Slimme ventilator signaleert te vervangen filter

 

Een correcte temperatuur in de schakelkast is met name in de industrie een belangrijk aandachtspunt. Naast brandveiligheid is ook bedrijfszekerheid daar een belangrijk onderwerp geworden. Stilstaande machines zijn uit den boze. Slimme ventilatoren en bijhorende filters kunnen niet alleen helpen om de nodige luchtflow in de kast te genereren, maar geven ook een signaal als hun werking in het gedrang komt.

35 °C is ideale temperatuur in schakelkast

In een industriële schakelkast is een temperatuur van 35 °C ideaal. Helaas zorgen componenten zoals transformatoren, PLC’s, frequentiesturingen, datacomponenten, stroomverdeling, PC’s en servers voor een continue opwarming binnen de kast. Daarbovenop komt de trend van hermetische afdichting van de industriële kast, om aan de gewenste IP-waarde te voldoen. Als daarnaast de omgevingstemperatuur eerder aan de hoge kant zit, kan de binnentemperatuur snel boven die 35 °C uitstijgen. 

Passieve koeling zal niet altijd voldoende zijn om warmtevermogen af te voeren via de wanden van de kast. Een mogelijke oplossing is het werken met een ventilator. Een berekening van de luchtvolumestroom, de warmteoverdrachtscoeëfficient van de kast, de oppervlakte van de kast, en de omgevingstemperatuur helpt om de ventilatorkeuze te bepalen.

Zeker bij onderhouds- en reparatiewerken durft het weleens fout lopen: een defecte ventilator wordt vervangen door een exemplaar met te weinig vermogen, filters worden niet (goed) vervangen, of het onderhoud beperkt zich toch het snel uitblazen van het zichtbare stof in de ventilator.

Problemen bij suboptimale ventilatorwerking

Een suboptimaal werkende ventilator kan echter tot meerdere problemen leiden in de kast - wat op zijn beurt een kettingreactie kan veroorzaken buiten de kast. Welke zijn nu die potentiële problemen?

tot 80% efficientieverlies door verstopte filter

Een verstopte filter verhindert de luchtflow door de kast, zodat de ventilator harder moet blazen om eenzelfde koeling te realiseren. Daarvoor zal hij meer stroom moeten afnemen. Berekeningen van kastenbouwers leren dat een volledig verstopte filter tot 80% van zijn efficiëntie verliest in vergelijking met een volledig propere filter. In grote bedrijven met tientallen schakelkasten kan de energiekost zo snel oplopen.

Berekeningen van kastenbouwers leren dat een volledig verstopte filter tot 80% van zijn efficiëntie verliest in vergelijking met een volledig propere filter

Opwarming

In een volgende fase zal er zich een opwarming manifesteren. In het geval van een verstopte filter zal de ventilator zelfs op zijn maximale werkingspunt onvoldoende koeling kunnen garanderen. De temperatuur in de kast stijgt dan snel, en een oververhitting van de componenten is het logische gevolg, omdat die hun opgewekte warmte niet meer kwijt kunnen en verder intern opwarmen, tot ver over hun (nochtans in vele gevallen hoge bv. 70 °C) maximale werkingstemperatuur.

De levensduur van geïntegreerde schakelingen (IC) halveert per 10 °C temperatuurstijging boven het normale werkingspunt. Personeel kan brandwonden oplopen, en in acute situaties is er brandgevaar. Vooral frequentieregelaars, servo’s, PLC’s, UPS, contactoren, schakelaars, HMI’s, batterijen en elektronische relais zijn gevoelig voor oververhitting. Daarbovenop komt dat die componenten zelf de voornaamste bron zijn voor warmteontwikkeling. Omdat dit type componenten de afgelopen decennia een ongelooflijke groei kenden, volstaat een conventionele kamerkoeling niet langer.

 

Uitval

Een uitval van de productie als gevolg van slechte filters krijgt meer aandacht. Vanwege de concurrentie met lagelonenlanden zijn de marges van veel productiebedrijven in de loop der jaren zo klein geworden dat elke uitval van machines leidt tot een enorme winstderving. Daarbovenop komen aanzienlijke personeels- en reparatiekosten .

 

Warmtehuishouding

Factoren van warmteopbouw

Welke factoren spelen een rol in een adequate warmtehuishouding? Grosso modo kunnen we daar drie grote blokken in onderscheiden. Ten eerste is er de de plaats van de in- en uitlaat van de kast (voorinlaat, achterinlaat, zij-inlaat en uitlaat). Ook de opstelling van de kast in het grotere geheel (alleenstaand of deel van meerdere kasten naast elkaar, vrijstaand of steunend tegen een structuur …) speelt een rol. Daarnaast is er ten slotte de invloed van externe eigenschappen zoals omgevingstemperatuur, aanwezigheid airconditioning, luchtkwaliteit, mogelijkheid tot afvoer van warme lucht …

Principes voor warmteafvoer

Warmteafvoer kan op drie manieren. Een miniem deel van de warmteafvoer gebeurt via warmteuitstraling. Bij geleiding helpt een materiaal om de warmte af te voeren via contact met de behuizing of buurcomponenten, of geforceerd door middel van koelvinnen. Grotere kasten betekenen dan een grotere oppervlakte en dus meer warmteafvoer. Is daarvoor geen ruimte en/of geld, dan kan worden ingezet op convectie, gebaseerd op het feit dat warme lucht opstijgt en koudere lucht daalt. Om die reden zit de aanvoeropening vaak onderaan en de afvoer bovenaan. Convectie optimaliseren kan via grotere en efficiëntere koelvinnen, warmtewisselaars of een verdere optimalisatie van de ventilatie.

 

Wat maakt een ventilator slim?

Dankzij de veelheid aan (in prijs dalende) sensoren zijn veel meer factoren te meten dan de luchttemperatuur in de kast: de luchttemperatuur aan de luchtingang en -uitgang van de ventilator (en het temperatuurverschil), het toerental, het aandeel van stofpartikels in de lucht, de amperage ... 

 

Gebruikers kunnen een automatische melding krijgen als er iets schort aan hun ventilator of uitgangsfilter: een te hoog stofgehalte of te hoog toerental, toenemende stroomsterkte … Een relais of 0-10V contact maakt ook een alarmsignaal ter plaatse mogelijk.

Op basis van de meetwaarden valt de resterende levensduur van de filter en ventilator te voorspellen en is de filtervervanging optimaal in te plannen

Predictief werken

Slimme ventilatoren zijn met name interessant voor verbruikers met veel schakelkasten en/of in een moeilijke omgeving, maar ook voor bedrijven met kritieke apparatuur zoals metaalverwerkende bedrijven, agro-industrie, cementindustrie, datacentra, glasverwerking, energieproductie ... De meerkost is voor hen te verwaarlozen in vergelijking met het potentiële verlies wanneer er iets misloopt. De meeste aanbieders voorzien bovendien systemen die inzetbaar zijn tijdens een vernieuwing van een installatie. De afmetingen blijven hetzelfde, enkel de communicatie tussen sensoren en controller moet dan worden bijgevoegd.