ЦМО! Испытания всепогодных шкафов ШТВ в собственной лаборатории.

Всепогодные укомплектованные шкафы – это изделия с повышенными требованиями к оболочке и предустановленному внутри оборудованию. Оболочка должна быть надёжной и не подвергаться коррозии долгие годы. Для установленного оборудования необходимо поддержание нужных температуры и влажности в шкафу при любых погодных условиях. При разработке таких шкафов до выхода на рынок компания ЦМО проводит тщательные испытания и готова поделиться их результатами.

При испытаниях в собственной лаборатории проверяется работоспособность всепогодного шкафа при заявленных условиях окружающей среды (температура, влажность). Испытания проводятся в собственной термокамере.

Во время испытаний проверяют основные параметры и характеристики по поддержанию заявленного диапазона температур в шкафу в режимах: вентиляция, нагрев, нагрев при минусовых температурах (работа климат-системы), охлаждение при повышенных температурах (работа климат-системы).

Вентиляция

В процессе испытаний на перегрев при температуре 30, 40 и 50 °С шкафы подвергаются испытаниям без дополнительной тепловой нагрузки, а также с установленными нагревателями различной мощности.

С учётом того, что практически вся потребляемая оборудованием мощность переходит в тепло (за исключением батарей и аналогичных устройств), можно считать такую тепловую нагрузку полноценной имитацией аналогичного по мощности оборудования потребителя.

Для каждой из моделей шкафов с вентилятором в испытаниях определяем:

• максимальную мощность установленного оборудования, которая позволит обеспечить повышение температуры воздуха внутри шкафа не более чем на 5 °С по сравнению с температурой окружающей среды (Токр). Кроме того, такие испытания позволяют определить оптимальный размер вентилятора;

• максимальную мощность установленного оборудования, которая позволит обеспечить повышение температуры воздуха внутри шкафа не более чем на 5 °С по сравнению с Токр, но с дополнительно установленным на выдув вентилятором. По результатам таких испытаний в паспорте указывается мощность установленного оборудования, при превышении которой требуется установка дополнительного вентилятора.
  

Нагрев

При испытаниях в условиях пониженных температур имитируются условия без дополнительной тепловой нагрузки, т. е. наихудшие для холодного времени года, когда установленное оборудование не выделяет тепла либо греется незначительно. В шкафу включается только штатный нагреватель, управляемый установленным терморегулятором.

Для каждой модели с нагревателем (в том числе для шкафов с климат-системой) определяем:

- необходимую мощность нагревателя, обеспечивающую повышение температуры внутри шкафа не менее чем на 5 °С при Токр = –30 °С. Полученные данные позволят определить, сколько и каких нагревателей потребуется установить штатно. Температура минус 30 °С выбрана исходя из того, что оборудование потребителя, как правило, также выделяет тепло и в большинстве случаев устанавливать дополнительные нагреватели нецелесообразно;

- необходимую мощность дополнительного нагревателя, который требуется установить, чтобы компенсировать падение температуры на 10 °С при Токр = –40 °С. Эти данные будут указаны в паспорте для принятия потребителем решения о необходимости дополнительного нагревателя исходя из мощности установленного оборудования. 

Нагрев при минусовых температурах (работа климат-системы)

Все шкафы с установленной климат-системой проверяются при максимально возможных отрицательных температурах. Шкафы с климат-системой должны обеспечивать повышение температуры внутри шкафа не менее чем на 5 °С при Токр = –40 °С. Это подтверждается испытаниями.

Охлаждение при плюсовых температурах (работа климат-системы)

Самые продолжительные испытания шкафов – это проверка климат-системы при 30, 40 и 50 °С. При каждой из этих температур производятся испытания с дополнительной тепловой нагрузкой:

– для климат-систем мощностью 1000 Вт: + 400 Вт, + 500 Вт, + 600 Вт, + 800 Вт, + 1000 Вт;

– для климат-систем мощностью 1500 Вт: + 800 Вт, + 1000 Вт, + 1200 Вт, + 1400 Вт, + 1500 Вт;

– для климат-систем 2000 Вт: + 1000 Вт, + 1400 Вт, + 1600 Вт, + 1800 Вт, + 2000 Вт.

Температура на кондиционере выставляется 25 °С.

В результате получаем графики зависимости температуры внутри шкафа от мощности нагрева. В частности, важно определить точку, после которой кондиционер уже не сможет обеспечивать внутри шкафа заданную температуру, и она поднимется выше 25 °С.

Температурные графики по результатам испытаний шкафа:  

 а – при внешней температуре 25 °C;  

 б – при внешней температуре 50 °C;  

 в – при внешней температуре –40 °C.

Например, климат-система может отвести 1000 Вт тепла. При наружной температуре 50 °С и выделяемой установленным оборудованием теплоте 1000 Вт данный кондиционер обеспечит внутри шкафа температуру 50 °С (с отклонением в два-три градуса). То есть он забирает всё выделяемое оборудованием тепло, но на отвод тепловой нагрузки от окружающей среды мощности уже не остаётся.

При тепловой нагрузке внутри шкафа 400 Вт и Tокр = 50 °С этот же кондиционер забирает всё тепло от нагрузки (400 Вт), и его остаточной мощности хватает на то, чтобы понизить часть внешней тепловой нагрузки до требуемых 25 °С.

При этом необходимо учитывать, что 50 °С – это крайние условия эксплуатации шкафа. Для эксплуатации шкафов на широтах РБ или европейской части РФ температура не поднимается (пока) выше 39 °С. Если же условия эксплуатации шкафа жёстче указанных, необходимо иметь запас для компенсации перегрева от внешней среды.

Таким образом, по итогам испытаний нужно определить, какой запас по мощности охлаждения требуется для компенсации нагрева от температуры окружающей среды 50 °С до рабочей температуры 25 °С внутри шкафа.

В результате испытаний получаются очень информативные графики.

Коэффициент теплопередачи для шкафов моделей ШТВ-1/-2 (Qшкафа):

Q = 1 / R,

где R – теплосопротивление (м2·К/Вт), R = d / λ; d – толщина материала (м); λ – теплопроводность (Вт/м·К).

Стенки шкафа изготовлены из стального листа толщиной 2 мм, покрытого слоем пенофола толщиной 1 см.

λстали = 58 Вт/м·К, λпенофола = 0,039 Вт/м·К.

Rстали = 0,002 / 58 = 0,000035 м2·К/Вт; Rпенофола = 0,01 / 0,039 = 0,256 м2·К/Вт.

Rшкафа = Rпенофола + Rстали = 0,256 + 0,000035 ~ 0,256 м2·К/Вт.

Qшкафа = 1 / 0,256 ~ 3,9 Вт/м2·К.

Также в термокамере проверяется работоспособность оборудования на «холодный пуск»: шкаф помещается в камеру с отрицательной температурой, производится выдержка оборудования для доведения его до температуры, установленной в камере, после чего подаётся напряжение на оборудование и проверяется его правильная работа. По результатам испытаний холодный пуск осуществляется в штатном режиме при температуре до минус 35 °С в шкафах как с цифровым термостатом (шкафы в комплектации с контроллером), так и с климат-системой (шкафы с кондиционером). Первоначально происходит включение нагревателя, и только после достижения установленной температуры (например, минус 5 °С) подаётся напряжение на всё оставшееся оборудование. Если потребителю необходимо запускать шкаф в условиях окружающей среды ниже минус 35 °С, рекомендуется установить дополнительный нагреватель с термореле на минус 20 °С, что обеспечит первоначальный прогрев шкафа и оборудования до штатного срабатывания цифрового термостата.