ЖУРНАЛ СТА №4/2021

Помимо общих международных стан- дартов, устанавливающих требования к механической прочности шкафов и их стойкости к факторам воздействия окружающей среды, необходимо также соответствие специализированным же- лезнодорожным стандартам и сертифи- катам, регламентирующим защищён- ность от ударов и вибраций, а также электромагнитную совместимость обо- рудования. Основные европейские и аналогич- ные им российские стандарты (при их наличии), регламентирующие требова- ния к шкафам, перечислены в табл. 1. О ПТИМАЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ Проблема охлаждения (а в условиях России – и обогрева в зимний период) является ключевой для шкафов, уста- навливаемых на улице. Необходимо учитывать не только выделяемую теп- ловую мощность установленного обо- рудования, но и суточные и сезонные колебания температуры окружающей среды, а также воздействие прямого солнечного излучения. Тепловой режим в шкафу должен обеспечивать рабочую температуру для электронного оборудо- вания при температуре окружающей среды –40…+80°C. Обеспечение рабо- чей температуры, установленной ком- панией-производителем для находя- щейся внутри шкафа электроники, га- рантирует надёжную работу, продлева- ет срок службы оборудования и всей си- стемы, а также снижает итоговые инве- стиции в электронное оборудование. Конкретный состав оборудования в шкафу и условия внешней среды позво- ляют определить максимальную по- требность в охлаждении шкафа. Есте- ственная, или свободная, конвекция в качестве решения для отведения теп- ла имеет пределы в том случае, если речь идет о большом количестве тепла. Связано это с тем, что количество отво- димого тепла (энергии) зависит линей- но от разницы температур между внутренней средой и внешней. Q = k · A ·( T внутр – T внешн ) Проблему можно решить увеличени- ем коэффициента теплопередачи k , но для этого требуется переход на прину- дительный тип конвективного охлажде- ния. В этом случае для отведения боˆль- шего количества тепла, чем позволяет естественная конвекция, можно ис- пользовать активные охлаждающие компоненты, например, нагнетатель- ные вентиляторы с воздушными фильт- рами (для сохранения степени защиты шкафа до IP55), или установку холо- дильного агрегата. Тепловое моделирование естествен- ной конвекции через конструкцию с двойными стенками модульного шкафа nVent SCHROFF уличного исполнения с применением методов численного расчёта (рис. 4) показывает, что коэф- фициент теплопередачи для шкафа со- ставляет от 20 до 24 Вт/К, то есть при допустимом превышении температуры внутри шкафа на 10 К относительно температуры снаружи отводимая тепло- вая мощность составит порядка 200–240 Вт, что совсем немного, поэто- му в большинстве случаев необходимо использовать активное принудительное охлаждение. Вентиляторы с регулируемой скоро- стью вращения, воздушными фильтра- ми и управляющими термостатами (или интеллектуальными контроллерами для плавногоШИМ-управления скоростью вращения) представляют собой эконо- мичное и эффективное средство управ- ления микроклиматом в шкафах. Ре- жим активного охлаждения посред- ством вентилятора представляет собой разомкнутый контур, который обес- печивает приток воздуха внутрь шкафа для охлаждения электронного оборудо- вания. Перед поступлением в шкаф воздух проходит через фильтрующий элемент из нетканого материала для очистки от воды и пыли, имеющий сте- пень защиты до IP54. В зимний период при низких температурах окружающего воздуха для поддержания температуры внутри шкафа в допустимых пределах и предотвращения выпадения росы тре- буется устанавливать отдельный обо- греватель. Непосредственное воздуш- ное охлаждение чрезвычайно надёжно и имеет длительный срок службы при низком энергопотреблении. Обязатель- ное условие использования вентилято- ра с воздушным фильтром (как и при естественной конвекции) – температу- ра окружающей среды должна быть ни- же максимально возможной температу- ры внутри шкафа. Как правило, на практике разница температур должна быть не менее 5 К. Стандартный комплект для охлажде- ния модульного шкафа методом прину- дительной вентиляции состоит из двух нагнетательных вентиляторов с фильт- рами и управляющего термостата. Вен- тиляторы устанавливаются в нижней части дверей или боковых стенок, заби- рают снаружи холодный воздух, кото- рый охлаждает работающее оборудова- ние, и затем удаляется через щели в верхней части шкафа или через специ- альные выхлопные отверстия с фильт- рами (при необходимости обеспечения защиты IP). Тепловое моделирование процесса работы такой системы венти- ляции показывает, что коэффициент теплопередачи составляет 160 Вт/К при общей производительности по воздуш- ному потоку 540 м 3 /ч (рис. 5). Однако в тёплых климатических зо- нах и в условиях действия прямого солн- ца часто встречается ситуация, когда воздух снаружи шкафа горячее, чем не- обходимая температура внутри него, что в принципе исключает применение вен- тиляции наружным воздухом. В этом случае необходимо делать шкаф герме- тичным, а для охлаждения его внутрен- него пространства использовать холо- СИС Т ЕМНА Я ИН Т Е Г РАЦИЯ / ЖЕ Л Е ЗНОДОРОЖНЫЙ Т РАНСПОР Т СТА 4/2021 48 www.cta.ru Температура, °С 95 92 89 86 83 80 Рис. 4. Тепловое моделирование естественной конвекции через конструкцию с двойными стенками модульного шкафа nVent SCHROFF уличного исполнения, коэффициент теплопередачи 20–24 Вт/К Рис. 5. Тепловое моделирование естественной конвекции через конструкцию с двойными стенками с двумя штатно интегрированными вентиляторами и термостатом в модульном шкафу nVent SCHROFF для наружных применений, теплопередача 160 Вт/К