Workshop

Klimatisering in de praktijk

zelf aan de slag met Therm 6.2

Najaar 2015

Workshop Therm 6.2

NBD / Edgar Hoogakker / 20151

1/25

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

2/25

- Alle elektrische systemen hebben een rendement kleiner dan 100%- Hetgeen wat overblijft is dus onbruikbaar

Warmte

Workshop Therm

Rendement 5 - 10%

- Temperatuurverhoging

Resultaat

Workshop Therm

3/25

De geschiedenis heeft ons geleerd dat:

Workshop Therm

- De industriële apparatuur steeds complexer wordt- Het aantal functies per volume-eenheid toeneemt- De warmteontwikkeling per volume-eenheid toeneemt

- Gedurende definitieve productie€ 10.000.000,-

- Gedurende testproductie€ 1.000.000,-

- Gedurende procesplanning€ 100.000,-

- Gedurende testen ontwerp€ 10.000,-

- Gedurende ontwerp€ 1000,-

Klimatiseringskosten

Workshop Therm

4/25

- Geleiding

- Convectie:- Natuurlijke convectie

(basis temperatuursverschil ΔT in K)- Geforceerde convectie

(basis stroming m/s)

- Straling

Warmteoverdrachtsmethoden

Workshop Therm

Warmteoverdrachtscoëfficient (K) wordt bepaald door:

Workshop Therm

K-factor

Geleiding Stroming Straling

5/25

5 [W/m2 . K] binnenopstelling bij actieve recirculatie 10 [W/m2 . K] buitenopstelling bij storm exclusief zoninvloed

K-factor plaatstaal (enkelwandig)

Workshop Therm

Opstellingsaard

Workshop Therm

6/25

- Bescherming tegen de omgeving

- Veiligheid

Waarom elektrische toestellen in een schakelkast

Workshop Therm

- Warmtenesten, hot spots- Hoge componenttemperatuur met als gevolg het verkorten van

levensduur en vermindering van de betrouwbaarheid vooral bij:- IC’s

- Halfgeleiders- Electrolytische componenten

- (backup) batterijen- Condensatoren

Nadelen van het beschermen

Workshop Therm

7/25

Regen

Stof

Wind

Zon

Corrosie

Temperatuur

Vandalisme

SeismischTransport

EMC

Externe invloeden schakelkast

Workshop Therm

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

8/25

- Versnelde veroudering- Storingen (directe en op lange termijn)- Productieonderbreking- Ontevredenheid- Voortijdige afschrijven

Niet klimatiseren betekend vaak

Workshop Therm

- Verlenging van de levensduur- Verhoging van de betrouwbaarheid

Klimatisering is:

Workshop Therm

9/25

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

- Temperatuur- Omgeving (schoon of vuil)- Beschikbare middelen (bv. water)

De methode is afhankelijk van:

Workshop Therm

10/25

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

P = K x A x ΔT

P = af te voeren vermogen [W]ΔT = temperatuursverschil Ti – Tu [K]K = warmteoverdrachtscoëfficiënt [W/m2 . K]A = effectieve oppervlakte [m2]

Eigen convectie

Workshop Therm

11/25

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

- Lage omgevingstemperatuur- Geringe vermogensverliezen- Groot effectief schakelkastoppervlak- Grote ventilatieopeningen- Beschermklasse ?

Natuurlijke ventilatie (schone omgeving)

Workshop Therm

12/25

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

Warmte die een ventilator kan afvoeren

P = V x ΔT 3,1

P = af te voeren vermogen [W]V = volumestroom van de ventilator [m3/h]ΔT = temperatuursverschil Ti – Tu [K]

Ventilatoren (schone omgeving)

Workshop Therm

13/25

Meters boven N.A.P. f (m³ K/Wh )

0 - 100 (NL) 3,1

100 - 250 3,2

250 - 500 3,3

500 - 750 3,4

750 - 1000 3,5

1000 - 1250 3,6

1250 - 1500 3,8

1500 - 2000 4,0

Correctiefactor (f)

Workshop Therm

Ventilatoren

Workshop Therm

14/25

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

Qw = Qv – (K x A x ΔT) [W/K]ΔT

Qw = specifieke warmtecapaciteit [W/K]Qv = vermogensverlies [W]ΔT = temperatuursverschil Ti – Tu [K]K = warmteoverdrachtscoëfficiënt [W/m2 . K]A = effectieve oppervlakte [m2]

Lucht/lucht warmtewisselaar (licht vervuilde omgeving)

Workshop Therm

15/25

Lucht/lucht warmtewisselaar

Workshop Therm

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

16/25

Qk = Qv ± (K x A x ΔT) [W]

Qk = benodigd koelvermogen [W]Qv = vermogensverlies [W]ΔT = temperatuursverschil Ti – Tu [K]K = warmteoverdrachtscoëfficiënt [W/m2 . K]A = effectieve oppervlakte [m2]

Koelaggregaat (licht vervuilde omgeving)

Workshop Therm

- Vermogensverliezen hoog tot zeer hoog- Koelvermogen van 225 tot 4050 W (L35/L35)

Tu = Omgevingstemperatuur (°C)

Qk = Continu nuttig koelvermogen (W)

Ti = Schakelkastbinnentemperatuur

(°C)

Koelaggregaat (licht vervuilde omgeving)

Workshop Therm

17/25

Koelaggregaat

Workshop Therm

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

18/25

Het Peltier-effect is de directe omzetting van een elektrische stroom in een temperatuursverschil, die optreedt op het grensvlak tussen twee verschillende metalen of halfgeleiders. Het is het omgekeerde van het Seebeck-effect, waarmee de omzetting van een temperatuursverschil naar een elektrische spanning wordt beschreven. In feite zijn deze twee processen hetzelfde, alleen verlopen zij in omgekeerde richting. Daarom worden zij tezamen ook wel het Peltier-Seebeck effect of thermo-elektrisch effect genoemd.

Het Peltier-effect werd ontdekt in 1834 en is genoemd naar zijn ontdekker Jean Peltier. Het wordt toegepast in het zogenaamde Peltier-element

Thermoelectric Cooling / Peltier-effect:

Workshop Therm

Blokjes sterk gedoteerd bismut-telluride zijn aan uiteinde met koperen bruggen verbonden. Als de elektronen van het P-materiaal naar het N-materiaal gaan dan krijgen ze een hogere energie waarde waardoor ze thermische (warmte) energie absorberen (koude zijde). Als ze daarna weer van het N-materiaal naar het P-materiaal gaan komen ze in een lagere energie waarde waardoor ze thermische energie vrijgeven (warme zijde).

p-g

ed

ote

erd

p-g

ed

ote

erd

n-g

ed

ote

erd

n-g

ed

ote

erd

+ −

Hoe is een Peltier-element opgebouwd?

Workshop Therm

19/25

N-gedoteerd bismut-

tellurideP-gedoteerd bismut-

telluride

DC spanning

Warmte

opname

Warmte

opname

Warmte

afgifte

Warmte

afgifte

Elektronen stroom Gaten stroom

N-gedoteerd bismut-

telluride

Warmte

opname

Warmte

afgifte

Peltier-brug in werking:

Workshop Therm

Thermoelectric Cooler

Scheidingwand

Om

ge

vin

g

Sc

ha

ke

lka

st/

Be

hu

izin

g

De warme lucht uit de behuizing wordt door middel van een ventilator langs het koude gedeelte (binnencircuit) van het peltier-element geleid.De afgekoelde lucht wordt daarna weer de behuizing ingeblazen.De warmte zijde (buitencircuit) van het peltier-element wordt gekoeld door de omgevingslucht.

Hoe wordt het Peltier-effect toegepast:

Workshop Therm

20/25

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

- Oliehoudende lucht, chemisch verontreinigde lucht- Sterk vervuilde omgeving (Stof, vuil en vocht)- Beschermklasse IP55 (IP65 op aanvraag)- Hoge en lage omgevingstemperatuur- Vermogensverliezen hoog tot zeer hoog

Lucht/water warmtewisselaar (vervuilde omgeving)

Workshop Therm

21/25

Qk = Qv ± (K x A x ΔT) [W]

Qk = benodigd koelvermogen [W]Qv = vermogensverlies [W]ΔT = temperatuursverschil Ti – Tu [K]K = warmteoverdrachtscoëfficiënt [W/m2 . K]A = effectieve oppervlakte [m2]

Lucht/water warmtewisselaar (vervuilde omgeving)

Workshop Therm

Capaciteit is afhankelijk van:- Koelmedium - Temperatuur (°C)- Flow (l/h)- Gewenste

kasttemperatuur (°C)

Tw = Koelwatertemperatuur(°C)Qk = Nuttig koelvermogen (W)Ti = Schakelkasttemperatuur (°C)

Lucht/water warmtewisselaar

Workshop Therm

22/25

Lucht/water warmtewisselaar

Workshop Therm

Het koelvermogen van de Rittal producten zijn uitgelegd op een watertemperatuur van 10°C.

Lucht/water warmtewisselaar

Workshop Therm

23/25

Topics:

• Warmte• Waarom schakelkastklimaatbeheersing• Methoden:

– Eigenconvectie– Natuurlijk ventilatie– Ventilatoren– Lucht/lucht warmtewisselaar– Koelaggregaat– Thermo Electric Cooler (Peltier)– Lucht/water warmtewisselaar

• Therm 6.2

Workshop Therm

- Windows geschikt- Netwerk geschikt- Technische info files komen overeen met HB- Therm 6.2 Gratis te downloaden op www.rittal.nl

Therm 6.2

Workshop Therm

24/25

Berekenen met Therm 6.2

Workshop Therm

Workshop Therm

25/25