Scelta del sistema di climatizzazione

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Condizionamento

Condizionamento

SCELTA DEL SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO

Per individuare il sistema di raffreddamento più idoneo è necessario innanzitutto procedere con il calcolo dello scambio termico dell’armadio.

Calcolo dello scambio termico

Il calcolo del carico termico da smaltire è la fase fondamentale per una corretta scelta del sistema di raffreddamento e deve tenere conto di 4 componenti: il calore dissipato dalle apparecchiature all’interno del quadro, la temperatura dell’ambiente in cui il quadro è collocato, la temperatura che si desidera mantenere all’interno e le dimensioni e condizioni di installazione del quadro stesso.

Per quanto riguarda la quantità di calore prodotto dai componenti interni, occorre verificare e valutare i dati indicati sulle schede tecniche dei componenti stessi. Naturalmente, nell’effettuare questo calcolo è importante tenere presente in quale contemporaneità lavorano i vari apparecchi.

Inoltre, come già accennato, anche la temperatura dell’ambiente in cui l’armadio è posto deve essere accuratamente valutata. Infatti le superfici del quadro scambiano calore con l’ambiente stesso. Pertanto se la temperatura esterna è inferiore a quella interna, viene ceduto calore dall’interno all’esterno, e quindi va sottratto al carico termico prodotto dai componenti; viceversa, se la temperatura esterna è superiore a quella interna si verificherà il fenomeno contrario, quindi si dovrà sommare il calore assorbito a quello dissipato dalle apparecchiature. Per le superfici inox vengono trasmessi 5,5 W/m²K per ogni metro quadrato della superficie stessa.

Il calcolo della sorvatemperatura all’interno dell’armadio deve essere eseguito secondo la norma CEI 17/43 in base alle condizioni di utilizzo dell’armadio stesso.

Per effettuare agevolmente il calcolo dello scambio termico secondo la normativa succitata, è disponibile su richiesta il foglio di calcolo in formato Microsoft® Excel.

Per un calcolo di massima è comunque possibile seguire la seguente traccia:

Genere d’installazione (dati ricavati da tabella 3 della norma CEI 17/43)

 LEGENDA

L  = Larghezza armadio (m) H = Altezza armadio (m) P = Profondità armadio (m)
Isolato esposto su tutti i lati Pannello posteriore addossato ad una parete Fiancata sinistra addossata ad una parete
Fiancata destra addossata ad una parete Fiancata sinistra e pannello posteriore addossati ad una parete Fiancata destra e pannello posteriore addossati ad una parete
Fiancate destra e sinistra addossate ad una parete Incassato con fiancate e pannello posterioreaddossati ad una parete Completamente incassato con paretesuperiore coperta

 Per calcolare la potenza raffreddante o riscaldante si dovrà usare la seguente formula:

Pe = PV – (k· Ae · Δt)

dove Ae è la superficie effettiva dell’armadio ricavata dalla tabella 1 sopra riportata, Δt è il valore algebrico della differenza fra la temperatura interna richiesta e la temperatura esterna dell’armadio, k è il coefficiente di trasmissione del calore (circa 5.5 W/K m²), Pv è la potenza effettiva dissipata dalle apparecchiature all’interno del contenitore mentre Pe è la potenza raffreddante o riscaldante necessaria.

Per un calcolo approssimativo della potenza Pv è possibile riferirsi alla tabella “CALORE PRODOTTO RISPETTO ALLA POTENZA IMPEGNATA”
Calore prodotto rispetto alla potenza impegnata

Componente elettrico/elettronico

Calore prodotto in W

Trasformatori – Inverter – Azionamenti

5% della potenza

Alimentatori di componenti elettronici

10% della potenza

Bobine di relè e contatori

5% della potenza

Lampade ad incandescenza

95% della potenza

PLC

150W

Controlli numerici

200W

 

I dati della tabella sono valori medi approssimativi che vanno verificati in base all’apparecchiatura effettivamente installata

Per maggiore chiarezza, proponiamo il seguente esempio:

In un quadro elettrico con una superficie totale di 5.3 m² sono stati installati un trasformatore da 15000 W funzionante piena potenza, una lampada da 100 watt, un PLC ed un inverter da 20000 W funzionante all’ 80%. Basandoci sulla tabella otterremo il seguente carico totale:

 

Trasformatore                        15000 x   5      = 750 W

100

 

Lampada                       100 x  95     =    95 W         Totale della potenza trasformata in calore PV = 1795 W

100

 

PLC                                                    = 150 W

 

Inverter   2000 x   80    x   5                        = 800 W
100      100

 

Ipotizzando che detto quadro sia posto in un ambiente con temperatura pari a 40°C e che si desideri mantenere quella interna a 30°C (-10°C), si devono rapportare questi dati alla superficie totale del quadro stesso.

Il calcolo della potenza termica trasmessa all’interno del quadro sarà data dalla formula:

5.5 x 5.3 x -10 = -291.5 W

Il carico termico totale sarà di conseguenza pari a

Pe = 1795- (-291.5)= 2086.5 W

Quando la superficie irradiante dell’armadio non riesce a dissipare il carico termico prodotto delle apparecchiature poste all’interno, è necessario scegliere il sistema di raffreddamento più adatto tra il condizionamento e la ventilazione.

 

Condizionamento

Questo sistema di raffreddamento è indicato nel caso in cui sia necessario mantenere una temperatura interna del quadro uguale o inferiore a quella esterna. Per evitare di compromettere l’affidabilità dell’apparecchiatura è bene valutare attentamente la dimensione del condizionatore, in modo da scegliere un modello sufficiente a mantenere la temperatura entro limiti accettabili anche nelle condizioni peggiori, evitando però di sovradimensionarlo. Occorre quindi correlare la temperatura ambiente con quella interna al quadro, in modo da ottenere quello che viene comunemente chiamato “fattore di correzione”, dato necessario per definire la resa nominale di un condizionatore. Per facilitare la ricerca di detto fattore, riportiamo il seguente grafico:

 

Grafo CONDIZIONAMENTO - FATTORE DI CORREZIONE OK

 

Dove troviamo:

  • Sull’asse delle ascisse è riportata la temperatura ambiente Te
  • Sull’asse delle ordinate il fattore di correzione F
  • Le curve sono relative alla temperatura interna al quadro Ti, la parte tratteggiata indica la zona che il condizionatore può raggiungere solo per brevi periodi,
  • I numeri cerchiati indicano condizioni limite di lavoro, in funzione della percentuale di umidità relativa esterna:

1 – 80 %

2 – 60 %

3 – 40 %

4 – 30 %

5 – 20 %

Impostando la temperatura interna al quadro al di sotto dei valori indicati, all’apertura delle porte si forma condensa sui componenti elettrici causa il raggiungimento del punto di rugiada.

 

Esempio di correzione sulla resa:

Per temperatura esterna 35°C ed interna 30°C il fattore di correzione è di 0,9. Quindi per ottenere 1.000 W a queste condizioni serve un condizionatore con resa nominale (L35L35) di 1.000 / 0,9 = 1,112 W. Viceversa un condizionatore da 1.000 W nominali rende in queste condizioni 900 W.

 

Una volta determinato questo valore si può stabilire la resa effettiva di un condizionatore basandosi sulla seguente formula:

Potenza nominale condizionatore = Potenza Raffreddante Necessaria

                                                         Fattore Di Correzione

 

Ad esempio, per una temperatura esterna di 45°C ed interna di 35°C, il fattore di correzione è pari a 0.85. Ciò significa che, in dette condizioni, un condizionatore a 1000 W nominali rende 850 W e che se si vuole ottenere una resa di 1000 W occorre un condizionatore con resa nominale di 1176 W (1000 W / 0.85).

Quando si decide di utilizzare dei condizionatori raffreddati ad aria, occorre sempre tenere ben presente che:

  • Sul lato esterno del condizionatore non devono esserci ostacoli, per evitare una scarsa resa dello stesso o addirittura l’arresto del compressore in conseguenza dell’intervento della protezione.
  • Il condizionatore standard può funzionare ad una temperatura esterna minima di 20°C e massima di 55°C.
  • La temperatura interna del quadro deve essere mantenuta fra i 25°C ed i 45°C. Temperature superiori possono essere pericolose sia per il condizionatore che per i componenti interni al quadro, mentre temperature inferiori possono provocare la formazione di condensa sui componenti a seguito dell’apertura delle porte.
  • Per ogni condizionatore vengono indicati determinati valori di tensione e di frequenza, con le relative tolleranze ammesse.

Si raccomanda di non superare mai dette tolleranze, per evitare di compromettere     l’affidabilità e la funzionalità dell’apparecchiatura.

  • Verificare sempre l’eventuale presenza nell’aria di sostanze particolari che potrebbero danneggiare i materiali di cui è costituito il condizionatore. E’ bene inoltre sempre controllare se esistono sorgenti di calore in prossimità dell’apparecchio refrigerante, l’eventuale esposizione ad agenti atmosferici e la eventuale presenza di correnti vaganti che possono dare origine a fenomeni di corrosione. Infine, è bene accertarsi che nell’aria non ci sia la presenza di nebbie di olio o solventi, che potrebbero danneggiare i normali filtri poliuretanici.
  • Nell’aria è sempre presente un certo contenuto di vapore acqueo, quindi il vapore dell’aria interna al quadro da condizionare condensa sulla batteria fredda del condizionatore stesso. Se l’armadio è a tenuta stagna verso l’esterno, una volta sottratto quasi tutto questo vapore, non si ha più alcuna formazione di acqua di condensa. Se invece l’armadio è aperto (anche se si tratta di piccole aperture), si ha una continua produzione di acqua, che deve essere smaltita tramite l’apposito tubo previsto sul condizionatore. Detto tubo deve essere libero da otturazioni e non presentare sifoni, per evitare, dopo un certo tempo, il travaso di condensa all’interno del quadro elettrico. E’ inoltre opportuno prevedere un microinterruttore sulla porta del quadro, che interrompa automaticamente il funzionamento del condizionatore, evitando così che gran parte della potenza frigorifera venga dissipata per far condensare vapore. E’ ben comunque evitare di aprire e chiudere in continuazione le porte, altrimenti la protezione interna del compressore potrebbe interromperne il funzionamento.

VENTILAZIONE

Ventilazione

Ventilazione

Sistema di raffreddamento indicato nel caso in cui la temperatura esterna sia sempre inferiore a quella interna. Per dimensionare correttamente il ventilatore è necessario conoscere la potenza da dissipare (ved. scheda CALCOLO TERMICO), la differenza fra temperatura interna ed esterna e estrapolare il valore della portata d’aria minima del ventilatore dal grafico.

E’ indispensabili abbinare sempre una griglia con ventilatore ad una senza, posizionando il ventilatore in basso e la griglia in alto, sul lato opposto.

L’utilizzo di questo sistema di raffreddamento presenta numerosi vantaggi: facilità di installazione (è sufficiente forare l’armadio secondo lo schema fornito), manutenzione limitata e costo decisamente contenuto rispetto agli altri sistemi refrigeranti.

Per evitare problemi e danneggiamenti, si consiglia sempre di:

  • Verificare che la temperatura esterna sia sempre inferiore a quella interna
  • Pulire periodicamente i filtri ed eventualmente sostituirli (operazione che può essere effettuata anche con il ventilatore in funzione)
  • Scegliere un ventilatore leggermente sovradimensionato rispetto a quanto indicato dai calcoli teorici: un flusso d’aria superiore a quello richiesto non può provocare danni e, contemporaneamente, garantisce un certo margine di sicurezza.

 

Grafo PORTATA ARIA OK

 Pe = Potenza termica dissipata Watt

V  = Portata d’aria (m³h)

 

  • Preventivamente definire:

– La potenza termica dissipata dai dispositivi elettrici.

– La temperatura massima consentita all’interno dell’armadio.

– La temperatura ambiente massima prevedibile all’esterno dell’armadio.

  • Calcolare ΔT come differenza tra le due temperature.
  • Incrociare la linea orizzontale relativa alla Potenza termica dissipata con quella diagonale della differenza di temperatura (ΔT). La verticale che si interseca con il punto di incrocio delle due variabili identificala la portata d’aria in m³/h necessaria alla dissipazione di quanto voluto.
  • Individuare il ventilatore adeguato

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