Nützliche Daten? Kühlung mit Filterlüftern
„2500 cm³ Hubraum, Stich“…“268 PS, Stich“…“275 km/h max. Geschwindigkeit, Stich“, diese Werte waren in der Jugend schlagkräftige Argumente um im Auto-Quartett dem Gegner die Karten abzuluchsen. Nach ein paar Runden kannte man seine Topkarten und wusste immer genau welchen Wert man für den nächsten Stich hervorzaubern musste. Neben den Autos gab es dann auch Motorräder, Flugzeuge, Schiffe, etc. Die Informationen über jedes einzelne Meisterwerk der Technik waren vielfältig und die Zahlen beeindruckten. Mit dem Älterwerden hat man aber erkannt, dass die reinen Zahlen nicht immer das sind, was Eindruck verschafft. Viel wichtiger sind Dinge, die eine echte Wirkung haben. Fakten!
Nicht nur in der Branche der Klimatisierungstechnik gibt es heutzutage eine Informationsflut an technischen Daten. Und manchmal ist der Nutzen der vielen Zahlen für den Kunden mehr als fraglich. Ein Beispiel sind die Luftdurchsatzwerte von Filterlüftern.
Pfannenberg hat die Kernkompetenz, die relevanten Fakten zu fokussieren und somit eine gezielt transparente Anwendungsberatung zu leisten.
Kühlen mit Filterlüftern
Filterlüfter bieten eine einfache und effiziente Möglichkeit der Kühlung. Um erwärmte elektronische Bauteile oder Komponenten abzukühlen, wird kalte Luft, meist aus der Umgebung, in die Schaltschränke geleitet. Die unerwünschte warme Luft wird dabei aus dem Schaltschrank geblasen. Gleichzeitig verhindert ein vordefiniertes Filtermedium permanent das Eindringen von möglicher Verunreinigung aus der Umgebungsluft. Um diese Eigenschaft zusichern zu können, gibt es einen entscheidenden Wert, die IP-Schutzart (Ingress Protection).
Bei einer vorgegebenen Zulufttemperatur, ist die Menge des Luftstroms der maßgebliche Einflussfaktor auf die mögliche Kühlleistung. Für die Wärmebilanz der Anwendung ist die Rechnung nun einfach. Mehr Kühlung, erfordert mehr Luftmenge. Geht man von gleichen Schutzarten der unterschiedlichen Filterlüfter aus, punktet der Hersteller mit dem größten Luftstrom.
Luftströme?
Luftströme können auf viele Arten an ein und demselben Produkt gemessen werden. Betrachtet man den gesamten Filterlüfter als eine Einheit, bestehend aus Ventilator, Gehäuse und Filter, dann kann man hierfür den freiblasenden Luftstrom angeben. Dies ist der maximal zu erwartende Volumenstrom. Ein Luftaustausch kann immer nur dann stattfinden, wenn die zugeführte Luft auch abgeführt werden kann. Um dies unter dem Aspekt des IP-Schutzes sicherzustellen, verwendet man in der Praxis eine Paarung aus Filterlüfter + Austrittsfilter.
Der Austrittsfilter stellt auf Grund seines Aufbaus (Gehäuse und Filter) einen Widerstand für den Luftstrom dar. Die Fähigkeit des Filterlüfters aktiv Luft zu fördern in Verbindung mit der Eigenschaft des Austrittsfilters, einen Widerstand gegenüber dem Luftstrom zu leisten, bestimmt den tatsächlich möglichen Luftstrom dieser Kombination und somit die zur Verfügung stehende Kühlleistung für den Kunden. Das Verwenden mehrerer Austrittsfilter verringert den Widerstand gegen den Luftstrom und man rückt dadurch immer näher an den Wert des freiblasenden Luftstroms des Filterlüfters.
- In manchen Datenblättern findet man auch den Wert freier Luftstrom. Dies ist eine reine Angabe des Lüfterherstellers für seine Komponente. Dieser oft hohe Wert klingt sehr interessant, hat jedoch keinerlei Bedeutung für die zu erwartende Kühlleistung!
Dem Kunden wird nur der Eindruck vermittelt, hochwertige Komponenten einzusetzen. Allerdings sollte das primäre Ziel doch sein, hochwertige Komponenten zu einem Produkt zu vereinen, welches am besten zu den Kundenbedürfnissen und dessen Anwendung passt.
Ein Filterlüfter ist ein einfaches, aber durchaus pragmatisches Beispiel. Alle Komponenten müssen von hoher Qualität sein, wichtig ist aber die beste Kombination zu bestimmen, die einen maximalen Luftstrom bei maximal möglichem IP-Schutz erreicht. Der freie Luftstrom tritt hierbei klar in den Hintergrund.
Der Lüfter – doch nicht so einfach
Der Luftstrom eines jeden Filterlüfters ist abhängig vom Widerstand, der ihm entgegengebracht wird. Diese Abhängigkeit wird in einem entsprechenden Diagramm dargestellt.
Der Verlauf der Kennlinie ist als stark nichtlinear zu erkennen. Allerdings kann man auch sehen, in welchem Teil des Graphen der Filterlüfter ein druckstabiles Verhalten aufweist und wo nicht.
Dieser Verlauf ist für jeden Filterlüfter unterschiedlich und wird maßgeblich durch das Gehäusedesign (freie Luftquerschnitte, Lamellendesign, Oberflächenbeschaffenheit, etc.), den gewählten Lüfter und das verwendetet Filtermedium beeinflusst.
Innerhalb der Luftströmung gibt es dann auch noch Passagen in denen sich turbulente Strömungsverhältnisse gegenseitig beeinflussen können und somit zur Komplexität des Gesamtbildes beitragen.
Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren muss weiterhin der Schutz gegen Umwelteinflüsse wie Staub, Wasser und ölhaltige Luft sichergestellt werden. Durch das Filtermedium hat man zwar eine Art Schutzschild, senkt gleichzeitig aber auch den Luftstrom. Ein gut abgestimmtes Produkt erfordert daher das optimale Zusammenspiel zwischen Luftstrom und Eindringschutz.
Die Werte, die der Lüfterhersteller angibt, liegen immer auf einem deutlich höheren Niveau und stellen den theoretisch maximal erreichbaren Wert für einen Filterlüfter dar (100 %). Sowohl Filter, als auch das Gehäuse sind natürliche Widerstände und führen dazu, dass die Luftstromwerte viel niedriger ausfallen (meist <50 %).
Ein ernüchterndes Ergebnis, allerdings auch eine herstellerunabhängige Tatsache. Wie sagt man so schön, hier kocht jeder mit Wasser.
- Als Erkenntnis muss man festhalten, dass für eine sinnvolle Berechnung der Kühlleistung nur die Werte aus der Kombination Filterlüfter + Austrittsfilter zählen.
Was ist zu tun?
Pfannenberg empfiehlt, nur den Wert für freiblasender Luftstrom und den Wert für Filterlüfter + Austrittsfilter zu verwenden. Hiermit werden verlässliche Luftströme und somit eine zuverlässige Kühlung sichergestellt. Detaillierte Informationen liefern die Druckdiagramme des Gesamtgerätes (meist in den Product Sheets enthalten).
Nur diese Werte helfen unseren Kunden bei der Berechnung, ob ihre Anwendung ausreichend gekühlt wird oder nicht.
