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Wärmeberechnung für die Schaltschrankkühlung

Die Hersteller von Wärmetauschern stellen Wärmeleistungsdaten normalerweise als eine Funktion der Wärmebelastung und der eingehenden Luft- und Wasserdurchflussmenge dar. Dies funktioniert gut bei Anlagen, in denen der Wärmetauscher  zum Kühlen von Wasser mit Luft verwendet wird, da man einfach die Wärmebelastung, Lufttemperatur und Flüssigkeitstemperatur eingeben kann, um festzustellen, ob die Anlage ausreichende Wärmeleistung bringt.

Schaltschrankkühlungen verwenden den Wärmetauscher in der entgegengesetzten Konfiguration - kaltes Wasser fließt im Flüssigkeitskreislauf und die warme Luft aus dem Schrank wird beim Durchlaufen der Rippen des Wärmetauschers gekühlt. In Gehäusekühlungen müssen die Temperatur der Luft beim Eintritt in den Schrank und die Maximaltemperatur, welche die Luft im Schrank erreicht, bekannt sein. Keine dieser Temperaturen kann direkt aus den Wärmetauscher-Leistungskurven abgelesen werden.

Der normale Weg, um die Temperaturveränderung der Luft zu berechnen, ist die Massendurchflussmengenberechnung Gleichung. Diese kann zeitaufwändig und fehleranfällig sein.

Zur Vermeidung dieser Berechnungen hat Lytron Diagramme entwickelt, um den Temperaturanstieg in bekannten Wärmeübertragungsmedien bei verschiedenen Wärmebelastungen schnell schätzen zu können. Diagramme stehen für Luft, Wasser, Öl und 30/70-Ethylglykol-Wasser (EGW) zur Verfügung. Um die Temperaturveränderung zu berechnen, muss nur der passende Graph ausgewählt, die Durchflussmenge und Wärmebelastung nachgeschaut und die Temperaturveränderung abgelesen werden.

 Diagramm zur Veränderung der Lufttemperatur(PDF zu diesem Diagramm herunterladen)
 Diagramm zur Veränderung der Wassertemperatur(PDF zu diesem Diagramm herunterladen

 Diagramm zur Veränderung der Öltemperatur(PDF zu diesem Diagramm herunterladen)
 Diagramm zur Veränderung der 50/50-EWG-Temperatur(PDF zu diesem Diagramm herunterladen)

Wenn sie zusammen mit Produktleistungskurven verwendet werden, stellen diese Diagramme eine schnelle und einfache Möglichkeit dar, die Temperatur der kalten Luft, die in den Schrank eintritt und die maximale Lufttemperatur im Schrank zu berechnen.

Beispiel:

Sie untersuchen einen 6310-Wärmetauscher mit einem Caravel-Lüfter, um einen Elektronikschrank zu kühlen. Das in den Wärmetauscher einfließende Wasser hat eine Temperatur von 20°C und eine Durchflussmenge von 1 gal/min (3,79 l/min). Die Wärmeleistung Q beträgt 2400 W.

 Welche Temperatur hat die in den Schrank eingehende gekühlte Luft (d.h. die Temperatur der Luft, welche den Wärmetauscher verlässt) und was ist die Maximaltemperatur in dem Schrank (d.h. die Temperatur der warmen Luft, die in den Wärmetauscher eintritt)?

Als Erstes muss die Leistungskurve des 6310 im Katalog nachgesehen werden. Bei einem Wasserdurchfluss von 1 gal/min (3,79 l/min) und dem Caravel-Lüfter, der ungefähr 250 cfm liefert, beträgt seine Leistung 80 W/°C.

Da bekannt ist, dass Q 2400 W und Q/ITD 80°C/W beträgt, kann ITD berechnet werden.

ITD = 2400W ÷ 80°C/W = 30°C

Desweiteren ist bekannt, dass die eingehende Wassertemperatur 20 °C beträgt. Daher kann die eingehende Lufttemperatur berechnet werden:

Die eingehende Lufttemperatur = 20 °C + 30 °C = 50 °C.

Um die ausgehende Lufttemperatur zu bestimmen, wird die "Luftdurchsatz"-Tabelle unter Verwendung der Parameter 250 cfm und 2400 W genutzt.

Die Temperaturveränderung beträgt ungefähr 17 °C. Die ausgehende Lufttemperatur beträgt 50 °C - 17 °C = 33 °C.

Nun ist bekannt, dass dieser Wärmetauscher mit dem Caravel-Lüfter die Luft auf 33 °C kühlt und die heißeste Temperatur, welche die Luft in dem Schrank erreichen wird, 50 °C betragen wird.

Zur Bestimmung der ausgehenden Wassertemperatur wird die "Wasserdurchsatz"-Tabelle verwendet.

Bei 1 gal/min (3,79 l/min) und 2400 W zeigt dies an, dass die Temperaturveränderung ungefähr 9 °C beträgt. Daher ist die ausgehende Wassertemperatur 20 °C + 9 °C = 29 °C.

Die Diagramme für Luft, Wasser, Öl und EGW stehen im PDF-Format zum Herunterladen zur Verfügung. Sie sind hilfreich für die Bestimmung der Wärmetauscher und Kühlplatten und sind desweiteren hilfreich bei einer Vielzahl von anderen Temperaturveränderungsberechnungen.