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Einbau Eines Wärmetauschers in ihr System: Überlegungen zu Lüftern

Bei der Planung eines geschlossenen Kühlkreislaufs müssen Überlegungen darüber angestellt werden, welcher Lüfter und welcher Wärmetauscher zu Ihrer Anwendung passt und wie die Baugruppe in Ihrem System installiert werden kann. In diesem Anwendungshinweis wird untersucht, wie die Verwendung einer Verteilerkammer, die Strömungsrichtung sowie die Volumen- und Massendurchflussmenge sich auf die Auswahl und den Einbau des Lüfters auswirken.

Verteilerkammer

Die Verteilerkammer bildet einen Abstand zwischen dem Lüfter und den Kühlrippen des Wärmetauschers, um zu gewährleisten, dass die Luft über die ganze Oberfläche des Wärmetauschers verteilt wird.

Wenn der Lüfter zu dicht am Wärmetauscher angebracht wird, reduziert dies die effektive Größe des Wärmetauschers in etwa auf die Größe des Lüfters (Abb. 1). Da die Luft jetzt durch einen kleineren Bereich strömt, führt dies zu einem höheren luftseitigen Druckverlust und damit zu reduzierter Luftströmung. Die Kombination des kleineren effektiven Wärmetauscherbereichs mit der reduzierten Luftströmung führt zu einer geringeren Wärmeübertragung.

 

Wenn der Lüfter im richtigen Abstand zum Wärmetauscher angebracht wird (siehe Abb. 2), bewegt er die Luft über den gesamten Kühlrippenbereich des Wärmetauschers. Da die Luftströmung über einen größeren Bereich ausgebreitet wird, ergibt sich ein geringerer Druckverlust und damit eine größere Luftströmung und bessere Leistung.

 

Für maximale Leistung Ihres Wärmetauschers ist es auch wichtig, dass die Verbindungen zwischen dem Lüfter, der Verteilerkammer und dem Wärmetauscher luftdicht sind, damit keine Luft ausströmen kann und alle Luftströmungen auf jeden Fall durch den Wärmetauscher gehen.

  Edelstahlwärmetauscher der 4000er-SerieBei den Wärmetauschern der Serie 4000
von Lytron sind eine Verteilerkammer und
eine Lüfterplatte eingebaut.
Sie befinden sich im richtigen
Abstand und gewährleisten damit
optimale Leistung.

Die meisten Wärmetauscher von Lytron enthalten eine fest eingebaute Lüfterplatte und Verteilerkammer in optimaler Entfernung, um eine gute Luftströmung zu gewährleisten. Das garantiert die beste Leistung, wenn Sie den Wärmetauscher in Ihr System einbauen.

Platzierung des Lüfters

Verschiedene Bedingungen wirken sich auf die Platzierung des Lüfters aus, wie zum Beispiel Leistung, Lebensdauer des Lüfters und Geräusch.

Leistung

Vorausgesetzt, dass es keine äußeren Beschränkungen für die Luftströmung gibt, bewegt der Lüfter dieselbe Menge Luft über einen gegebenen Widerstand, unabhängig davon, ob er diese schiebt oder zieht. Beim Einbau eines Lüfters in einen Wärmetauscher im offenen Raum ergibt sich ein geringer Leistungsunterschied je nachdem, ob Sie die Luft durch den Wärmetauscher schieben oder ziehen. Wenn der Lüfter die Luft durch den Wärmetauscher schiebt, kann es durch die vom Lüfter erzeugte Wärme einen leichten Temperaturanstieg bei der in den Wärmetauscher eintretenden Luft geben (und darum eine Verringerung der Leistung). In den meisten Fällen ist dieser Temperaturanstieg marginal.

Wenn allerdings der Luftweg versperrt ist (zum Beispiel in einer Schaltschrankkühlanwendung), dann kann eine Richtung weniger einschränkend sein als die andere, und so kommt es zu einem Leistungsunterschied. Solche Situationen müssen von Fall zu Fall einzeln evaluiert werden.

Lebensdauer des Lüfters

Wie bei allen elektrischen Geräten hält der Motor des Lüfters länger, wenn er niedrigeren Temperaturen ausgesetzt ist. Die Lebensdauer des Lüfters kann sich um bis zu 55 % verringern, wenn dieser bei 60 °C statt bei 20 °C betrieben wird. Wenn Sie die Flüssigkeit kühlen, ist es das Beste, die kühle Luft durch den Wärmetauscher zu schieben, so dass die kühlere Luft am Motor des Lüfters vorbeiströmt. Wenn Sie hingegen die Luft kühlen, verbessern sich die Lebensdauer und die Leistung des Lüfters, indem der Lüfter die Luft durch den Wärmetauscher zieht.

Geräusch

Den leisesten Betrieb erreichen Sie, wenn der Lüfter an der Seite des Wärmetauschers angebracht wird, so dass die Luft möglichst weit weg vom Anwender ausströmt. Andere Faktoren, die sich ebenfalls auf den Geräuschpegel des Lüfters auswirken können, sind die Gesamtluftströmung, die Größe und Ausfertigung der Lüfterflügel sowie die Geschwindigkeit, mit welcher der Lüfter läuft. Größere, sich langsamer drehende Lüfter sind geräuschärmer als kleine Hochgeschwindigkeitslüfter.

Volumen- und Massendurchflussmenge

Die Kühlkapazität hängt von der Massendurchflussmenge ab. Ein Lüfter sorgt für einen konstanten Volumendurchfluss, nicht für einen konstanten Massendurchfluss. Der Massendurchfluss und der Volumendurchfluss sind wegen der Luftdichte miteinander verbunden. Dichtere Luft sorgt für eine höhere Massendurchflussmenge und bietet darum eine verbesserte Wärmetauscherleistung.

Die Luftdichte wird durch den Druck und die Temperatur bestimmt. Bei einer Temperatur von 59 °F (15 °C) und einem Druck von 14,7 psia beträgt die Luftdichte 0,076 lb/ft3 (1,219 g/l). Durch Erhöhen der Temperatur oder Verringern des Drucks sinkt die Dichte. Darum wird für den Betrieb bei höheren Temperaturen oder in höherer Lage über NN ein größerer Volumendurchfluss nötig, um die geringere Dichte zu kompensieren.

Zum Beispiel hat ein Lytron 6210 Wärmetauscher mit einem Comair Rotron Falcon Lüfter eine Luftströmung von 225 cfm. Bei 15 °C und einem Druck von 14,7 psia entspricht dies einem Massendurchfluss von 17,1 lb/min (7,763 kg/min). In 20.000 ft (6096 m) Höhe hingegen beträgt der Massendurchfluss nicht einmal die Hälfte dieses Wertes. In Abb. 3 ist dargestellt, wie der Massendurchfluss nach Höhe und Temperatur variiert.

 

59°F

100°F 

200°F

  Volumendurch-
flussmenge (cfm)
 
Massendurch-
fluss (lb/min)
 
Volumendurch-
flussmenge (cfm)
 
Massendurch-
fluss (lb/min)
 
Volumendurch-
flussmenge (cfm)
 
Massendurch-
fluss (lb/min)
 
Höhe über NN (0 ft) 225 17.1 225 15.7 225 13.5
1000 ft (304,8m) 225 16.4 225 15.3 225 12.8

20.000 ft (6096m)

225 7.8 225 7.2 225 6.0

Abb. 3. Volumendurchflussmenge versus Massendurchflussmenge eines Lytron 6210 mit Comair Rotron Falcon Lüfter bei verschiedenen Temperaturen und Höhen über NN.

Fazit

Allgemein sollten Sie beim Einbau eines Wärmetauschers und Lüfters in Ihr System:

  1. Eine Verteilerkammer verwenden, um eine gute Luftverteilung und damit optimale Leistung zu erzielen.
  2. Die Systemkonfiguration, Anforderungen an den Geräuschpegel und die Lebensdauer des Lüfters berücksichtigen, um zu entscheiden, ob die Luft durch den Wärmetauscher geschoben oder gezogen wird.
  3. Wenn Sie das System bei erhöhten Temperaturen oder in großer Höhe über NN betreiben, sollten Sie die Luftdichte berücksichtigen und darauf achten, dass diese für den gewählten Lüfter adäquat ist.

Literaturhinweise:

Webseite von Greenheck "Korrekturen für Temperatur und Höhe verstehen"