Испытания в камере холода всепогодного шкафа ЦМО, укомплектованного климатической системой
Производственная группа REMER продолжает серию испытаний всепогодных шкафов в собственной лаборатории.
В статье описаны испытания уличного шкафа ШТВ-1-30.7.6-К3АА-ТК-MC3 с климатической системой (кондиционер со встроенным нагревателем 1000 Вт) в камере холода. Климатическая система работает под управлением PDU REM c контроллером второго поколения.
Цель испытаний – определение способности шкафа поддерживать заданную внутреннюю температуру в условиях экстремально низких внешних температур и при различной тепловой нагрузке от установленного оборудования. В ходе испытаний оценивались время прогрева шкафа, энергопотребление климат-системы и влияние тепловыделения оборудования на температурный режим внутри шкафа. Результаты испытаний позволят оценить эффективность конструкции шкафа и климат-системы для обеспечения надёжной работы оборудования в суровых климатических условиях.
Результаты испытаний близких по размерам шкафов будут незначительно отличаться по показателям ввиду большего либо меньшего внутреннего объёма шкафа. Графики получены за 2,5 часа работы камеры при Токр. ср. = –30 °С. В качестве имитации работающего оборудования в шкафу устанавливали нагреватели моделей HGL различных модификаций.
Шкаф рассчитан на холодный пуск при Твнутр. > –30 °С, иначе не запустится контроллер климат-системы (реальные тесты показали, что он запускается и при –35 °С, но возможны отклонения этого значения при разных условиях эксплуатации и питания, поэтому исходим из –30 °С). Т. е. при холодном пуске необходимо предварительно прогреть шкаф. Самый простой вариант – перед включением шкафа подключить полупроводниковый нагреватель на 400 Вт с вентилятором (модель Rem HGL046-400W) до достижения температуры холодного пуска –30 °С.
УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ
• Шкаф установлен в закрытой термокамере. Перед включением шкафа (запускается климат-система) шкаф с открытыми дверями охлаждается до температуры окружающей среды, равной –30 °С (минимальная допустимая температура холодного пуска климат-системы).
• Красный график – температура снаружи шкафа (холодный воздух нагнетается внутрь испытательной камеры вентиляторами), сила ветра 1…3 м/с. При реальной эксплуатации нужно учитывать скорость ветра на улице, т. к. сильный ветер может понизить температуру ещё на 5 °С при разных порывах ветра и их продолжительности.
ХОД ИСПЫТАНИЙ
• Синий график – шкаф испытывался без тепловой нагрузки (нет потребителей в шкафу – мощность внутренних источников тепла 0 Вт), обогрев только за счёт нагревателя климат-системы 1000 Вт, который включается, если температура внутри падает ниже +10 °С (в настройках климатической системы установлен параметр Твнутр. = +10 °С).
Вывод. При разнице температуры с наружной ΔT = 40 °С климат-система шкафа стабильно поддерживает температуру Твнутр. в пределах ±2 °С от заданной. Цикл нагревателя – 6 минут включен / 6 минут выключен. Нагрев шкафа от минимальной температуры холодного запуска –30 °С до заданного значения +10 °С занял 35 минут (ΔT = 40 °С, время прогрева t = 35 мин при потреблении установленным оборудованием 0 Вт). Из графика следует, что нагрев на дополнительные 10 °С займёт около 9 минут (ΔT = 50 °С, время прогрева t = 44 мин при потреблении установленным оборудованием 0 Вт), следующие 10 °С – 12 мин (ΔT = 60 °С, время прогрева t = 56 мин при потреблении установленным оборудованием 0 Вт).
• Зелёный график – шкаф испытывался с дополнительной тепловой нагрузкой 250 Вт (оборудование в шкафу потребляет 250 Вт – мощность внутренних источников тепла 250 Вт); обогрев за счёт нагревателя климат-системы 1000 Вт включается, если температура Твнутр. падает ниже +10 °С.
Вывод. Установленное оборудование с малым тепловыделением ((250±100) Вт) незначительно влияет на тепловые характеристики шкафа, но позволяет сократить время работы нагревателя климат-системы до 5…12 минут. Время нагрева шкафа от минимальной температуры холодного запуска –30 °С до заданного значения +10 °С составило 20 минут. (ΔT = 40 °С, время прогрева t = 20 мин при потребляемой мощности установленного оборудования 250 Вт). Тепла 250 Вт недостаточно, чтобы шкаф подогревался только за счёт потребляемого оборудованием электричества.
• Фиолетовый график – шкаф испытывался с дополнительной тепловой нагрузкой 500 Вт (имитация оборудования в шкафу на 500 Вт – мощность внутренних источников тепла 500 Вт); обогрев за счёт нагревателя климат-системы 1000 Вт включается, если температура Твнутр. падает ниже +10 °С.
Вывод. Установленное оборудование с тепловыделением (500±100) Вт способно поддерживать оптимальную температуру в шкафу без включения нагревателя климат-системы. Время прогрева от температуры холодного запуска –30 °С до заданной +10 °С составило 15 минут. (ΔT = 40 °С, время прогрева t = 15 мин при потребляемой мощности установленного оборудования 500 Вт).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Конструкция шкафа без установленного оборудования гарантированно обеспечивает внутри шкафа температуру +10 °С при температуре окружающего воздуха –30 °С и способна обеспечить стабильное поддержание установленной температуры с циклами «работа/отдых» = «6 мин / 6 мин», что равноценно дополнительным энергозатратам 0,5 кВт/ч. Любое установленное энергозависимое оборудование выделяет тепло, что способствует уменьшению энергозатрат на подогрев шкафа.
Благодаря установленному утеплителю и конструкции шкафа уже при нагрузке 500 Вт от оборудования включения дополнительного подогрева не требуется, оборудование начинает греть само себя и способно поддерживать ΔT = 43…50 °С.
Дальнейшее увеличение нагрузки приведёт к включению вентилятора на внешнем контуре кондиционера для удаления избыточного тепла. При большем тепловыделении рекомендуются установка дополнительного вентиляторного модуля R-FAN-3T в крышу либо дверь шкафа и настройка терморегулятора на требуемую температуру.
Также на основании проведённых испытаний можно сделать следующие выводы.
• Шкаф ШТВ-1-30.7.6-К3АА-ТК эффективно поддерживает заданную внутреннюю температуру в условиях низких внешних температур.
• Климат-система обеспечивает быстрый прогрев шкафа температуры холодного пуска (-30 °C) до рабочей температуры (+10 °C). Время прогрева зависит от наличия и мощности установленного оборудования.
• Тепловыделение установленного оборудования существенно влияет на энергопотребление климатической системы. При тепловой нагрузке 500 Вт и более дополнительный подогрев шкафа не требуется.
• Конструкция шкафа и используемые теплоизоляционные материалы обеспечивают эффективную теплоизоляцию, что позволяет снизить энергозатраты на поддержание температурного режима.
Эти выводы позволяют оценить применимость шкафа для использования в различных климатических условиях и подобрать оптимальную конфигурацию оборудования для обеспечения надёжной работы.
