Wentylacja i klimatyzacja w automatyce przemysłowej

Dostępne na rynku urządzenia służące do wentylacji i chłodzenia systemów automatyki przemysłowej podzielić można na dwie grupy. Pierwszą stanowią podzespoły, które są integralną częścią dostarczanych przez producenta urządzeń.Są to najczęściej różnego rodzaju radiatory i wentylatory wydmuchujące gorące powietrze na zewnątrz obudów. Drugą grupą systemów chłodzenia są samodzielne urządzenia, które odprowadzają nadmiar ciepła z obudów, szaf przemysłowych lub całych pomieszczeń.

Systemy te pozwalają utrzymać odpowiednie warunki konieczne do poprawnej pracy urządzeń automatyki. Pozwalają one wpływać nie tylko na temperaturę, ale też wilgotność czy redukować stopień zanieczyszczenia powietrza, dostosowując je do wymagań aplikacji.

Fot.2.Szafa 19-calowa z licznymi otworami wentylacyjnymi

JAK ODPROWADZAĆ CIEPŁO?

W praktyce największe znaczenie ma odprowadzenie ciepła, które powstaje w wyniku rozpraszania się mocy pobieranej przez urządzenia elektryczne. Ciepło przekazywane jest z ośrodka o wyższej temperaturze do ośrodka zimniejszego na trzy sposoby – poprzez promieniowanie, przewodzenie lub unoszenie – naturalne bądź wymuszone. W praktyce korzysta się z wszystkich trzech metod, choć z punktu widzenia producentów systemów chłodzenia najważniejsze są przede wszystkim unoszenie oraz przewodzenie.

Ilość ciepła wypromieniowanego zależy właściwie tylko od sposobu wykonania urządzenia nagrzewającego się, a dokładniej od jego koloru, który wpływa na emisyjność powierzchni obudowy. Im urządzenie ma ciemniejszy kolor, tym emisyjność jest wyższa, a to oznacza, że możliwe jest wypromieniowanie większej ilości energii cieplnej w postaci fal elektromagnetycznych. Z tego względu producenci często stosują ciemne barwy obudów urządzeń, które uzyskują np. poprzez proces anodowania aluminium na kolor czarny.

Pozostałe dwie metody przekazywania ciepła mogą być z powodzeniem wykorzystane przez producentów systemów wentylacji i chłodzenia. Najczęściej stosowane jest odprowadzanie ciepła poprzez wydmuchiwanie ciepłego powietrza lub poprzez nawiewanie zimnego. W niektórych sytuacjach wystarcza wykorzystanie konwekcji naturalnej, jednak w praktyce metodę tę można zastosować do systemów, które się relatywnie mało nagrzewają.

Fot.1.Dmuchawa przemysłowa dużej mocy

Uzyskanie dobrych rezultatów przy wykorzystaniu unoszenia niewymuszonego wymaga takiego zaprojektowania urządzeń czy szaf sterowniczych, aby możliwy był swobodny przepływ powietrza pomiędzy zainstalowanymi urządzeniami i odprowadzenie go na zewnątrz. W tym celu wykonuje się odpowiednie otwory w górnej i tylnej części szaf, przez które wydostaje się nagrzane powietrze. Konieczne jest także wykonanie otworów na dole szafy, aby unoszone powietrze mogło być pobierane z otoczenia.

Chłodzenie poprzez konwekcję naturalną charakteryzuje się znikomymi kosztami, ale ma też wady. Przede wszystkim nie nadaje się do systemów silnie nagrzewających się. Po drugie, wspomniane otwory powodują przedostawanie się kurzu do wnętrza obudowy lub szafy, co może negatywnie wpływać na działanie zainstalowanych urządzeń i z czasem ograniczać także wydajność samego chłodzenia.

WENTYLATORY I DMUCHAWY

Wymuszenie ruchu powietrza odbywa się poprzez wykorzystanie wentylatorów lub dmuchaw. Różnica pomiędzy nimi polega na kierunku nawiewu powietrza. W przypadku wentylatorów generalnie przyjmuje się, że powietrze jest wydmuchiwane w tej samej płaszczyźnie, w jakiej ustawione są ramiona wirnika, podczas gdy dmuchawy pompują powietrze prostopadle do wirnika. W praktyce kierunek przepływu powietrza jest określony przez kształt obudowy wentylatora, więc powyższy podział nie jest ścisły. Można się spotkać także z podziałem, według którego wentylatory to urządzenia, które zasysają powietrze z urządzenia i wydmuchują je na zewnątrz, a dmuchawy pompują zimne powietrze z otoczenia do wnętrza obudowy.

Rys.1.Dmuchawa przemysłowa dużej mocy

Konstrukcje wentylatorów różnią się między sobą wieloma cechami, takimi jak kształt wirnika, obudowy i elementów redukujących turbulencje powietrza. Wśród nich wyróżnić można wentylatory śmigłowe, osiowe, promieniowe, bębnowe, poprzeczne i diagonalne. Te ostatnie zbliżone są konstrukcją do dmuchaw, które w zasadzie stanowią pewnego rodzaju kompresory. W szafach sterowniczych najczęściej montuje się wentylatory zasysające powietrze z wnętrza obudowy i wydmuchujące je na zewnątrz. Wentylatory są montowane w ściankach lub drzwiach, jak też jako moduły wsuwane (wentylatory i dmuchawy modułowe).

Tab.2.Najczęstsze zastosowania wentylatorów w przemyśle (źródło: redakcyjne badanie rynku)

Ich wydajności wynoszą typowo kilkadziesiąt do kilkuset m³/h, a rozmiary, w zależności od ilości ciepła, które ma być odprowadzane z szafy, mogą być bardzo różne. Dobrze wykonana instalacja wentylacji powinna uwzględniać także warunki panujące w otoczeniu, tj. rozmieszczenie kratek wentylacyjnych w pomieszczeniu oraz zapylenie powietrza. O ile to możliwe, szafę należy tak ustawić, aby istniejące w niej otwory pozwalały na odprowadzenie powietrza do kratek wentylacyjnych jak najkrótszą drogą. W tym celu wykonuje się niekiedy dodatkowe kanały, którymi ciepłe powietrze prowadzone jest bezpośrednio do systemu wentylacji budynku. Zazwyczaj wystarcza jednak ustawienie szafy w pobliżu istniejącego systemu wentylacyjnego.

Drugim zabiegiem, który należy niekiedy zastosować, aby zapewnić prawidłowe działanie całej instalacji, jest montaż filtrów powietrza. Instaluje się je głównie na wlocie powietrza do obudowy, co pozwala zmniejszyć zapylenie w instalacji, a dzięki temu maksymalnie wydłużyć jej sprawne działanie. Filtry powietrza zwiększają także żywotność samych wentylatorów, gdyż redukują ilości kurzu dostającego się do ich elementów – np. łożysk. Zabrudzenie urządzeń wentylujących powoduje spowolnienie obrotów wentylatora, zwiększenie hałasu, a nawet jego całkowite uszkodzenie. Wszystkie te czynniki ograniczają wydajność wentylacji i w efekcie mogą prowadzić także do niepoprawnego działania instalacji.

Wykorzystaj oprogramowanie Rys.2.Program RiDiag firmy Rittal służy do monitoringu pracy chłodziarek tej firmy, natomiast RiTherm – do szybkiego doboru rozwiązań klimatyzacyjnych Projektowanie złożonych instalacji chłodzenia urządzeń automatyki przemysłowej obecnie wykonuje się przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania, które udostępniają producenci urządzeń chłodniczych. W bazie danych takich programów znajdują się różnorodne komponenty standardowe produkowane przez wydawcę oprogramowania. Dodając je do projektu, komputer automatycznie przelicza zapotrzebowanie na moc chłodzenia, moc promieniowania oddawaną do otoczenia lub przyjmowaną z zewnątrz, wielkość szaf przemysłowych i podaje wyliczone temperatury wewnątrz szaf. W ten sposób użytkownik może łatwo porównać kilka koncepcji chłodzenia i wybrać optymalną. Wszystkie obliczenia prowadzone są zgodnie z aktualnymi normami, takimi jak np. IEC/TR3 60890 AMD 1 cze DIN 3168. Pod koniec obliczeń programy generują szczegółowe raporty, które następnie mogą zostać wykorzystane jako dokumentacja techniczna systemu chłodzenia.

Niestety instalacja filtrów pociąga za sobą zwiększone zapotrzebowanie na moc wentylatorów. Filtry stanowią dosyć duży opór dla powietrza, utrudniając jego przepływ. Z tego względu w wielu systemach razem z wentylatorami na wlotach instaluje się także dmuchawy, które znacząco usprawniają obieg powietrza. Są one przydatne również w sytuacjach, gdy przepływ jest ograniczony przez same urządzenia lub kable zainstalowane w szafie.