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Ein Kühler oder Rückkühler wird nach seiner Kühlleistung in Kilowatt verkauft, und diese Zahl ist die am häufigsten missverstandene Angabe der Branche, weil sie ohne die Bedingungen, für die sie berechnet wurde, nichts bedeutet. Dieser Leitfaden erklärt die Rechnung dahinter – die Wärmebilanz auf der Flüssigkeitsseite, der Luftseite und über das Register – und die drei oder vier Angaben, die eine Leistung begleiten müssen, damit sie vergleichbar ist.
Die Flüssigkeitsseite: Durchfluss, Spezifische Wärmekapazität, Temperaturdifferenz
Die Wärme, die eine Flüssigkeit abgibt, ist ihr Massenstrom mal ihre spezifische Wärmekapazität mal der Temperaturabfall. Für Wasser sind das etwa 1,16 kW für jeden Kubikmeter pro Stunde, der um ein Kelvin abgekühlt wird: Ein Durchfluss von 100 m³/h, von 90 auf 82 °C abgekühlt, gibt etwa 930 kW ab. Ein Glykolgemisch hat eine geringere spezifische Wärmekapazität und eine höhere Dichte; bei 50 % Ethylenglykol liegt der Wert bei etwa 1,0 kW pro m³/h und Kelvin, sodass derselbe Durchfluss bei denselben Temperaturen etwa 15 % weniger Wärme abgibt – oder, umgekehrt, dieselbe Wärme braucht einen größeren Temperaturabfall oder mehr Durchfluss.
Das Motordatenblatt legt zwei der drei Größen fest: Durchfluss und Wärme. Der Temperaturabfall ergibt sich daraus, und der Kühler muss ihn bei der angegebenen Eintrittstemperatur liefern.
Die Luftseite: Massenstrom Und Temperaturanstieg
Dieselbe Wärme kommt in der Luft an: Massenstrom der Luft mal ihre spezifische Wärmekapazität mal ihr Temperaturanstieg. Luft transportiert auf Meereshöhe und bei 20 °C etwa 0,34 W pro Kubikmeter pro Stunde und Kelvin, weniger, wenn sie heiß oder dünn ist; um 930 kW bei einem Lufttemperaturanstieg von 15 K abzuführen, sind etwa 180.000 m³/h nötig. Deshalb sind Kühler groß, und deshalb verändern die Aufstellhöhe – 10 % weniger Dichte pro 1.000 m – und die Auslegungsumgebung den Luftstrom, den die Ventilatoren liefern müssen.
Über Das Register: Grädigkeit Und Eintrittstemperaturdifferenz
Das Register überträgt die Wärme von der Flüssigkeit an die Luft über seine Oberfläche, angetrieben von der Temperaturdifferenz zwischen beiden. Zwei Größen beschreiben, wie anspruchsvoll das ist. Die Eintrittstemperaturdifferenz (ITD) ist der Flüssigkeitseintritt minus der Lufteintritt: 90 °C Kühlmittel bei 40 °C Umgebung ergeben 50 K, dasselbe Kühlmittel bei 50 °C Umgebung 40 K – ein Fünftel weniger treibende Kraft und, grob, ein Fünftel mehr Fläche für dieselbe Wärme. Die Grädigkeit ist der Flüssigkeitsaustritt minus der Lufteintritt: Je kleiner sie ist, desto größer das Register, und ein Rückkühler kann sie nicht auf null bringen.
Für ein gegebenes Register ist die Leistung nahezu proportional zur ITD, und das ist der schnellste Weg zu sehen, was eine Änderung der Umgebungstemperatur bewirkt: Eine Einheit mit 500 kW bei 40 °C Umgebung und 90 °C Kühlmittel hat bei 50 °C noch etwa 400 kW.
Warum Eine Leistung Ihre Bedingungen Braucht
Derselbe Kühler ist bei einem Satz Bedingungen eine 500-kW-Einheit und bei einem anderen eine 400-kW-Einheit. Eine Leistung ist daher nur vollständig mit Flüssigkeitseintritts- und -austrittstemperatur, Durchfluss, Glykolanteil, Lufteintrittstemperatur und Aufstellhöhe – und für genaue Vergleiche der Feuchtebasis. Zwei Angebote werden erst verglichen, nachdem sie auf dieselben Bedingungen gebracht wurden; ein günstigeres Angebot bei niedrigerer Umgebungstemperatur ist ein Angebot für einen anderen Standort. TECS druckt jede dieser Bedingungen auf das Datenblatt neben die geforderte und die berechnete Leistung, damit jeder mit dem Motordatenblatt in der Hand die Zahl nachprüfen kann.
Kurz gesagt
- Wasser: etwa 1,16 kW pro m³/h und Kelvin; 50 % Glykol etwa 1,0
- Luft: etwa 0,34 W pro m³/h und Kelvin auf Meereshöhe und bei 20 °C
- Die ITD treibt das Register an; eine heißere Umgebung bedeutet weniger ITD und mehr Fläche
- Die Grädigkeit ist die Grenze, die ein Rückkühler nicht überschreiten kann
- Eine Leistung ist nur vollständig mit Temperaturen, Durchfluss, Glykol, Umgebung und Aufstellhöhe
- TECS gibt sie alle im Datenblatt neben geforderter und berechneter Leistung an
Was in eine Anfrage gehört
- Abzuführende Wärme oder der Durchfluss und die Temperaturen, die sie festlegen
- Flüssigkeit: Wasser oder das Glykolgemisch und der Anteil
- Auslegungs-Lufteintrittstemperatur und Aufstellhöhe
- Geforderte Flüssigkeitsaustrittstemperatur oder die zulässige Grädigkeit
- Druckverlustgrenze auf der Flüssigkeitsseite
- Standort, Schallgrenze und Platz für die anschließende Auslegung
Häufige Fragen
Wie rechne ich kW in kcal/h oder BTU/h um?
1 kW = 860 kcal/h = 3.412 BTU/h. Motordatenblätter verschiedener Hersteller verwenden alle drei; die Kühlerauslegung rechnet in kW.
Warum gibt mein 500-kW-Kühler nur 420 kW ab?
Prüfen Sie die Bedingungen: eine heißere Umgebung als ausgelegt, ein niedrigerer Kühlmitteleintritt, mehr Glykol, ein verschmutztes Register oder eine Aufstellhöhe, die nicht in der Anfrage stand, nehmen jeweils einen Anteil. Das Datenblatt sagt, wofür 500 kW berechnet wurden.
Lässt sich die Leistung durch mehr Durchfluss erhöhen?
Mehr Durchfluss bei gleicher Eintrittstemperatur erhöht die Leistung ein wenig und den Druckverlust stark; die Durchfluss- und Druckverlustgrenzen des Motorherstellers setzen den Rahmen. Mehr Fläche oder mehr Luft ist der übliche Weg.
Was ist eine gute Grädigkeit für einen Rückkühler?
Fünf bis zehn Kelvin sind für Motorkühler üblich, wo das Kühlmittel heiß ist; kleinere Grädigkeiten sind möglich, aber jedes Kelvin kostet Fläche. Unterhalb von etwa drei Kelvin wird die Einheit sehr groß.
Zählt die Luftfeuchte bei der Leistung?
Feuchte Luft ist etwas leichter und führt Dampf mit, der ebenfalls erwärmt wird; die Effekte betragen an einem heißen, feuchten Standort einige Prozent. Das Datenblatt gibt die Basis an, damit Werte vergleichbar sind.
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