,81 |
| -23 | 96,78 | 77,06 |
| -22 | 105,69 | 85 |
| -21 | 115,32 | 93,67 |
| -20 | 125,74 | 103,16 |
| -19 | 136,99 | 113,52 |
| -18 | 149,14 | 124,82 |
| -17 | 162,24 | 137,15 |
| -16 | 176,37 | 150,58 |
| -15 | 191,59 | 165,22 |
| -14 | 207,98 | 181,14 |
| -13 | 225,61 | 198,45 |
| -12 | 244,56 | 217,27 |
| -11 | 264,93 | 237,71 |
| -10 | 286,79 | 259,89 |
| -9 | 310,25 | 283,94 |
| -8 | 335,41 | 310,02 |
| -7 | 362,37 | 338,26 |
| -6 | 391,25 | 368,84 |
| -5 | 422,15 | 401,92 |
| -4 | 455,21 | 437,68 |
| -3 | 490,55 | 476,32 |
| -2 | 528,31 | 518,05 |
| -1 | 568,62 | 563,09 |
| 0 | 611,65 | 611,66 |
Точно таким же способом можно определить и климатические условия, при которых образуется иней, прибегнув к данным таблицы №1. Но, здесь нужно иметь точные значения относительной влажности воздуха — воздуха насыщенного относительно воды или льда.
Таблица №2: Значения давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды (psw)
| Т, °C | psw, Па | Т, °C | psw, Па |
|---|---|---|---|
| 0 | 611,65 | 52 | 13629,5 |
| 1 | 657,5 | 53 | 14310,3 |
| 2 | 706,4 | 54 | 15020 |
| 3 | 758,5 | 55 | 15759,6 |
| 4 | 814 | 56 | 16530 |
| 5 | 873,1 | 57 | 17332,4 |
| 6 | 935,9 | 58 | 18167,8 |
| 7 | 1002,6 | 59 | 19037,3 |
| 8 | 1073,5 | 60 | 19942 |
| 9 | 1148,8 | 61 | 20883,1 |
| 10 | 1228,7 | 62 | 21861,6 |
| 11 | 1313,5 | 63 | 22878,9 |
| 12 | 1403,4 | 64 | 23936,1 |
| 13 | 1498,7 | 65 | 25034,6 |
| 14 | 1599,6 | 66 | 26175,4 |
| 15 | 1706,4 | 67 | 27360,1 |
| 16 | 1819,4 | 68 | 28589,9 |
| 17 | 1939 | 69 | 29866,2 |
| 18 | 2065,4 | 70 | 31190,3 |
| 19 | 2198,9 | 71 | 32563,8 |
| 20 | 2340 | 72 | 33988 |
| 21 | 2488,9 | 73 | 35464,5 |
| 22 | 2646 | 74 | 36994,7 |
| 23 | 2811,7 | 75 | 38580,2 |
| 24 | 2986,4 | 76 | 40222,5 |
| 25 | 3170,6 | 77 | 41923,4 |
| 26 | 3364,5 | 78 | 43684,4 |
| 27 | 3568,7 | 79 | 45507,1 |
| 28 | 3783,7 | 80 | 47393,4 |
| 29 | 4009,8 | 81 | 49344,8 |
| 30 | 4247,6 | 82 | 51363,3 |
| 31 | 4497,5 | 83 | 53450,5 |
| 32 | 4760,1 | 84 | 55608,3 |
| 33 | 5036 | 85 | 57838,6 |
| 34 | 5325,6 | 86 | 60143,3 |
| 35 | 5629,5 | 87 | 62524,2 |
| 36 | 5948,3 | 88 | 64983,4 |
| 37 | 6282,6 | 89 | 67522,9 |
| 38 | 6633,1 | 90 | 70144,7 |
| 39 | 7000,4 | 91 | 72850,8 |
| 40 | 7385,1 | 92 | 75643,4 |
| 41 | 7787,9 | 93 | 78524,6 |
| 42 | 8209,5 | 94 | 81496,5 |
| 43 | 8650,7 | 95 | 84561,4 |
| 44 | 9112,1 | 96 | 87721,5 |
| 45 | 9594,6 | 97 | 90979 |
| 46 | 10098,9 | 98 | 94336,4 |
| 47 | 10625,8 | 99 | 97795,8 |
| 48 | 11176,2 | 100 | 101360 |
| 49 | 11750,9 | ||
| 50 | 12350,7 | ||
| 51 | 12976,6 |
Как обеспечить энергоэффективность?
Для максимально энергетически эффективного нагрева, следует точно сформулировать задачу. К примеру, в оснастке шкафа автоматики размещены приборы рабочий диапазон температур, которых составляет от –20 до +45 °С. Прямая задача обогревателя шкафа автоматики (ОША) — поддержка температуры на уровне указанного диапазона. С целью компенсации возможной температурной неравномерность внутри оборудования ОША может настраиваться с защитным интервалом в 5 °С. Такой подход к подставке и задаче нагрева обеспечит минимизированные траты на энергетический ресурс.
Приведенные выше примеры мощности ОША дают понять, что необходимая мощность имеет прямую зависимость от толщины слоя и рабочих характеристик термоизоляции. Чем лучшими свойствами обладает материал изоляции и чем толще ее слой, тем меньше нужно мощности для поддержки определенного температурного режима. Для термоизоляционных материалов с пористой структурой и возможным проницанием влаги важно прибегнуть к применению пароизоляции. Если указанные условия не соблюдены, постепенно при низких температурах будет наблюдаться промерзание — влага с нагретой стороны дойдет в материале до точки замерзания и постепенно сместится в нагретую сторону в итоге чего, рабочая толщина материала уменьшится.
Вывод
Принимая решения об использовании приборов поддержания микроклимата важно сразу учесть все моменты, которые смогут в дальнейшем повлиять на конечный результат. К таким факторам относят:
-
Необходимую мощность ОША;
-
Коэффициент запаса мощности;
-
Точную остановку и поддержку температуры внутри шкафа;
-
Алгоритмы достижения задаваемых значений температуры и ее поддержку;
-
Установку гистерезиса и термической составляющей;
-
Препятствующие условия образования инея и конденсации;
-
Высокую надежность обогревателя;
-
Диапазон задаваемых температур.
Все эти и другие параметры ОША при заказе помогут просчитать наши специалисты. Перед изготовлением обогревателя мы предоставляем чертеж будущего изделия с его точными параметрами заказчику, и только после утверждения приступаем к его производству.
