Проектирование щитов · Тепловыделение · IEC 61439-1 · Вентиляция · 10 мин чтения

Расчет тепловыделения и вентиляции щита

Терморегулирование — самый частый пробел в проектировании щитов KNX. Перегрев не убивает щит мгновенно: он незаметно сокращает срок службы компонентов вдвое на каждые 10°C сверх нормы, пока через несколько лет не выйдет из строя привод или блок питания.

Почему тепло важно в щитах KNX

Закон термического старения Аррениуса гласит: срок службы компонента сокращается вдвое на каждые 10°C превышения рабочей температуры. Приводы KNX обычно рассчитаны на максимум 55°C внутри щита. Летом в техпомещении может быть 35°C — остается запас всего 20°C на внутренний нагрев.

Чувствительность компонентов к температуре

  • Электролитические конденсаторы — самые чувствительные: срок службы при 70°C в 20 раз короче, чем при 40°C
  • Конденсаторы БП KNX — обычно рассчитаны на 85°C; в невентилируемом щите летом они достигают этой температуры
  • Контакты реле — менее чувствительны к температуре, но сопротивление контактов растет при циклических тепловых нагрузках
  • Биметаллические элементы автоматов — порог теплового расцепления смещается при повышенной температуре

Типичный отказ

Щит KNX с внутренним тепловыделением 60 Вт в маленьком корпусе без вентиляции может нагреться до 50–60°C в жаркий летний день. Блок питания KNX выходит из строя через 3–5 лет вместо ожидаемых 10–15. Отказ кажется случайным, но причина — ошибка в тепловом расчете, которую можно предотвратить за несколько минут.

Учет источников тепла: потери компонентов

Каждый компонент в щите выделяет тепло. Тепловой расчет начинается с суммирования всех потерь. Используйте данные из даташитов производителей; в таблице ниже приведены типовые значения для распространенных компонентов щитов KNX:

КомпонентТиповые потериУсловие
MDT STV-0320.01 KNX PSU4 ВтПри номинальном выходе 640 мА
MDT STV-0640.01 KNX PSU6 ВтПри номинальном выходе 640 мА
MDT AKD-0802.01 релейный привод (8 каналов)2 Вт в режиме ожидания / 3,5 Вт при всех замкнутых релеНа один модуль привода
MDT AKD-0816.02 диммерный привод (8 каналов)8 ВтПолная нагрузка, 8 каналов × 1 А, потери диммера 12%
ABB 63A УЗО2,5 ВтПри номинальном токе
MCB 16A1,5 ВтПри номинальном токе (снижение при частичной нагрузке)
WAGO 750-893 Modbus шлюз3 ВтНепрерывная работа
Маршрутизатор KNX IP Weinzierl 7702WНепрерывная работа

Предполагаемая нагрузка автоматов: Автоматические выключатели редко работают на номинальном токе. Для жилых щитов принимайте 50% от номинала как расчетную нагрузку для тепловых расчетов — автомат на 16А при 50% нагрузки дает около 0.4W вместо 1.5W при номинале. Для коммерческих щитов используйте 100%, так как нагрузка цепей выше и менее предсказуема.

Тепловое сопротивление корпуса: естественная конвекция

Герметичный стальной корпус рассеивает тепло за счет естественной конвекции с внешних поверхностей. Упрощенная тепловая модель для этого расчета приведена в приложении D стандарта IEC 61439-1. Способность к охлаждению естественной конвекцией зависит от площади поверхности корпуса и допустимого повышения внутренней температуры относительно окружающей среды.

Расчет естественной конвекции — упрощенная модель по IEC 61439-1 Приложение D

Cooling capacity (W) ≈ 3 × A_eff × delta_T

Where:
  A_eff   = effective cooling surface area (m²)
  delta_T = permitted internal temperature rise above ambient (°C)

Example — small enclosed steel panel 600mm × 400mm × 200mm:
  A_eff ≈ 0.5m² (walls + partial top and bottom)
  For delta_T = 10°C:
    Capacity = 3 × 0.5 × 10 = 15W

  For 50W internal dissipation:
    Required delta_T = 50 / (3 × 0.5) = 33°C
    → Internal temp 35°C ambient + 33°C = 68°C  ✗  (exceeds 55°C component limit)

Conclusion: natural convection is inadequate for panels
above approximately 30W in a small enclosure.
Solution: ventilation louvres, fan-filter kit, or larger enclosure.

Естественная вентиляция с жалюзи

Для щитов с внутренним тепловыделением 30–50 Вт установка вентиляционных жалюзи может обеспечить достаточное охлаждение без вентилятора. Холодный воздух поступает через нижние жалюзи, поднимается внутри щита и выходит через верхние. Этот эффект дымохода прост и не требует обслуживания.

Правила расчета жалюзи

  • Нижний приток: не менее 50 см² свободной площади
  • Верхняя вытяжка: не менее 100 см² свободной площади (в 2 раза больше притока)
  • Свободная площадь = общая площадь жалюзи × 0.5 (коэффициент затенения планками)
  • Жалюзи IP40 для сухих помещений внутри

Комплект вентилятор-фильтр (IP54)

  • Нижний осевой вентилятор + верхний вытяжной фильтр с термостатом
  • Включение вентилятора при 35°C внутри, гистерезис 5°C
  • Правило: 30 м³/ч на каждые 50 Вт внутреннего тепла
  • Сохраняет степень защиты IP54 (серия Rittal SK 3105 или аналог)

Принудительная вентиляция: расчет воздушного потока

Для щитов с внутренним тепловыделением более 50 Вт требуется принудительная вентиляция с вентиляторным комплектом. Необходимый расход воздуха рассчитывается исходя из тепловой нагрузки и максимально допустимого повышения температуры:

Расчет воздухообмена принудительной вентиляции

Required airflow:
  Q (m³/hr) = P_loss (W) / (0.34 × delta_T_allowed)

Where:
  0.34 = rho × Cp in SI units at standard conditions
         (air density × specific heat, simplified for m³/hr and W)
  delta_T_allowed = maximum permitted temperature rise (°C)

Example — 80W loss, 15°C temperature rise allowed:
  Q = 80 / (0.34 × 15) = 15.7 m³/hr

Select fan with rated flow above 20 m³/hr (1.3× safety factor).

Fan noise — axial fans at 20 m³/hr:
  Typical: 35–45 dBA
  Acceptable: plant rooms, electrical rooms
  Avoid in: living spaces, home cinemas (use centrifugal fan — slower,
  quieter, but larger; suitable for AV equipment panels)

Терморегулирование отдельных компонентов KNX

Расположение компонентов внутри щита влияет на локальную температуру каждого элемента. Теплый воздух поднимается вверх, поэтому верхняя часть щита всегда теплее нижней. Размещайте чувствительные к нагреву компоненты в прохладной зоне, а элементы с высоким тепловыделением — там, где тепло может легко отводиться.

КомпонентРекомендуемая зонаПричина
Диммерные исполнительные устройства KNXВерхняя половина — минимум 50 мм зазора сверху и снизуТеплый воздух поднимается; диммеры выделяют много тепла. Никогда не устанавливайте в нижней части щита, где скапливается тепло.
Блоки питания KNXНижняя треть (прохладная зона)Чувствительные к нагреву конденсаторы выигрывают от самой низкой температуры окружающей среды.
УЗО на 230 В (высокий ток)Средняя и верхняя зонаПовышенная температура окружающей среды снижает запас по тепловому расцеплению при номинальном токе.
Шлюз Modbus (WAGO 750-893)В любом местеLow dissipation < 3W; not thermally critical.
Датчик температуры в щитеУровень исполнительных устройств (средняя зона)Наиболее репрезентативная температура окружающей среды для компонентов.

Мониторинг температуры через KNX: Шлюз Modbus WAGO 750-893 поддерживает модуль аналогового ввода 750-467 с датчиками NTC или PT100. Установите датчик внутри щита на уровне исполнительных устройств и передавайте измеренную температуру в групповой адрес KNX через Modbus. Это позволяет системе управления зданием сигнализировать о перегреве щита.

Тепловая проверка по IEC 61439-1: Метод 1 (расчет)

Стандарт IEC 61439-1 требует тепловой проверки для всех сборок щитов. Для индивидуальных KNX-щитов стандартным подходом является Метод 1 (расчет по Приложению D). Этот документ должен быть составлен и храниться в технической документации щита:

Обязательное содержание документа теплового расчета

1. Component schedule with individual power losses (W)
2. Total internal power loss (W)
3. Enclosure type, dimensions, and surface area (m²)
4. Assumed ambient temperature (°C) — design case
5. Calculated internal temperature rise (°C)
6. Conclusion: natural convection adequate / forced ventilation required
7. Ventilation solution specified (louvre size or fan model and flow)

This document is required for:
  - IEC 61439-1 compliance (custom assemblies)
  - Insurance purposes for commercial panels
  - CE marking of the panel assembly

Метод 2 (типовые испытания) требует физического теплового теста со всеми компонентами при номинальной нагрузке в контролируемой среде. Это необходимо для сертифицированных типовых конструкций щитов, выпускаемых серийно. Для единичных заказных KNX-щитов Метод 1 (расчет) принимается всеми европейскими органами по сертификации.

Пример расчета: KNX-щит для офиса 200 м²

KNX-щит для офиса площадью 200 м². Корпус: стальной 800×600×250 мм, площадь поверхности около 1,5 м². Расчетная температура окружающей среды: 35°C (техпомещение летом). Максимально допустимая внутренняя температура: 55°C. Допустимый перегрев: 20°C.

Инвентаризация потерь компонентов

6× MDT AKD-0802.01 relay actuators @ 2W each    =  12W
2× MDT AKD-0816.02 dimmer actuators @ 8W each   =  16W
1× WAGO 750-893 Modbus gateway                  =   3W
1× MDT STV-0640.01 KNX PSU                      =   6W
1× Weinzierl 770 KNX IP Router                  =   2W
20× MCB 16A @ 50% load → 0.4W each              =   8W
4× MCB 32A @ 50% load → 0.6W each               =   2.4W
2× 63A RCD @ 2.5W each                          =   5W
                                              ─────────
Total internal dissipation                       ≈  54W

Natural convection check (IEC 61439-1 Annex D):
  Capacity at 20°C rise = 3 × 1.5 × 20 = 90W
  54W < 90W → natural convection is adequate in this example.

However, louvres are still recommended because the simplified
model assumes free air circulation on all surfaces — an enclosure
in a packed services room has reduced effective surface area.
Conservative approach: specify fan-filter kit with 35°C thermostat.

Практический вывод для этого щита: установите комплект вентилятора с фильтром (осевой вентилятор снизу, фильтр вытяжки сверху, термостат 35°C). Вентилятор производительностью 40 м³/ч обеспечивает расход воздуха значительно выше расчетного минимума 16 м³/ч для 54 Вт при перегреве 10°C. Вентилятор включается только при превышении внутренней температуры 35°C, что продлевает срок его службы и исключает шум в нормальных условиях.

Нужен KNX-щит с тепловым расчетом под ваш проект?

Мы проектируем распределительные KNX-щиты с полными тепловыми расчетами по IEC 61439-1, правильным расположением компонентов, спецификацией вентиляции и полной технической документацией — поставляем готовыми, проверенными и сертифицированными на ваш объект.

Запросить расчёт →
Загрузка ...
Наверх