制御盤製作における熱計算書(ファン必要風量計算)の作成手順(フォーマットあり)

制御盤製作における熱計算書(ファン必要風量計算)の作成手順(フォーマットあり)

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このページでは、制御盤の製作時に必要となる熱計算(必要風量計算)の方法と、熱計算書のフォーマットについて紹介しています。

近年、制御盤の製作時に『熱計算書』の提出を求められる機会が多くなってきました。
初めて熱計算書を作成する場合、何から始めればよいか分からないということがあります。

実は熱計算も覚えてしまえば意外とシンプルに計算できてしまいます。
難しく考えすぎなだけで、屋内設置であれば難しくありません。

このページで熱計算の方法を覚えて、フォーマットをダウンロードしてください。
フォーマットで熱計算書を作成すれば、周りの人は「えっ!?もうできたの?」なんて驚くでしょうね。

フォーマットも大事ですが、肝心なのは中身をしっかり理解することですよ。
熱計算の方法とフォーマットの使い方についてご紹介します。

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1.熱計算書で何を示すのか

熱計算書で何を示すのか

熱計算書を作成することで何を示すのか理解しておきましょう。

制御盤は盤内に制御機器があり、電源が入っているときには熱が発生します。
リレーやPLCであればそこまでの発熱はありません。

しかし、インバータやサーボアンプ、モータードライバは容量が大きくなれば発熱量も多くなります。
また、発熱量の小さい機器も多くなればそれなりの発熱量になってきます。

盤内の発熱量に対して、設置場所の周囲環境や制御盤の大きさ、材質等を考慮します。
内部に設置された機器の使用環境温度の仕様にあてはまるか、機器への熱の影響はないかを示すために熱計算書を作成する必要があります。

つまり、発熱によって盤内機器が故障することはないかを示すものが熱計算書となります。

熱計算の考え方、実際の計算内容について、熱計算書のフォーマットについて紹介します。

 

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2.基本的な熱対策の考え方

基本的な熱対策の考え方

 

熱計算を考える上での基本的な考え方として、以下が挙げられます。

熱計算の基本的な考え方

  • 盤内部の機器による発熱量を把握する
  • 制御盤の自然放熱で盤内部の温度冷却が可能か
  • 自然放熱では冷却不足の場合、ファンでの温度冷却で問題ないか
  • ファンでも冷却が難しい場合、盤用クーラーで冷却可能か

盤内部で機器の発熱により温度が上がった時に機器が故障するような状態にはならないか、ファンを設置して冷却することで温度上昇しても仕様範囲内に収まることを『熱計算書』で示していきます。

近年では盤内部での温度上昇により、制御機器が熱により故障するというような熱的トラブルが増えています。
機器の小型化に伴う影響も少なからずあります。

そこで、事前に熱発生量、温度上昇を計算して求め、発熱量に応じてファンを設置するなどの処置をします。
盤内部の温度上昇を防いで熱トラブルを避けることが考えの基本となります。

 

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3.熱計算書の計算内容について(フォーマット説明)

熱計算書の計算内容について(フォーマット説明)

 

今回説明する熱計算は、制御盤における必要な換気風量を求めるものとなります。
計算式の内容だけを説明されても分かりづらいので、使い方説明を兼ねてフォーマットの画像を見ながら説明を進めます。

このフォーマットは画像の赤枠内に数値を記入すれば、演算して結果が出るように作成してあります。
制御盤の熱計算に関する各項目と設定箇所について説明します。

 

3-1.制御盤内の必要風量

制御盤内の必要風量

画像クリックで拡大します

 

サイズ

制御盤の幅(W)、高さ(H)、奥行き(D)の寸法を[mm]で記入します。

 

表面積(S)

自然放熱を計算するために、壁などに接していない面積を求めます。
別途『表面積の計算』に関する設定がありますので、後ほど説明します。

 

熱通過率(U)

熱通過率は、制御盤の扉や側面、天井などを熱が通過する率を表すものです。
一般的な鉄製の塗装品は 5~6[W/㎡・K] となり、仮定で”5”としてあります。

少し難しい計算がありますが、ここでは割愛します。
詳しく知りたい方は「盤用熱関連機器工業会(TECTA)」をご確認ください。

参考 盤用熱関連機器工業会TECTA

 

許容温度上昇(ΔT)

許容される温度上昇の値です。
このあと説明する対象周囲温度(T1)、対象内部許容温度(T2)の差となります。

 

対象周囲温度(T1)

制御盤の設置箇所周辺の環境温度の最大値を記入します。
屋内でエアコンの効いている部屋であれば、25~30℃が最大値となります。

 

対象内部許容温度(T2)

制御盤内部の許容最大温度を記入します。

ほとんどの制御機器は50℃までの仕様となっているものが多いです。
50℃であれば、5℃の余裕を見て45℃でよいです。

 

総熱量(Q)

盤内機器の発生する総熱量になります。
別途『総熱量の計算』に関する設定がありますので、後ほど説明します。

 

安全率(Sf)

求められる必要風量に対して、どのくらいの余裕を見るかを設定します。
値を”2”とした場合、必要風量の2倍の風量を確保することになります。

 

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3-2.必要風量に応じたファン必要数

必要風量に応じたファン必要数

画像クリックで拡大します

 

ファン型式、メーカー、風量

ファンの選定をしたあとに型式、メーカー、風量の仕様の値を記入します。

風量についてはカタログに記載されているはずなので、確認して記入しましょう。
必要台数と確保できる風量が自動的に算出されます。

 

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3-3.表面積の計算

表面積の計算は、空気中に触れている面積を求めるものです。
設置状況に応じて、壁や床などに触れている面がどの状況なのかを選択します。

『選択』の欄に ”○” を入れた箇所の数値が『制御盤内の必要風量』に反映されます。

よくある接触面状況として以下の5パターンを準備してあります。

接触面のパターン

  • 床のみ接触(自立盤)
  • 床、背面が接触(自立盤、背面に壁)
  • 背面のみ接触(壁掛盤)
  • 床、背面、両側面が接触(自立盤で連結、背面に壁)
  • 床、両側面が接触(自立盤で連結)

また、上記5パターンに当てはまらない場合も考慮して『その他』の項目を用意してあります。
『その他』については当てはまる接触面数を考慮して演算をするように変更してください。

演算は表の右側にある『演算補助』の項目に、空気中に触れている面数を入れると自動計算する仕組みにしています。

『その他』を使用する場合には、空欄となっている演算補助に各面数を記入すれば使用可能です。
『その他』と書いてある部分も、実際の接触していない面の数を記入して変更してください。

 

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3-4.総熱量の計算

総熱量の計算1

画像クリックで拡大します

総熱量の計算2

画像クリックで拡大します

 

総熱量の計算は、各機器の発熱量とその内訳を記載していきます。
部品表のように一つ一つの部品を記載する必要性はなく、機器の種類毎に記載があればよいでしょう。

長くなっても見づらいだけですので、種類毎に発熱量が分かるようにしましょう。

この計算にも表面積の計算と同様に、表の右側に『演算補助』があります。
『値1』~『値6』までの項目を用意しています。

数値を記入すれば、表には『値1』~『値6』の合計値が表示されるようになっています。

この画像では『漏電ブレーカ』は150Aのブレーカの発熱量が(50W)、10Aのブレーカの発熱量が(12W)×2台、50Aのブレーカの発熱量が(19W) となっています。

『値2』の部分では演算式に『=12*2』と記入されており、結果として ”24” と表示されています。
『値1』~『値3』の合計値として表には ”93” と表示されているのが分かると思います。

総熱量の計算の表の最終行に『配線、その他電気部品』の項目を設けてあります。
同じ行の演算補助の『値1』には一つ上の行までの合計熱量、『値2』には割合を記入します。

配線や小物類まで細々したものの熱量まで調べていたのでは時間がかかりすぎてしまいますので、おおよそ何%を見込むかを記入して算出できるようにしてあります。

各機器での発熱量が分からない場合には『盤用熱関連機器工業会(TECTA)』で公開されている『技術資料 第001号盤内収納機器の発熱量(目安)指針』を参考に記入しましょう。

 

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3-5.タイトル、シート名称、フッター設定、印刷

 

3-1項の画像にもありますが、最上部には以下のようにタイトルがあります。

タイトル名称

『○○○制御盤△熱計算書』(△:全角スペース)

このタイトルはシート名称と連動しています。

シート名称

『”シート名称”△熱計算書』(△:全角スペース)

シート名称を変更すれば、タイトルは気にせずに記入箇所を記入していけば熱計算書が完成できるようにしています。

 

また、フッターにはページ番号が表示されるように設定してあります。
表示形式としては『ページ番号/総ページ数』で設定してあります。

形式に不都合などあれば、必要に応じて変更してください。

印刷は表の部分が印刷されるように設定されています。
表の右側にある演算補助や表の左側の注記などは印刷されません。

印刷プレビューで確認してから印刷してください。

 

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4.フォーマットダウンロード

 

以下よりダウンロードしてご使用ください。

”PASS”をコピーして貼り付け、「Download Now!」ボタンをクリックしてダウンロードしてください。

 

PASS:netsukeisan

 

 

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5.さいごに

さいごに

 

熱計算の内容とフォーマットについて説明しましたが、大事なことは熱計算の内容を理解することです。
基本的な熱計算の考え方を覚えておきましょう。

このフォーマットに表紙などを用意して自分用の熱計算書に仕上げれば、見栄えもよくなります。
型にはめられるものははめてしまって、楽に作成して次の仕事を進めましょう。