Wahl des Klimatisierungs – Systems
Klimatisierungs
WAHL DES KÜHLSYSTEMS
Zur Wahl des am besten geeigneten Kühlsystems muss vor allem eine Berechnung des Wärmeaustausches des Schrankes vorge-nommen werden.
BERECHNUNG DES WÄRMEAUSTAUSCHES
Die Berechnung der abzuführenden thermischen Belastung ist die Grundvoraussetzung für die richtige Wahl des Kühlsystems und muss 4 Faktoren berücksichtigen: die von den Geräten im Innern des Schaltschrankes erzeugte Wärme, die Umgebungstemperatur des Schrankes, die gewünschte Temperatur im Inneren des Schrankes und die Abmessungen und Bedingungen der Installation des Schrankes selbst.
Zur Ermittlung der Gesamtwärmeleistung der im Schrank befindlichen Komponenten sind die Herstellerangaben auf den Da-tenblättern genauestens zu prüfen. Natürlich muss bei der Berechnung der Gleichzeitigkeitsfaktor der verschiedenen Komponenten berücksichtigt werden.
Weiterhin muss, wie schon angedeutet, die Umgebungstemperatur des Schrankes genau ermittelt werden. Die Oberflächen des Schrankes haben einen Wärmeaustausch mit der Umgebung. Wenn daher die Außentemperatur niedriger ist als die Innentempera-tur, wird Wärme von Innen nach Außen abgegeben und wird deshalb von der thermischen Belastung durch die Komponenten abge-zogen; andererseits, wenn die Außentemperatur höher ist als die innere, erfolgt eine entgegengerichtete Reaktion; folglich muss der Wert der absorbierten Wärme dem Wert der durch die Geräte erzeugten Wärme zugezählt werden. Bei Edelstahloberflächen werden 5,5 W/m²K für jeden Quadratmeter der Oberfläche übertragen.
Die Berechnung der Übertemperatur im Inneren des Schrankes erfolgt entsprechend der Norm CEI 17/43 auf der Basis der Gebrau-chsbedingungen des Schrankes.
Um eine schnelle Berechnung des Wärmeaustausches entsprechend der genannten Norm vornehmen zu können ist auf Anfrage das Berechnungsschema im Format Microsoft® Excel lieferbar.
Zur Annäherungsberechnung kann jedoch folgender Weg eingeschlagen werden:
LEGENDE
| L = Breite Schrank (m) | H = Höhe Schrank (m) | P = Tiefe Schrank (m) |
| Frei zugänglich von allen Seiten | Rückwand gegen feste Wand | Linke Seitenwand gegen eine feste Wand |
| Rechte Seitenwand gegen eine feste Wand | Linke Seitenwand und Rückwand gegen feste Wand | Rechte Seitenwand und Rückwand gegen feste Wand |
| Linke und rechte Seitenwand gegen feste Wände | Seitenwände und Rückwand gegen feste Wände | Vollständig mit Decke gegen feste Wände |
Zur Berechnung der Kühl- oder Wärmeleistung muss folgende Formel verwendet werden:
Pe = PV –( k x Ae x Δt)
wobei Ae die effektive Oberfläche des Schrankes entsprechend der oben bezeichneten Tabelle 1 ,Δt der rechnerische Wert aus der Differenz zwischen gewünschter Innentem-peratur und der Außentemperatur des Schrankes, k der Wärmeübergangswert (etwa 5.5 W/K m²), Pv die effektiv abgegebene Wärme durch die Geräte im Innern des Schrankes und Pe die erforderliche Leistung an Wärme oder Kälte ist.
Zur annähernden Berechnung der Leistung Pv kann auf die Tabelle “ERZEUGTE WÄRME BEZOGEN AUF INSTALLIERTE LEISTUNG” zurückgegriffen werden.
| Erzeugte Wärme bezogen auf installierte Leistung | |
| Elektrische/elektronische Komponente |
Erzeugte Wärme in W |
| Transformatoren – Inverter – Schalter |
5% der Leistung |
| Speiser für elektronische Elemente |
10% der Leistung |
| Relaisspulen und Zähler |
5% der Leistung |
| Leuchten |
95% der Leistung |
| PLC |
150W |
| Steuersysteme |
200W |
Die Tabellendaten sind mittlere Annäherungswerte, die auf der Basis des effektiv installierten Gerätes kontrolliert werden müssen.
Zum besseren Verständnis schlagen wir folgendes Beispiel vor:
In einen Elektroschrank mit einer Gesamtoberfläche von 5,3 m² wurden installiert:
ein Transformator mit voller Leistung von 15000 W, eineKeuchte von 100 W, ein PLC und ein Inverter von 20000 W mit 80-prozentiger Nutzung. Basierend auf die Tabelle erhalten wir eine Gesamtbelastung von:
Transformator 15000 x 5 = 750 W
100
Leuchte 100 x 95 = 95 W Gesamt der in Wärme verwandelten Leistung PV = 1795 W
100
PLC = 150 W
Inverter 2000 x 80 x 5 = 800 W
100 100
Würde dieser Schrank in einer Umgebung mit 40°C stehen und eine Innentemperatur von 30°C (-10°C) gewünscht sein, müssen diese Daten auf die Gesamtoberfläche des Schrankes übertragen werden.
Die Berechnung der in den Schrank übertragenen thermischen Leistung erfolgt durch die Formel:
5.5 x 5.3 x -10 = -291.5 W
Die gesamte thermische Belastung ist folglich=
Pe = 1795- (-291.5)= 2086.5 W
Schafft die wärmeübertragende Schrankoberfläche es nicht, die thermische Belastung durch die im Innern befindlichen Geräte abzuführen, ist es erforderlich, ein passendes Kühlsystem zu wählen – Klimatisierung oder Belüftung.
KLIMATISIERUNG
Dieses Kühlsystem ist dafür geeignet, die Innentemperatur des Schrankes auf dem gleichen oder einem niedrigerem Niveau wie die Außentemperatur zu halten. Um den Geräten ein arbeitsgerechtes Umfeld zu geben, muss genau auf die Auslegung der Klimatisie-rungsanlage geachtet und ein Modell gewählt werden, das zur Erhaltung von Temperaturen in annehmbaren Grenzen ausreicht, auch unter schlechtesten Bedingungen, ohne es überzudimensionieren. Es muss daher eine Korrelation zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur im Inneren des Schrankes bestehen, um das zu erreichen was allgemein als “Korrekturfaktor” bezeichnet wird, ein zur Nominalausbeute einer Klimatisierungsanlage erforderlicher Wert. Um die Suche nach diesem Faktor zu erleichtern, hilft Ihnen die nachfolgende graphischen Darstellung:
D(*) Wir finden hier:
• Auf der Abszissenachse (X) ist die Umgebungstemperatur Te eingetragen
• Auf der Ordinatenachse (Y) der Korrekturfaktor F eingetragen
• Die Kurven beziehen sich auf die Innentemperatur des Schrankes Ti, der gestrichelte Teil bezeichnet die Zone die die Klimaanlage für nur kurze Perioden erreichen kann,
• Die umkreisten Zahlen bezeichnen die Arbeitsbedingungen in Funktion der relativen äußeren Feuchtigkeit:
1 – 80 %
2 – 60 %
3 – 40 %
4 – 30 %
5 – 20 %
Wird die Innentemperatur des Schrankes unter den angegebenen Werten eingestellt, bildet sich beim Öffnen der Tür Kondensat auf den elektrischen Komponenten, da der Taupunkt erreicht wird.
Beispiel zur Korrektur der Ausbeute:
Bei einer Außentemperatur von 35°C und einer Innentemperatur von 30°C ist der Korrekturfaktor 0,9. Um bei diesen Bedingungen 1.000 W zu errei-chen, braucht es eine Klimaanlage mit einer Nominalleistung (35L35) von 1.000 / 0,9 = 1,112 W. Anders ausgedrückt liefert eine Klimaanlage von nominal 1.000 W unter diesen Bedingungen 900 W.
Nach Bestimmung dieses Wertes kann die Effektivleistung einer Klimaanlage durch folgende Formel bestimmt werden:
Nominalleistung Klimaanlage = erforderliche Kühlleistung
Korrekturfaktor
Zum Beispiel ist bei einer Außentemperatur von 45°C und einer Innentemperatur von 35°C der Korrekturfaktor gleich 0,85. Das heißt, dass unter diesen Bedingungen eine Klimaanlage mit nominal 1.000 W eine Leistung von 850 W hat, und dass man, will man eine Leistung von 1.000 W erhalten, eine Klimaanlage von 1.176 W (1.000 W / 0,85) installieren muss.
Bei Benutzung von Klimaanlagen mit Luftkühlung muss immer beachtet werden, dass:
– An den Außenseiten keine Hindernisse vorhanden sind, welche die Leistung der Klimaanlage vermindern.
– Die Standard-Klimaanlage nur bei Außentemperaturen zwischen 20°C und maximal 55°C arbeiten kann.
– Die Innentemperatur des Schrankes zwischen 25°C und 45°C gehalten werden muss. Höhere Temperaturen können sowohl für die Klimaanlage selbst wie auch für die im Schrank befindlichen Komponenten gefährlich werden. Niedrigere Temperaturen kön-nen beim öffnen der Türen zur Kondensatbildung auf den Komponenten führen.
– Für jede Klimaanlage Spannungs- und Frequenzwerte mit entsprechenden zulässigen Toleranzwerten festgelegt werden. Diese Toleranzen dürfen nie überschritten werden, da ansonsten die Betriebssicherheit und die Funktion der Geräte gefährdet werden.
– Die Luft regelmäßig auf Substanzen kontrolliert wird, die die für die Klimaanlage verwendeten Materialien beschädigen könnten. Weiterhin ist es ratsam, die Umgebung der Kühlgeräte auf Wärmequellen, Luftverschmutzung, Witterungseinflüsse und feuchte Luftströmen zu kontrollieren, die zu Korrosionen und zur Leistungsminderung führen könnten. Ebenso ist es ratsam zu kontrollie-ren, ob die Luft frei von Öl und Lösungsmittelnebeln ist, die die normalen Polyurethanfilter beschädigen könnten.
– Die Luft enthält immer einen gewissen Gehalt an Wasserdampf, daher kondensiert sich der im Inneren des Schrankes befindli-che Wasserdampf auf der kalten Oberfläche des Wärmetauschers. Wird der Schrank nach außen abgedichtet gibt es, wenn der Wasserdampf einmal entfernt ist, keine Bildung von Kondenswasser. Ist dagegen der Schrank geöffnet (auch nur für kurze Zeit) wird kontinuierlich Kondensat produziert das über die an der Klimaanlage angebrachte Leitung abgeführt werden muss. Diese Leitung muss von Verstopfungen frei gehalten werden. Um zu verhindern, dass nach einer gewissen Zeit ein Transport von Kondensat in das Innere des Elektroschrankes erfolgt darf die Leitung keinen Siphon aufweisen. Weiterhin ist es angebracht, einen Mikroschalter an der Tür zu montieren, der die Funktion der Klimaanlage automatisch unterbricht und verhindert, dass sich im inneren des Schaltschranks zu viel Kondensat auf den kalten Oberflächen bildet. Auf alle Fälle sollte vermieden werden, die Tür kontinuierlich zu öffnen und zu schließen, da hierbei der interne Motorschutz die Funktion unterbrechen könnte..
BELÜFTUNG
BELÜFTUNG
Dieses Kühlsystem ist dann geeignet, wenn die Außentemperatur immer tiefer als die Innentemperatur ist. Um den Ventilator korrekt berechnen zu können, muss die erforderliche Leistung (siehe Schema THERMISCHE BERECHNUNG), die Temperaturdifferenz zwischen Innen und Außen und der graphischen Darstellung entnommene Wert der Mindestförder-leistung an Luft des Ventilators bekannt sein. Es ist unbedingt erforderlich immer ein Gitter mit Ventilator und eines ohne zu kombinieren. Die Anwendung dieses Kühlsystems bietet viele Vorteile: leichte Installation (es reicht den Schrank nach dem gelieferten Schema anzubohren), geringe Wartung und Kosten weit unter anderen Kühlsystemen.
Zur Vermeidung von Problemen und Schäden wird immer empfohlen:
• Zu Kontrollieren, dass die Außentemperatur immer unter der Innentemperatur liegt.
• Die Filter regelmäßig zu kontrollieren und eventuell zu ersetzen (diese Arbeit kann auch bei laufendem Ventilator erfolgen).
• Lieber einen leicht überdimensionierten Ventilator wählen als den durch die theoretischen Berechnungen vorgeschlagenen: ein Luftfluß leicht über dem errechneten Wert schadet nicht, gibt aber gleichzeitig eine gewisse Sicherheit.
Pe = abgestrahlte Leistung Watt
V = Luftmenge (m³h)
• Im Voraus zu bestimmen:
• Die von den elektrischen Vorrichtungen abgestrahlte thermische Leistung.
• Die erlaubte Höchsttemperatur im Schrankinneren.
• Die maximale vorhersehbare Außentemperatur.
• berechnen als Differenz zwischen zwei Temperaturen.
• Die horizontale Linie der abgestrahlten thermischen Potenz mit der diagonalen der Temperaturdifferenz (T) kreuzen. Die Vertikale, die sich mit dem Kreuzungspunkt schneidet, ergibt die gewünschte Luftmenge in m³/h.
• Entsprechenden Ventilator auswählen.