Кабы не было зимы… Или как не замерзнуть в термошкафу

03 Февраль 2017

Годгильдиев Александр Михайлович

исполнительный директор «К-Инженеринг»,

Удалов Евгений Сергеевич

инженер-разработчик «К-Инженеринг»

В установке на улице сегодня нуждается оборудование самого разного класса и назначения. Основной функцией шкафов, в которых смонтировано это оборудование, является обеспечение условий для его корректной работы и полной сохранности. Предназначение шкафов -защищать от любых воздействий окружающей среды: осадков, солнечных лучей, повышенной запыленности, внешнего электромагнитного излучения, а также оберегать от несанкционированного проникновения.

Особенно важным для безотказной работы оборудования в зимнее время года является создание необходимой температуры. В данной статье мы рассмотрим способы регулирования и поддержания необходимой температуры внутри утепленного шкафа уличного исполнения с обогревом (термошкафа, термобокса).

Прежде всего, необходимо рассчитать мощность нагревателя для обогрева нужного объема шкафа. Способы известны и описаны в Интернете, включая он-лайн-калькулятор. Далее необходимо выяснить, при каких условиях нагреватель начнет свою работу - это задача термостата. Но при пропадании питания сети возникают определенные сложности.

Конечно, ваше оборудование может иметь резервное питание и продолжит работу. Но маловероятно, что собственных тепловыделений различных устройств хватит, чтобы поддерживать необходимую для сохранения работоспособности температуру внутри шкафа, не говоря уже об установленной.

При отсутствии питания сети велика вероятность замерзания оборудования внутри шкафа. Из такой ситуации есть несколько выходов. Первый - это не предпринимать ничего и надеяться, что скоро появится питание в сети, и все заработает. Второй - установить термостат с расширенными функциями, что рекомендуют делать некоторые производители. Это простое и довольно бюджетное решение вопроса. Такой термостат будет не только подавать питание на нагреватель, но и на все оборудование в шкафу. При снижении температуры ниже значения уставки, питание на все устройства подаваться перестанет. Это верно и в обратном направлении: пока температура не повысится выше заданного значения,питание на оборудование не подастся. Термостат с таким принципом работы иногда называют устройством холодного пуска (УХП).

Теперь рассмотрим ситуацию с УХП, когда шкаф с оборудованием установлен на улице. Отключается питание сети, а вместе с ним и не имеющее резервного питания оборудование. Через какое-то время сеть восстановится, но замерзшие устройства не сразу включаются в работу. Сначала подается питание на нагреватель, который поднимает температуру до той, при которой эти устройства могут работать. Данный способ неплохой, но имеет два недостатка, которые при определенном раскладе могут оказаться весьма значимыми:

1. При появлении питания сети проходит какое-то время, прежде чем повысится температура внутри шкафа и включится оборудование. Таким образом питание есть, но оборудование не работает.

2. Чтобы включилось оборудование, нагреватель доводит температуру внутри шкафа до значения уставки. Но в данном случае он нагревает воздух, и на самих устройствах может скапливаться конденсат или начавшая таять изморозь.

Резервирование питания нагревателя внутри термошкафа - еще один способ борьбы с замерзанием оборудования при отключении питания сети. Так, при отключении питания сети, обогрев не отключается, а продолжает нагревать внутренний объем шкафа. Устройства сразу могут начать работать при появлении сети, так как микроклимат в шкафу не изменился.

Это наглядно продемонстрировано на графике.

КОММЕНТАРИИ К ГРАФИКУ

Представим, что на улице -20° С. Установлены два шкафа. Оба шкафа оснащены одинаковым слоем теплоизоляции (порядка 10 мм), и оборудование не имеет резерва по питанию. Один шкаф оборудован устройством холодного пуска, а другой -резервом питания нагревателя. Посмотрим, что происходит:

1) 0 < t < t1 (где t - время). Присутствует питание сети. Работают нагреватели в обоих шкафах. Работает оборудование в обоих шкафах.

Т — -20° С Т — +5° С Т — +5° С нар 20 С ухп +5 С рез +5 С.

2) t — t1. Пропадает питание сети.

3) t1 < t < t2. Питание сети отсутствует. Нагреватель в шкафу с УХП не работает ввиду отсутствия питания сети. Нагреватель в шкафу с резервом обогрева работает из-за наличия резерва обогрева. Не работает оборудование в обоих шкафах ввиду отсутствия питания сети.

Тнар — -20° С, - 5° С < Тухп< +5° С (снижается из-за отсутствия обогрева),

Трез — +5° С.

4) t — t2. Температура в шкафу с УХП достигает уставки Т — -5° С сверху, при которой размыкается цепь подачи питания на оборудование.

5) t2 < t < t3. Питание сети отсутствует. Нагреватель в шкафу с УХП не работает ввиду отсутствия питания сети. Нагреватель в шкафу с резервом обогрева работает из-за наличия резерва обогрева. Не работает оборудование в обоих шкафах ввиду отсутствия питания сети. Тнар — -20° С, - 17,5° C < Тухп < -5° C (продолжает снижаться из-за отсутствия обогрева), Трез — +5° С.

6) t — t3. Восстановлено питание сети.

7) t3 < t < t4. Присутствует питание сети. Работают нагреватели в обоих шкафах. Оборудование в шкафу с УХП не работает ввиду того, что температура в шкафу не достигла уставки Т — -5° С, при которой замкнется цепь подачи питания на оборудование. Работает оборудование в шкафу с резервом обогрева.

Тнар — -20° С, - 17,5°C < Тухп < -5° C (растет, работает нагреватель),

Трез — +5° С.

8) t — t4. Температура в шкафу с УХП достигает уставки Т — -5° С снизу, при которой замыкается цепь подачи питания на оборудование.

9) t4 < t < t5. Присутствует питание сети. Работают нагреватели в обоих шкафах. Работает оборудование в обоих шкафах. Тнар — -20° С, - 5° С < Тухп < +5° С (растет, работает нагреватель),

Трез — +5° С.

10) t > t5. Присутствует питание сети. Работают нагреватели в обоих шкафах. Работает оборудование в обоих шкафах.

Т — -20° С, Т — +5° С, Т — +5° С. Тнар — -20° С, Тухп — +5° С, Трез — +5° С.

В случае шкафа с УХП оборудование не будет работать с t1 по t4. А в шкафу

с резервом - только с t1 по t3, т. е. ровно до восстановления питания сети.

Экономию электроэнергии при нагревании может дать теплоизоляционный материал. Он будет способствовать более медленному охлаждению термошкафа, а для поддержания установленной температуры внутри шкафа потребуется нагреватель меньшей мощностью, чем без утепления.

Недостатком же резервирования питания нагревателя можно считать лишь необходимость установки аккумуляторных батарей. Зато есть выбор времени резерва, оно зависит от суммарной емкости АКБ. Таким образом, система обогрева термошкафа с помощью резервирования питания нагревателя позволяет оборудованию сразу включаться в работу после появления питания сети, а также препятствует появлению конденсата и изморози во время ее отсутствия.

Нет резервного питания оборудования	t5 < t < t2 (питания сети нет)	t2 < t < ts (питания сети нет)	ts < t < t4 (питание сети есть)	t4 < t < t5 (питание сети есть)
Нагреватель	Не работает	Не работает	Работает	Работает
УХП Оборудование	Не работает	Не работает	Не работает	Работает
Температура	Понижается	Понижается	Растет	Растет
Резерв Нагреватель	Работает	Работает	Работает	Работает
Оборудование	Не работает	Не работает	Работает	Работает
Температура	Постоянна	Постоянна	Постоянна	Постоянна

Есть резервное питание оборудования	t5 < t < t2 (питания сети нет)	t2 < t < ts (питания сети нет)	ts < t < t4 (питание сети есть)	t4 < t < t5 (питание сети есть)
Нагреватель	Не работает	Не работает	Работает	Работает
УХП Оборудование	Работает	Не работает	Не работает	Работает
Температура	Понижается	Понижается	Растет	Растет
Резерв Нагреватель	Работает	Работает	Работает	Работает
Оборудование	Работает	Работает	Работает	Работает
Температура	Постоянна	Постоянна	Постоянна	Постоянна

Нижняя таблица показывает, что при отключении питания сети УХП может отключить оборудование в шкафу при наличии резервного питания оборудования и сильных морозах. Это происходит за счет того, что сеть отсутствует, нагреватель не работает и шкаф постепенно остывает. Резервированное же питание нагревателя гарантирует заданную температуру внутри термошкафа даже при отключении питания сети. Основным преимуществом такого способа является неизменность микроклимата внутри шкафа при пропадании сети и, как результат, постоянная работа всех устройств, имеющих собственный резерв питания.

Таким образом, резервированный обогрев нагревателя - качественный, надежный, безопасный и экономичный способ защиты оборудования от отрицательных температур.

Источник: "Алгоритм Безопасности" № 2, 2016 год.