Winkelwagen

Effectief koelen van industriële schakelkastbehuizingen

16.07.2015. Dankzij (micro-)elektronica wordt de productietechniek steeds krachtiger. Maar de steeds kleinere componenten produceren ook meer warmte. Schakelkasten die uitsluitend met conventionele ruimtekoeling worden gekoeld, lopen het gevaar dat componenten door hittevorming uitvallen. Tijd voor gerichte koeling bij de bron.

Vermogenselektronica, PLC’s en andere actieve componenten geven veel warmte af. Hierdoor lopen de temperaturen in schakelkasten onvermijdelijk op. Deze temperatuurschommelingen verkorten de levensduur van componenten. Het is dus zaak de warmte in de schakelkast naar buiten af te voeren.

Warmte transporteren

Warmte laat zich op drie manieren transporteren:

  • Bij warmtegeleiding wordt de warmte door het materiaal getransporteerd en deeltje naar deeltje doorgegeven.
  • Bij convectie neemt een warmtedrager als vloeistof of gas de warmte op en geeft en deze ook weer af.
  • Bij warmtestraling wordt de warmte in de vorm van stralingsenergie - dus zonder tussenkomst van een warmtedrager - overgebracht.

In schakelkasten wordt een deel van de warmte afgevoerd via warmtegeleding en convectie. Maar voor een betrouwbare werking van de actieve componenten moet ook de resterende warmte worden afgevoerd, liefst zo effectief mogelijk.

Koelcapaciteit berekenen

Hoe bepaal je nu de benodigde koelcapaciteit? Hierbij speelt een aantal factoren een rol. Zoals de effectieve oppervlakte van de schakelkast. Met de formules in deze PDF kunt u het effectieve kastoppervlak (A) op basis van de opstelling berekenen.

Een rekenvoorbeeld

Een plaatstalen schakelkast (800 x 2000 x 800 mm) staat tegen een muur, maar is verder vrij. De componenten genereren in totaal 750 Watt aan warmte; de bedrijfstemperatuur is circa 40°C. In de ruimte kan de temperatuur ’s zomers oplopen tot 30°C. Hoeveel moet er gekoeld worden?

  • Pt: warmteontwikkeling in de kast [W]
  • Pc: convectie door het kastoppervlak [W]
  • Pn: benodigd koelvermogen [W]
  • Ti: gewenste temperatuur in de kast [°C]
  • Tu: omgevingstemperatuur [°C]
  • ΔT: maximaal toelaatbaar temperatuurverschil [K]
  • k: warmtedoorgangscoëfficiënt [W/m2K] plaatstaal, waarbij k=5,5 W/m2K bij recirculerende lucht en k=2,75 W/m2K bij stilstaande lucht in de kast
  • A: effectief kastoppervlak [m2]

Stap 1: de eigen convectie van de kast

Dit is de warmte die wordt toe- of afgevoerd ten gevolge van het verschil tussen Ti en Tu:

Pc = k x A x ΔT -> Pc = 5,5 x 6 x 10 = 330 Watt

Stap 2: het af te voeren vermogen

Pn = Pt - Pc -> Pn = 750 - 330 = 420 Watt

Welke koeltechniek?

In ons voorbeeld moeten we dus 420 Watt afvoeren om de kast op de bedrijfstemperatuur van 40°C te houden. Dit kan met behulp van ventilatoren, koelaggregaten en warmtewisselaars. Een koelaggregaat heeft als bijkomend voordeel dat de lucht ook wordt ontvochtigd.

Afhankelijk van de gekozen koelmethode zal ook in de ruimte waar de kast staat opgesteld de temperatuur oplopen. Het is belangrijk om hiermee rekening te houden bij het ontwerp van het ventilatie- of koelsysteem van de ruimte.

Tip: gebruik de rekentool

Voor het berekenen van benodigde warmteafvoer bestaan handige rekentools. Zoals Rittal Therm, die hier te vinden is.

Klik hier voor het gehele artikel (PDF)