Lastverteilung Schaltschrankkühlung in großem Anlagenschrank

[DerTechpriester]

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Hallo zusammen.
Wir haben bei uns eine Anlage stehen, welche immer mal wieder in Störung geht weil es im Schrank zu warm wird.

Schrank: 6 Doppeltüren
Leistung: 280kW (max. 430kW)
Die Maschine läuft im Intervallbetrieb.
Gekühlt wird durch 2 Einbaugeräte mit je 3kW Leistung, welche jeweils ganz am Ende in den Seiten des Schranks verbaut sind.

Durch Beobachtung habe ich festgestellt, dass nur der rechte Kühler vernünftig arbeitet und dabei heiß wird. Der Linke steht teilweise auf 25° und ist untätig.
Geschuldet ist das einmal der Tatsache, dass die ganze Leistungselektronik Rechts im Schrank sitzt, aber auch weil jemand auf der rechten Seite zwei Lüfter eingebaut hat, welche gemeinsam 2040m³/h Luft nach Rechts gegen das Klimagerät drücken. Die rechte Seite des Schranks glüht, links ist er kalt.

Meine Theorie sieht so aus:


Ich habe mir also Gedanken gemacht und erstmal die Lüfter gedreht, um die rechte Klimaanlage zu entlasten. Dafür musste das Thermostat weiter runter. Ich hatte Hoffnung, es so hinzubekommen, um die Last besser zu verteilen:



Es hat was gebracht ... die Temperaturen sind niedriger als vorher... aber der Großteil der Last hat sich nun statt verteilt zu werden auf das linke Klimagerät verlagert. Ich hätte es nicht gedacht, da der Schrank so lang ist, aber jetzt ist das Schranksegment ganz Rechts kalt, während die Steuerseite sehr warm wird.


Wir werden jetzt erstmal experimentieren. Ich denke, die Lüfter sind für das, was sie tun sollen, zu stark. Ich hatte auch schon überlegt, einen nach Rechts, einen nach Links fördern zu lassen. Es ist aber am Ende eher "Jugend forscht".

Kennt sich hier jemand näher mit Schaltschrankkühlungen aus? Ich weiß dass das mit den Lüftern Pfusch ist und von irgendwem hier vor Ort nachgerüstet wurde. Die Klimageräte sind wahrscheinlich auch zu klein für einen so breiten Schrank, aber ich muss leben mit dem, was ich habe. Wir haben das Ding nicht gebaut. Ich würde es gerne so hinbekommen, dass der Schaltschrank relativ gleichmäßig warm wird, sodass die Klimageräte die beste Chance haben, überhaupt etwas zu bewirken.

Vielen Dank schonmal im Voraus.

 

[Josupei]

Wie alt ist denn der Schrank? Hat er schon immer das Problem? Warum hat man der Lieferanten nicht zu Nachbesserung verpflichtet?

Wenn die Kühlleistung generell ausreichend ist, werden deine Lüfter nun zu stark sein. Dann kannste verteilen, soviel du willst. Helfen wird es nicht.
Also würde ich spontan eine Wärmeberechnung machen, bzw. diese anfordern vom Lieferanten, damit du erstmal weißt, ob deine Kühlleistung überhaupt ausreichend ist, ggf. sind ja auch die Geräte teildefekt? Kältemittel ausreichend vorhanden?
Schwieriger Aufbau...

Wenn du rumspeilen willst wäre ggf. ein Drehzahlregler für deine Innenlüfter die Lösung, muss man halt nur rumtüfteln, wo der Fühler im Idealfall sitzen sollte, damit du die Wärmelast am Ende 50/50 aufgeteilt bekommst.

Ggf. kannst du direkt an der Hauptlast ja auch noch Kühlleistung nachrüsten? Dachaufbaugerät?

 

[Larry Laffer]

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Ich wäre jetzt auch erstmal so vorgegangen wie du es im Bild "Hoffnung" gemalt hast. Das tut aber scheinbar nicht wie gehofft ...
Du könntest von den Querlüftern auf der rechten Seite einen nach unten setzen, da ja von dem Klimagerät dort die gekühlte Luft austritt und die so nach links blasen (das ist natürlich auch "Jugend forscht").
Welche Aufgabe hat das Thermostat ? Steuerung der Querlüfter ?
Ich finde das vom Grundsatz übrigens gar nicht so schlimm mit den Querlüftern - man unterstützt so ja die Lüfter des Klimageräts (wenn es gut läuft).

 

[harald.sommerbauer]

Du könntest Versuchen, einen Querlüfter nach links und einen nach rechts blasen lassen und die Luftkreise mit Schottblechen zu trennen, also 2 Kreise daraus zu machen und die Luftströme zu lenken, falls dies möglich ist. Was sind die Wärmequellen, Frequenzumrichter, Thyristor?

 

[Holzmichl]

Wir haben sowas schon mal gemacht, allerdings mit einem Schrank mit ca 300kW Anschlussleistung und relativ gleich verteilter Maximal-Last, aber mit links und rechts jeweils einem 5kW Klimagerät und mittleren Lüftern. Prozessspezifisch ist ab und zu der halbe Schrank ohne Last und daher erheblich kühler.

Ich würde in deinem Fall links der Last jeweils einen Ventilator oben nach links und unten nach rechts blasen lassen.
Dann hättest Du zwei quasi getrennte Zirkulationen.
Das rechte Klimagerät zirkuliert am kurzen Weg über seine integrierten Lüfter.
Das linke Klimagerät bekommt über den Lüfter den weiteren Weg überbrückt und zirkuliert dann auf seiner linken Seite mit der warmen Luft.
Den unteren Lüfter, der nach rechts bläst evtl über ein zweites Thermostat ansteuern oder manuell zum Testen mal an und abklemmen.

In unserem Fall wurden in jedem der 4 Stück 1200er Schrankfelder PT1000 installiert und die Lüfter je nach Temperaturverteilung verschaltet.

 

[DerTechpriester]

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Danke schonmal für eure Antworten.

Wie alt ist denn der Schrank? Hat er schon immer das Problem? Warum hat man der Lieferanten nicht zu Nachbesserung verpflichtet?

Der Schrank ist ca. 10 Jahre alt und hat diese Probleme schon immer, wenn es zu warm wird in der Halle. Außentemperatur um die 30° und die Anlage stirbt während der Schicht mindestens einmal. Warum der Maschinenhersteller nicht nachbessern musste, weiß ich nicht, das war vor meiner Zeit. Aber ich habe es jetzt an den Hacken.

Wenn die Kühlleistung generell ausreichend ist, werden deine Lüfter nun zu stark sein. Dann kannste verteilen, soviel du willst. Helfen wird es nicht.
Also würde ich spontan eine Wärmeberechnung machen, bzw. diese anfordern vom Lieferanten, damit du erstmal weißt, ob deine Kühlleistung überhaupt ausreichend ist, ggf. sind ja auch die Geräte teildefekt? Kältemittel ausreichend vorhanden?
Schwieriger Aufbau...

Das die Geräte teildefekt sind habe ich mir auch schon gedacht und den Hersteller kontaktiert. Nächsten Montag werden die Dinger das erste mal gewartet. Das wurde über Jahre schleifen gelassen, weil es kostet ja Geld. Dann plötzlich wird die Anlage wichtig und sie läuft nicht mehr. Wegen Wärmeberechnung muss ich mal beim Hersteller anfragen.

Wenn du rumspeilen willst wäre ggf. ein Drehzahlregler für deine Innenlüfter die Lösung, muss man halt nur rumtüfteln, wo der Fühler im Idealfall sitzen sollte, damit du die Wärmelast am Ende 50/50 aufgeteilt bekommst.

Ggf. kannst du direkt an der Hauptlast ja auch noch Kühlleistung nachrüsten? Dachaufbaugerät?

Ja, werde ich mir mal ansehen.
Mehr Kühlleistung kann ich aber wahrscheinlich vergessen, Klimageräte sind nicht billig.

Ich wäre jetzt auch erstmal so vorgegangen wie du es im Bild "Hoffnung" gemalt hast. Das tut aber scheinbar nicht wie gehofft ...
Du könntest von den Querlüftern auf der rechten Seite einen nach unten setzen, da ja von dem Klimagerät dort die gekühlte Luft austritt und die so nach links blasen (das ist natürlich auch "Jugend forscht").
Welche Aufgabe hat das Thermostat ? Steuerung der Querlüfter ?
Ich finde das vom Grundsatz übrigens gar nicht so schlimm mit den Querlüftern - man unterstützt so ja die Lüfter des Klimageräts (wenn es gut läuft).

Das habe ich auch schon überlegt. Es wäre zumindest ein Versuch.
Die Lüfter sind direkt an die Wartungssteckdosen angeschlossen und laufen immer auf Vollgas sobald der Hauptschalter umgelegt wird, weil viel hilft viel. Das Thermostat schaltet die ganze Kiste in Not-Aus wenn es zu heiß im Schrank wird und lässt sich erst resetten, wenn ein gewisser Punkt wieder unterschritten ist. Anlage heiß = mind. halbe Stunde Ausfall

Du könntest Versuchen, einen Querlüfter nach links und einen nach rechts blasen lassen und die Luftkreise mit Schottblechen zu trennen, also 2 Kreise daraus zu machen und die Luftströme zu lenken, falls dies möglich ist. Was sind die Wärmequellen, Frequenzumrichter, Thyristor?

Mehrere große Frequenzumrichter. Darüber habe ich auch schon nachgedacht, aber dann bin ich wieder an dem Punkt, dass eine Seite die ganze Last kühlen muss während die Steuerungsseite auf Raumtemperatur Däumchen dreht.

Wir haben sowas schon mal gemacht, allerdings mit einem Schrank mit ca 300kW Anschlussleistung und relativ gleich verteilter Maximal-Last, aber mit links und rechts jeweils einem 5kW Klimagerät und mittleren Lüftern. Prozessspezifisch ist ab und zu der halbe Schrank ohne Last und daher erheblich kühler.

Ich würde in deinem Fall links der Last jeweils einen Ventilator oben nach links und unten nach rechts blasen lassen.
Dann hättest Du zwei quasi getrennte Zirkulationen.
Das rechte Klimagerät zirkuliert am kurzen Weg über seine integrierten Lüfter.
Das linke Klimagerät bekommt über den Lüfter den weiteren Weg überbrückt und zirkuliert dann auf seiner linken Seite mit der warmen Luft.
Den unteren Lüfter, der nach rechts bläst evtl über ein zweites Thermostat ansteuern oder manuell zum Testen mal an und abklemmen.

In unserem Fall wurden in jedem der 4 Stück 1200er Schrankfelder PT1000 installiert und die Lüfter je nach Temperaturverteilung verschaltet.

Hmm. Also einmal die Luft im Schrank im Kreis führen. Ja, das wäre garantiert auch eine Idee. Muss ich mir mal ansehen. Die Lüfter vom Klimagerät zirkulieren da aber nicht mehr viel, die Querlüfter haben echt Power. Wie sich das in der Praxis verhalten würde käme auf einen Versuch an. Danke

 

[Holzmichl]

Also einmal die Luft im Schrank im Kreis führen. Ja, das wäre garantiert auch eine Idee. Muss ich mir mal ansehen. Die Lüfter vom Klimagerät zirkulieren da aber nicht mehr viel, die Querlüfter haben echt Power. Wie sich das in der Praxis verhalten würde käme auf einen Versuch an. Danke

Deshalb hatte ich ja geschrieben, den unteren Lüfter auf optional zu verschalten.
Wenn es genauso aufgebaut ist wie in deiner Skizze, würde ich für einen ersten Test einfach mal den rechten der beiden Lüfter ausbauen oder stromlos machen und dann die Temperaturverteilung nochmal dokumentieren.

 

[Twirl]

Verschiedene Ansätze wären möglich:
- je nach Umgebung die Luft einfach nach außen führen mit einem oder zwei Lüftern
- schon mal nur einen Lüfter als Querlüftung genutzt?
- wie schon vorgeschlagen einen Lüfter z.B. links oben, den anderen recht unten und im Kreis pusten
- Wir hatten schonmal zur Wärmeverteilung von FUs deren Lüftung mit Kunststoffrohren im Schrank geleitet. Damit könntest du einen Teil der Last rüber bringen

 

[Stadtranduser]

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Wer plant denn sowas? Das gibt doch automatisch zwei Zirkulationen, die jz aufwendig gestört werden müssen.
Ich halte die Idee mit den Rohren (Kanälen) am besten. Dazu aus der rechten Dachzone einen Kanal mit manueller (gern auch automatisch) Drosselklappe bis kurz vor die Ansaugung des linken Aggregats führen. Fertig ist die Laube. Mit Zusatzventis wirds imo nur komplexer.
Warme Luft direkt nach aussen bringt das System komplett zum kippen, ausser die FU-Kühlung wird komplett nach aussen verlegt (Ansaug und Abluftkanal).

 

[Onkel Dagobert]

Um was für Klimageräte geht es denn? Bei Rittal gibt es zum Beispiel Zubehör zur Luftführung oder zur Luftumlenkung im Schaltschrank. Letzteres wird zum Beispiel wie hier mit Lüftern erzielt. Modernere Klimageräte lassen sich auch vernetzen, s.d. sie sicherlich auch von extern angesteuert werden können.

 

[Blockmove]

Rein vom Gefühl her, kommen mir 2x3kW Kühlleistung bei 280kW bei nem 10 Jahre alten Schrank knapp vor. Klar kann man mit Querlüftern, Strömungsblechen einiges erreichen, aber das ist halt ne ziemliche Bastelei. So extrem teuer ist ein größeres Klimagerät nun auch nicht.

 

[Holzmichl]

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Zum lüftungstechnischen Hintergrund meines Vorschlags:

Dein Zustand nach deinem ersten Versuch ist relativ eindeutig, aber nicht auf den ersten Blick offensichtlich.


Du hast von den Druckverhältnissen innerhalb des Schaltschranks einen sehr klaren Fall.
Die zwei in Reihe geschalteten Ventilatoren erzeugen einen sehr starken Druckunterschied zwischen den beiden Hälften und die rechte Kühlung kann sich kaum Luft einsaugen, da schon so ein starker Unterdruck vorhanden ist.
Daher wird der Großteil der Luft in die linke Hälfte befördert und der rechte Kühler hat fast keine Leistung



Nachher: (natürlich stark vereinfacht, es gibt Verwirbelungen etc.)
Kreislauf links ist ausgeglichen, dadurch keine verhindernden Druckverhältnisse
Die Ventilatoren überbrücken die längere Strecke bis zum Kühlgerät. Das linke Kühlgerät arbeitet perfekt nach ursprünglicher Strömungsrichtung.
Kreislauf rechts kann von der Drucksituation in sich arbeiten, wie ursprünglich konstruiert.

 

[Holzmichl]

Ich gebe natürlich @Blockmove recht.
Sollte bei dem Schrank nach Analyse vom Klimatechniker ein Klimagerät defekt sein, versuche auf der rechten Seite ein bis zwei Nummern größer als vorher einzubauen. Das wäre grundsätzlich logischer.

 

[Ing_Lupo]

Ich würde prüfen ob statt der Klimageräte besser Wärmetauscher (Luft/Wasser) funktionieren. Wenn da ein Kaltwasseranschluß in der Nähe ist wirds nicht teuer. Die haben einen deutlich höheren Luftdurchsatz. Einer links und rechts bewirken die Durchströmung der 6 Felder. Die Querluft-Ventilatoren braucht man dann nicht mehr.

 

[Stadtranduser]

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Wenns nicht Probleme mit der Kondensatableitung bringen würde, wär mein erster Impuls die Luftrichtungsumkehr in einem Kühler, um die zwei Teilumläufe zu vereinen.
Aber das ginge auch mit der Kanallösung ohne Kondensprobleme.

 

[DerTechpriester]

Wer plant denn sowas? Das gibt doch automatisch zwei Zirkulationen, die jz aufwendig gestört werden müssen.
Ich halte die Idee mit den Rohren (Kanälen) am besten. Dazu aus der rechten Dachzone einen Kanal mit manueller (gern auch automatisch) Drosselklappe bis kurz vor die Ansaugung des linken Aggregats führen. Fertig ist die Laube. Mit Zusatzventis wirds imo nur komplexer.
Warme Luft direkt nach aussen bringt das System komplett zum kippen, ausser die FU-Kühlung wird komplett nach aussen verlegt (Ansaug und Abluftkanal).

Niemand offenbar. Im Original hatte der italienische Maschinenhersteller nur einen kleinen Lüfter zur Umwälzung eingebaut, den haben scheinbar wir totgelegt und stattdessen zwei Große eingebaut. Zu viele bauliche Veränderungen würde ich an dem Schrank auch nicht vornehmen wollen.

Um was für Klimageräte geht es denn? Bei Rittal gibt es zum Beispiel Zubehör zur Luftführung oder zur Luftumlenkung im Schaltschrank. Letzteres wird zum Beispiel wie hier mit Lüftern erzielt. Modernere Klimageräte lassen sich auch vernetzen, s.d. sie sicherlich auch von extern angesteuert werden können.

Es geht um 2x "EVE30A32617000" von Stulz, bzw. Cosmotec. Sie sind soweit ich weiß steuerungstechnisch nur mit den Schaltern an den Schranktüren verbunden. Tür auf - Geräte aus. So langsam kommt bei uns die Forderung auf, einfach die Schranktüren offen stehen zu lassen. (Der Schrank steht an der Wand im Sicherheitsbereich der Maschine, also kein Publikumsverkehr, aber das kann es auch nicht sein.)

Rein vom Gefühl her, kommen mir 2x3kW Kühlleistung bei 280kW bei nem 10 Jahre alten Schrank knapp vor. Klar kann man mit Querlüftern, Strömungsblechen einiges erreichen, aber das ist halt ne ziemliche Bastelei. So extrem teuer ist ein größeres Klimagerät nun auch nicht.

Ist eine Wartung für die Klimageräte auch nicht. Dennoch hat man die Kiste jetzt 10 Jahre ohne betrieben.

Nachher: (natürlich stark vereinfacht, es gibt Verwirbelungen etc.)
Kreislauf links ist ausgeglichen, dadurch keine verhindernden Druckverhältnisse
Die Ventilatoren überbrücken die längere Strecke bis zum Kühlgerät. Das linke Kühlgerät arbeitet perfekt nach ursprünglicher Strömungsrichtung.
Kreislauf rechts kann von der Drucksituation in sich arbeiten, wie ursprünglich konstruiert.

Danke. Sollten die Probleme weiterhin bestehen, werde ich dies als nächstes ausprobieren.

Wohin würdest du den Not-Halt Thermoschalter setzen? Da bin ich noch am überlegen ... er ist wahrscheinlich noch Hitze direkt von den Umrichtern ausgesetzt, aber ich will ihn auch nicht irgendwo in einer kalten Ecke verstecken.

Ich würde prüfen ob statt der Klimageräte besser Wärmetauscher (Luft/Wasser) funktionieren. Wenn da ein Kaltwasseranschluß in der Nähe ist wirds nicht teuer. Die haben einen deutlich höheren Luftdurchsatz. Einer links und rechts bewirken die Durchströmung der 6 Felder. Die Querluft-Ventilatoren braucht man dann nicht mehr.

Danke für den Tipp, werde ich mir mal ansehen.

 

[Blockmove]

Wohin würdest du den Not-Halt Thermoschalter setzen? Da bin ich noch am überlegen ... er ist wahrscheinlich noch Hitze direkt von den Umrichtern ausgesetzt, aber ich will ihn auch nicht irgendwo in einer kalten Ecke verstecken.

Es gibt recht günstige USB-Temperatur Datenlogger. So einen hab ich immer an verschiedenen Stellen im Schaltschrank plaziert und die Temperaturen einen Tag mitgeschrieben.

 

[rlw]

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Hast du bei den Freuenzumrichtern die Möglichkeit Temperaturen auszulesen ? Dann bist du näher an der Quelle des Problems.

 

[Botimperator]

Es gibt recht günstige USB-Temperatur Datenlogger. So einen hab ich immer an verschiedenen Stellen im Schaltschrank plaziert und die Temperaturen einen Tag mitgeschrieben.

Kannst du da was empfehlen?
Ich hab leider "nur" Zugriff auf unsere Härtetei-Datenlogger.
Die für ein bisschen grob Raumtemperatur-Kruscht rauszuholen hat was von Kanonen auf Spatzen of Doom ¯⁠\⁠_⁠(⁠ツ⁠)⁠_⁠/⁠¯

 

[Glon]

Wir haben so einen:

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Gibt es sicher auch woanders günstiger.