تحتاج غرفة المحول الجاف SCB11 إلى تهوية كافية لإزالة الفواقد الناتجة عن تشغيل المحول، مع إبقاء درجة حرارة الهواء الداخل إلى قنوات التبريد ضمن النطاق المسموح به من الشركة المصنّعة. وكقيمة تقديرية أولية، يلزم نحو 300 m³/h من تدفق الهواء لكل 1 kW من الحرارة، عند فرق قدره 10°C بين هواء الإمداد والعادم. لذلك، تحتاج غرفة تطلق حرارة قدرها 10 kW إلى نحو 3,000 m³/h وفق هذه الافتراضات.

هذا الرقم تقدير قائم على موازنة الحرارة، وليس متطلب تهوية موحدًا ينطبق على جميع الحالات. يعتمد تدفق الهواء الفعلي على فواقد المحول، ومستوى التحميل، ودرجة حرارة الهواء الداخل، والمعدات الأخرى في الغرفة، ومقاومة تدفق الهواء عبر الشفرات والمرشحات والقنوات. وفي تركيب محول جاف من النوع SCB11، لا يكفي حجم الغرفة وحده لتحديد ما إذا كان التبريد مناسبًا.

احسب الحمل الحراري قبل تحديد سعة التهوية

ابدأ بفواقد اللاحمل وفواقد الحمل للمحول عند درجة الحرارة المرجعية المحددة. تصف قيمة kVA القدرة الكهربائية، لكنها لا توضح لمصمم التهوية مقدار الحرارة التي يجب إخراجها من الغرفة. وقد يفرض محولان لهما التصنيف نفسه متطلبات تبريد مختلفة.

للتخطيط الأولي، يمكن تقدير الفواقد الحرارية للمحول كما يلي:

الفواقد الحرارية للمحول ≈ فواقد اللاحمل + فواقد الحمل المقننة × مربع نسبة الحمل

تظل فواقد اللاحمل موجودة ما دام المحول موصولًا بالطاقة. أما فواقد الحمل فتتغير تقريبًا مع مربع التيار. يفيد هذا التقريب في الحساب الأولي للغرفة، لكن ينبغي أن يستند التصميم النهائي إلى بيانات الفواقد المقدمة من الشركة المصنّعة، وأن يراعي درجة حرارة التشغيل والتوافقيات وأي تشغيل مقصود بحمل زائد.

لنفترض محولًا توضيحيًا تبلغ فواقد اللاحمل فيه 2 kW وفواقد الحمل المقننة 8 kW. عند تحميل بنسبة 80%، تبلغ فواقد المحول المقدرة 2 + 8 × 0.8² = 7.12 kW. وإذا أطلقت معدات أخرى 1 kW إضافية من الحرارة في الغرفة، يبدأ حساب التهوية من حمل حراري يبلغ نحو 8.12 kW. توضح هذه القيم طريقة الحساب، وليست مواصفات لطراز SCB11 بعينه.

استخدم أعلى حالة تشغيل مستمرة يمكن توقعها على نحو معقول. فقد يخفي متوسط الحمل اليومي ذروة حمل مرتفعة في فترة ما بعد الظهر، ولا سيما إذا تزامنت مع ارتفاع درجة حرارة الهواء الخارجي. وعندما يشترك محولان في غرفة واحدة، احسب مجموع فواقدهما وفق ترتيبات التشغيل التي يسمح بها المشروع فعليًا.

قد يؤثر اختيار المحول أيضًا في متطلبات التهوية. إذ يمكن لخيار ذي قلب غير متبلور، مثل المحول الجاف من النوع SCBH15، أن يخفض المساهمة الحرارية المستمرة لفواقد اللاحمل. قارن فواقد اللاحمل وفواقد الحمل المضمونة عند التصنيف ونمط التشغيل المطلوبين قبل تعديل تصميم الغرفة؛ فخفض فواقد القلب وحده لا يحدد إجمالي الحرارة عند التحميل المرتفع.

حوّل الفواقد الحرارية إلى تدفق هواء، وتحقق من افتراض درجة الحرارة

توفر علاقة الحرارة المحسوسة نقطة انطلاق عملية:

تدفق الهواء Q = 3,600 × P ÷ (ρ × c_p × ΔT)

هنا، Q هو تدفق الهواء بوحدة m³/h، وP هي الحرارة المطلوب إزالتها بوحدة kW، وρ كثافة الهواء بوحدة kg/m³، وc_p الحرارة النوعية للهواء بوحدة kJ/(kg·°C)، وΔT هو مقدار ارتفاع درجة الحرارة بين الهواء الداخل وهواء العادم. وباستخدام قيم تقريبية عند مستوى قريب من سطح البحر، تبلغ 1.2 kg/m³ للكثافة و1.0 kJ/(kg·°C) للحرارة النوعية، تصبح العلاقة:

Q ≈ 3,000 × P ÷ ΔT

بالنسبة إلى الحمل الحراري التوضيحي للغرفة البالغ 8.12 kW، يؤدي ارتفاع درجة حرارة الهواء بمقدار 10°C إلى تدفق يقارب 2,440 m³/h. أما خفض الزيادة المسموح بها إلى 5°C فيضاعف التدفق المقدّر ليصل إلى نحو 4,880 m³/h. وتمثل هذه القيم أحجام الهواء المطلوبة عبر مسار التبريد الفعّال، قبل اختيار مروحة تراعي مقاومة النظام.

يستحق افتراض درجة الحرارة القدر نفسه من الاهتمام الذي يستحقه الحساب.ارتفاع درجة حرارة الملفات ليس هو الزيادة المسموح بها في درجة حرارة هواء الغرفة. فحدود درجة حرارة الملفات وحدود هواء التبريد ودرجة حرارة العادم تصف ظروفًا مختلفة. ويجب أن تظل درجة حرارة الهواء عند مدخل تبريد المحول ضمن الحدود المقبولة، حتى إن بدت درجة حرارة الغرفة المتوسطة معقولة.

إذا كانت درجة حرارة الهواء الخارجي الداخل قريبة أصلًا من الحد الأقصى المسموح به لهواء التبريد وفقًا للشركة المصنّعة، فلن توفر زيادة التهوية إلا قدرًا محدودًا من التخفيف. تستطيع التهوية إزالة الحرارة، لكنها لا تستطيع تبريد الهواء الداخل إلى ما دون درجة حرارة مصدره. وقد يلزم عندئذ اختيار موقع أبرد للمدخل، أو تكييف هواء الإمداد، أو تعديل ترتيبات التشغيل. وعند الارتفاعات العالية، استخدم كثافة الهواء المناسبة، وتعامل مع خفض تصنيف المحول بصورة منفصلة.

متى تكون التهوية الطبيعية كافية؟

يمكن أن تكون التهوية الطبيعية فعّالة عندما تحتوي الغرفة على مدخل منخفض واضح ومخرج مرتفع، مع فرق ارتفاع كافٍ وفتحات كبيرة بما يكفي لتمرير تدفق الهواء المطلوب. ويصعب تبريرها عندما يمر الهواء عبر قنوات طويلة أو شفرات تقييدية أو مرشحات أو مسارات معقدة مقاومة للحريق.

لا يحدد متطلب تدفق الهواء مباشرةً حجم فتحة التهوية الطبيعية. إذ يعتمد تدفق الهواء المتاح على ضغط الطفو ومقاومة الفتحات والفرق الرأسي وفرق درجة الحرارة المتكوّن. وينبغي للمهندس الميكانيكي التحقق من هذه الظروف بدلًا من تطبيق مساحة فتحات ثابتة لكل قيمة kVA للمحول.

ميّز بين الأبعاد الإجمالية للفتحة والمساحة الحرة الصافية. تقلل الشفرات والشبكات والشبكات الواقية المساحة المتاحة لتدفق الهواء. وقد تظل فتحة كبيرة في الجدار مقيّدة للتبريد بعد تركيب مجموعة مكوناتها كاملةً.

يسهل التحكم في التهوية الميكانيكية عندما يكون الحمل الحراري كبيرًا، أو تتباين الظروف الخارجية على نطاق واسع، أو لا توفر هندسة الغرفة ضغط طفو كافيًا. ويجب اختيار المروحة على أساس تدفق الهواء المطلوب عند ضغط النظام المحسوب. فقد تبالغ قيمة تدفق الهواء الحر للمروحة في تقدير ما توفره عبر مسار التهوية بعد تركيبه.

تضيف المرشحات والشفرات وانحناءات القنوات وكواتم الصوت ومخمدات الحريق مقاومةً لتدفق الهواء. وإذا كان الترشيح ضروريًا، فاحسب أثر حالة المرشح عند تراكم الأوساخ، وأتح المجال اللازم للصيانة. وفي التركيبات التي قد يؤدي فيها تعطل التهوية إلى انقطاع خدمة حيوية، حدد كيفية اكتشاف تعطل المروحة وما إذا كانت هناك حاجة إلى سعة احتياطية.

وجّه تدفق الهواء عبر المحول

ضع مدخل الهواء بحيث يصل إلى قنوات التبريد السفلية، ثم وفر مسار خروج للهواء الساخن عند مستوى مرتفع. والتزم بالخلوصات المحددة من الشركة المصنّعة حول الغلاف وفتحات التبريد. فقد تعيق حوامل الكابلات والقواطع والمواد المخزنة مسار الهواء المقصود، حتى عندما تكون سعة معدات التهوية كافية.

من أوجه القصور الشائعة في التصميم حدوث قصر في مسار الهواء: إذ ينتقل الهواء النقي مباشرةً من المدخل إلى نقطة سحب قريبة، بينما يبقى الهواء الساخن حول المحول. ينبغي أن يشجع تصميم الغرفة الهواء على المرور حول المعدات بدلًا من تجاوزها. وعند وجود عدة محولات، تجنب توجيه هواء العادم الساخن من وحدة إلى وحدة أخرى.

تحتاج النهايات الخارجية إلى اهتمام مماثل. فلا ينبغي سحب هواء العادم مرة أخرى إلى المدخل، كما ينبغي أن يراعي موقع المدخل المطر والغبار والملوثات الموجودة في الموقع. وعندما يؤثر الفصل من الحريق في مسار التهوية، نسّق الفتحات والقنوات والمخمدات وأنظمة التحكم مع متطلبات البناء والكهرباء المعمول بها.

تؤدي مراوح المحول وتهوية الغرفة وظيفتين مختلفتين. فتحسن مراوح الملفات انتقال الحرارة محليًا، بينما يزيل نظام الغرفة تلك الحرارة من الحيز. وإذا أتاح التبريد القسري تحميلًا أعلى، فاحسب تهوية الغرفة بناءً على الفواقد الناتجة. ولا يعني بيان السعة بالتبريد الهوائي أن المحول قادر على التشغيل المستمر بحمل زائد دون قيود.

اختتم التصميم بمعايير قبول قابلة للقياس

قبل اعتماد طلبات المعدات وفتحات الغرفة نهائيًا، نسّق متطلبات تبريد المحول لدى المورّد مع حساب الحمل الحراري الذي أعده مصمم التهوية. وينبغي أن يتفق المشروع على حمل التشغيل ودرجة حرارة الهواء الداخل التصميمية وتدفق الهواء المطلوب والاستجابة لتعطل التهوية.

• احصل على بيانات الفواقد المضمونة ونمط التبريد والظروف المحيطة المسموح بها ومتطلبات الخلوص حول الغلاف.
• تحقق من تدفق الهواء المتاح فعليًا في ضوء مقاومة مسار التهوية المركب بالكامل.
• نسّق أدوات التحكم في المراوح وإنذارات درجة الحرارة وأي استجابة لخفض الحمل أو الفصل.
• وفّر إمكانية الوصول لتنظيف قنوات التبريد وصيانة المراوح واستبدال المرشحات عند تركيبها.

عند بدء التشغيل، تحقق من تدفق الهواء وسجل درجات الحرارة بالقرب من مدخل هواء تبريد المحول وكذلك عند مخرج العادم. ولا يثبت اختبار بدء التشغيل عند حمل خفيف أداء النظام عند ذروة الحمل وذروة درجة حرارة الهواء الخارجي؛ لذا قيّم هذه الظروف من خلال حسابات التصميم، وأجرِ قياسات تشغيلية لاحقة عند الحاجة.

يصبح متطلب التهوية جاهزًا للاعتماد عندما يستطيع المشروع تحديد مقدار الحرارة الواجب إخراجها من الغرفة، وكمية الهواء التي ستمر عبرها فعليًا، ودرجة الحرارة التي ستصل إلى المحول في ظروف التشغيل الشاقة. وتوفر هذه الأرقام الثلاثة لمدير المشروع أساسًا يمكن الدفاع عنه لقبول تصميم الغرفة.