[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen und Abführen eines Kühlmediums
zu und von wenigstens einer Verlustwärme erzeugenden, zu kühlenden Verbrauchereinheit.
[0002] Derartige Verfahren finden beispielsweise bei dem Betrieb von elektrischen Verbrauchern,
wie Hochleistungselektroniken, insbesondere Serverschränke, Anwendung.
[0003] Hierbei weisen Verlustwärme erzeugende Verbrauchereinheiten, insbesondere Hochleistungselektroniken,
wie beispielsweise Serverschränke, ein Kühlsystem auf oder sind an ein übergeordnetes
Kühlsystem, beispielsweise ein Kühlsystem der Haustechnik, beispielsweise mittels
einer Schnittstelleneinheit, wie in der unveröffentlichten
deutschen Anmeldung 102004046791.9 vorgeschlagen, angekoppelt.
[0004] Es ist darüber hinaus bekannt, mehrere Verlustwärme erzeugende Verbrauchereinheiten
an ein gemeinsames, übergeordnetes Kühlsystem anzuschließen. Hierzu können beispielsweise
Verteilersysteme verwendet werden, die an dem zentralen Vorlaufanschluss und dem zentralen
Rücklaufanschluss des Kühlsystems angeordnet sind.
[0005] Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist die Tatsache, dass insbesondere beim
Anschluss einer Verbrauchereinheit an ein übergeordnetes, Kühlsystem das Problem auf
treten kann, dass die Temperatur des Kühlmediums derart niedrig ist, dass an den Leitungen
zwischen den Anschlüssen des übergeordneten Kühlsystems und der zu kühlenden Verbrauchereinheit
oder gar in der Verbrauchereinheit selbst die TaupunktTemperatur der Umgebungsluft
unterschritten wird. In diesem Fall würde sich Feuchtigkeit aus der Umgebung an den
Leitungen niederschlagen, was bei empfindlichen Verbrauchereinheiten zu Störungen
oder sogar zu einer Beschädigung oder Zerstörung führen kann oder diesem Effekt zumindest
durch apparativen Aufwand (Kondensatsammler, -leitung, -pumpe) begegnet werden müsste.
[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche bei der Kühlung einer Verlustwärme
erzeugenden Verbrauchereinheit deren Beeinträchtigung oder gar Beschädigungen durch
Kondensat vermeiden und dennoch eine möglichst gute Kühlung gewährleisten.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
[0008] Erfindungsgemäß wird mittels eines Taupunktwächters, beispielsweise eines üblichen
Taupunktsensors, welcher vorteilhafterweise an einer Stelle angeordnet wird, an welcher
ein Taupunkt früher als an oder in einer Verbrauchereinheit auftritt, bei dessen Auslösen
(also "Taupunkt unterschritten") ein Taupunktmanagement für eine vordefinierte Laufzeit
eingeleitet. In diesem Taupunktmanagement wird die Vorlauftemperatur eines Kühlmittels
zur Kühlung der Verbrauchereinheit um einen vorbestimmten Wert erhöht, so dass eine
Kondensatbildung an der Verbrauchereinheit vermieden werden kann.
[0009] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird während des Taupunktmanagements eine
möglichst geringe Vorlauftemperatur ermittelt und eingestellt, wobei sowohl eine schrittweise
Absenkung und/oder Erhöhung der Vorlauftemperatur je nach jeweiligem Abfrageergebnis
des Taupunktwächters erfolgen kann. Hierbei kann sowohl das Absenken als auch das
Erhöhen der Vorlauftemperatur um jeweils vordefinierte Werte erfolgen, wobei diese
Werte auch variabel, beispielsweise in Abhängigkeit der Anzahl der Durchläufe (Absenken,
Erhöhen) oder der Laufzeit des Taupunktmanagements sein können. Beispielsweise ist
es denkbar, die Schrittweite nach und nach zu verringern, um eine optimalere Vorlauftemperatur
während des Taupunktmanagements zu erhalten. Zur Vermeidung von Unterfunktionen bzw.
Funktionsbeeinträchtigungen können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens
einer der Grenzen, wie maximale Obergrenze und Untergrenze der Vorlauftemperatur während
des Taupunktmanagements vorgesehen sein. Die Untergrenze kann hierbei in einem vorbestimmten
Abstand oberhalb der Auslösetemperatur des Taupunktwächters bei Einleitung des Taupunktmanagements
liegen, um das Verfahren zu vereinfachen. Selbstverständlich ist es aber auch möglich,
eine Untergrenze unterhalb dieser Auslösetemperatur zuzulassen, um auch kurzzeitige
Umgebungsparameterschwankungen auszugleichen.
[0010] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch während des Taupunktmanagements
eine manuelle Eingabe der Sollwerttemperatur ermöglicht sein, um besondere Bedingungen,
wie beispielsweise einen Belastungstest, etc. ohne Eingreifen des Taupunktmanagements
durchführen zu können.
[0011] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann nach einem Beenden des Taupunktmanagements
die aktuelle Vorlauftemperatur (T
VL) des Taupunktmanagements ausgegeben und/oder gespeichert werden, um Auswertungen
beispielsweise über die Performance der Anlage zu treffen. Selbstverständlich ist
es auch denkbar, als neue Sollwerttemperatur für das normale Verfahren eine Sollwerttemperatui
in Abhängigkeit von der aktuellen Vorlauftemperatur des Taupunktmanagements zu übernehmen.
Eine solche Abhängigkeit könnte abgesehen von der einfachen direkten Übernahme auch
beispielsweise in der Mittelwertbildung mehrerer gespeicherter Vorlauftemperaturen
mehrerer durchgeführter Taupunktmanagements oder Hinzufügung eines vordefinierten
Wertes (beispielsweise Sicherheitsabstand) gebildet werden.
[0012] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen Vorlauf für ein Kühlmedium in Richtung der der Verlustwärme erzeugenden Verbrauchereinheit,
eine Einrichtung, beispielsweise Mischventil, drehzahlgeregelte Pumpe etc., zur Veränderung
der Vorlauftemperatur und einem Taupunktwächter, mit einer Auswerte- und Steuereinheit
auf, um bei Auslösen des Taupunktwächters ein Taupunktmanagement zu starten und die
Vorlauftemperatur des zugeführten Kühlmediums um einen vorbestimmten ersten Wert zu
erhöhen. Diese Vorrichtung kann hierbei als mit der Verbrauchereinheit unmittelbar
verbundene Vorrichtung, beispielsweise eine Einheit bilden. Selbstverständlich ist
es auch denkbar, die Vorrichtung als Schnittstelleneinheit auszubilden, so dass vorteilhafterweise
an vorhandene Verbraucher die erfindungsgemäße Vorrichtung, beispielsweise zwischen
Haustechnik (Kühlung) und Verbraucher, angekoppelt werden kann.
[0013] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert.
[0015] In der Zeichnung zeigt:
- Fig. 1
- ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0016] Das in Figur 1 dargestellte Ablaufdiagramm zeigt oberhalb der gestrichelten Linie
A ein übliches Verfahren zur Regelung einer Vorlauftemperatur T
VL um eine gewünschte Sollwerttemperatur T
soll, welche üblicherweise manuell von einem Bediener eingegeben werden kann. Die Regelung
beinhaltet eine Abfrage 1,'ob die Sollwerttemperatur T
soll über der Vorlauftemperatur T
VL liegt, wobei im positiven Fall in Schritt 5 die Vorlauftemperatur erhöht wird. Im
negativen Fall erfolgt eine Abfrage 3, ob die Sollwerttemperatur unterhalb der Vorlauftemperatur
T
VL liegt, wobei im positiven Fall die Vorlauftemperatur T
VL abgesenkt wird. Im negativen Fall der Abfrage 3 entspricht daher die Vorlauftemperatur
T
VL wie gewünscht der Sollwerttemperatur T
soll, so dass keinerlei Änderung der Vorlauftemperatur T
VL erfolgt.
[0017] Um die Vorlauftemperatur zu erhöhen bzw. abzusenken, kann beispielsweise ein Mischventil
angesteuert werden, welches das Mischverhältnis des im Vorlauf befindlichen Kühlmediums
mit einem weiteren Kühlmedium anderer Temperatur, beispielsweise aus dem Rücklauf
oder auch einem anderen System kommend, entsprechend ändert.
[0018] Da erfindungsgemäß verhindert werden soll, dass sich Luftfeuchtigkeit als Kondensat
und damit Nässe, insbesondere an elektrischen Bauelementen bildet und diese hierdurch
in ihrer Funktion gestört oder gar zerstört werden, wird in Abfrage 9 ein Taupunktwächter
TPW abgefragt, ob der Taupunkt unterschritten wird und sich damit Nässe bildet ("nass")
oder die Taupunkttemperatur nicht unterschritten wurde und sich damit kein Kondensat
bilden kann ("trocken"). Ein solcher Taupunktwächter kann beispielsweise als einfacher,
im Stand der Technik bekannter, Taupunktsensor ausgebildet sein, welcher ab einem
bestimmten Wert den Zustand "nass" meldet, da sich am Sensor Kondensat niederschlägt.
Derartige Sensoren sind vorteilhafterweise vergleichsweise einfach und kostengünstig
gegenüber Sensoren ausgebildet, welche möglicherweise auf andere Weise Luftfeuchtigkeit
und Temperatur erfassen, um einen möglichen Taupunkt an einer bestimmten Stelle zu
ermitteln.
[0019] Löst der Taupunktwächter TPW aus, liegt das Ergebnis der Abfrage 9 "nass" vor, woraufhin
erfindungsgemäß ein Taupunktmanagement, wie in Fig. 1 zwischen den gestrichelten Linien
A und B dargestellt, eingeleitet wird. In diesem Taupunktmanagement wird in einem
ersten Schritt 11 als Taupunkttemperatur TPT bzw. Auslösetemperatur die zu dieser
Zeit vorliegende Vorlauftemperatur T
VL gespeichert. Weiterhin wird eine Untergrenze TPT_UG für die Vorlauftemperatur T
VL während des Taupunktmanagements festgelegt, welche in einem bestimmten Abstand, wie
beispielsweise ein Kelvin, über der Taupunkttemperatur TPT liegt. Um auch während
des Taupunktmanagements keine unzulässig hohe Vorlauftemperatur T
VL auftreten zu lassen, wird zudem eine Obergrenze T_DK hierfür festgelegt (beispielsweise
17 Grad Celsius), so dass ein Ansteigen der Vorlauftemperatur T
VL über diese vordefinierte Obergrenze T_DK vermieden werden kann.
[0020] Um nach dem Auslösen des Taupunktwächters TPW eine schädliche und unerwünschte Kondensatbildung
am elektrischen Verbraucher zu vermeiden wird die Vorlauftemperatur um einen vorbestimmten
Wert beispielsweise 3 Kelvin erhöht. Der Taupunktwächter TPW ist hierbei vorteilhafterweise
an einer Stelle, wie beispielsweise an der Zuleitung des Vorlaufs selbst oder an anderen
Stellen, an welchen im Vergleich zum direkten Umfeld der elektrischen Verbraucher
eine geringere (Kühl-)Temperatur vorherrscht, angeordnet.
[0021] Nach einer ersten Wartezeit TPM_WT1 von beispielsweise 30 Minuten, um eine am Sensor
möglicherweise entstandene Kondensatbildung abtrocknen zu lassen und/oder die Auswirkung
der getroffenen Maßnahme (z.B. Temperaturerhöhung) abzuwarten, wird abermals der Taupunktwächter
TPW in Abfrage 15 abgefragt. Meldet dieser nun den Zustand "trocken", so wird in Abfrage
17 abgefragt, ob eine Verringerung der Vorlauftemperatur T
VL um einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 1 Kelvin, noch oberhalb der vorher definierten
Untergrenze TPT_UG liegt.
[0022] Sofern sie darüber liegt, wird im nächsten Schritt 19 die Vorlauftemperatur um diesen
vorbestimmten Wert, also beispielsweise 1 Kelvin verringert und nach einer weiteren
zweiten Wartezeit TPM_WT2 von beispielsweise fünf Minuten zum Einregulieren der gewünschten
Temperatur abgewartet. Liegt die vorgenommene Verringerung gemäß Abfrage 17 in diesem
oder einem der etwaigen möglichen nächsten Durchläufe nicht oberhalb der Untergrenze
TPT_UG, so wird die Vorlauftemperatur in Schritt 23 auf die Untergrenze TPT_UG gesetzt.
[0023] In einer weiteren Abfrage 25 wird eine Gesamtwartezeit für das Taupunktmanagement
bzw. Laufzeit TPM_WT von beispielsweise 120 Minuten abgefragt und falls diese noch
nicht abgelaufen ist, in Abfrage 27 optional eine manuelle Eingabe einer Sollwerttemperatur
T
soll auch für das Taupunktmanagement ermöglicht, um beispielsweise die einen besonderen
Leistungstest etc. durchzuführen oder wiederkehrende Warnungen, wie beispielsweise
"Taupunktmanagement gestartet", zu vermeiden.
[0024] Soll eine solche optionale manuelle Eingabe einer Sollwerttemperatur T
soll nicht erfolgen oder liegt die manuell eingegebene Sollwerttemperatur T
soll nicht über der Sollwerttemperatur T
soll vor Einleitung des Taupunktmanagements, wird das Taupunktmanagement mit vorstehend
bereits erläuterter Abfrage 15 weitergeführt. Ist das Abfrageergebnis der Abfrage
15 statt "trocken" "nass", so wird in Abfrage 31 abgefragt, ob eine Erhöhung der Vorlauftemperatur
T
VL um einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 1 Kelvin, noch unterhalb der vordefinierten
Obergrenze T_DK liegt. Ist dies der Fall, wird die Vorlauftemperatur T
VL in Schritt 33 um ein Kelvin erhöht und nach einem Abwarten einer weiteren Wartezeit
TPM_WT3 von beispielsweise 20 Minuten, um eventuell vorhandenes Kondensat am Taupunktwächter
abtrocknen zu lassen, wiederum Abfrage 25 ausgeführt.
[0025] Solange die Abfrage 25 nicht den Ablauf der Wartezeit TPM_WT für das gesamte Taupunktmanagement
meldet, können demzufolge die vorstehenden Schritte mehrmals je nach Abfrageergebnis
unterschiedlich durchlaufen werden, so dass im Taupunktmanagement eine Vorlauftemperatur
T
VL vorherrscht, welche bei entsprechender Platzierung des Taupunktwächters TPW an einem
kühleren Ort (z.B. direkt an der Vorlaufrohraußenseite) einen gewissen Sicherheitsabstand
zum unerwünschten Erreichen des Taupunkts an der Verbrauchereinheit selbst gewährleistet.
[0026] Dennoch ist durch die vorstehend erläuterten Abfragen und entsprechenden schrittweisen
Erhöhungen bzw. Verminderungen der Vorlauftemperatur T
VL je nach Abfrageergebnis eine optimale Kühlung der eine Verlustwärme erzeugenden Verbrauchereinheit
weiterhin gegeben.
[0027] Die optionale Abfrage 27 nach einer manuellen Eingabe der Sollwerttemperatur T
soll besteht hierbei nur für Ausnahmen, wie beispielsweise Belastungstests etc. Entsprechend
wird bei einer zulässigen manuellen Eingabe, welche oberhalb der Sollwerttemperatur
T
soll vor Einleiten des Taupunktmanagements liegt, in Abfrage 29 der Taupunktwächter TPW
abermals abgefragt und bei Ergebnis "trocken" aus dem Taupunktmanagement auch vor
Ablauf der vorgesehenen Wartezeit TPM_WT für das gesamte Taupunktmanagement aus diesem
ausgestiegen und wieder mit dem normalen Regelverhalten oberhalb der Linie A, allerdings
um den neu eingegebenen Sollwert T
soll, weiterverfahren. Wird als Ergebnis der Sicherheitsabfrage 29 dagegen der Zustand
"nass" ausgegeben, wird das Taupunktmanagement weitergeführt, wobei in diesem Fall
entgegen Figur 1 gleich mit der Abfrage 31 statt doppelter Abfrage 15 fortgefahren
werden könnte.
[0028] Wird das Taupunktmanagement dagegen über Abfrage 25 durch Ablauf der Wartezeit TPM_WT
beendet, wird bei Ergebnis der Abfrage 41 "trocken" ebenfalls wieder das normale Regelverfahren
oberhalb der Linie A eingeleitet. Liegt als Ergebnis der Abfrage 41 dagegen der Zustand
"nass" vor, wird gemäß Schritt 43 eine Störmeldung ausgegeben, worauf optional mit
Abfrage 15 oder gleich direkt mit Abfrage 31 weiterverfahren werden kann, um durch
eine etwaige weitere Temperaturerhöhung gemäß Schritt 33 das erfindungsgemäße Verfahren
am Laufen zu halten und die Kühlfunktion nicht möglicherweise unzulässig und unerwünscht
zu mindern.
[0029] Nach dem Ende bzw. Ausstieg aus dem Taupunktmanagement wird, wie dargestellt, das
Regelverhalten wieder um die ursprüngliche Solltemperatur T
soll oder um eine etwaige, in Abfrage 27 manuell eingegebene, neue Solltemperatur T
soll fortgesetzt. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, dass das Taupunktmanagement
nicht nur zum Abfangen besonderer Konditionen (Tage bzw. Tageszeiten mit veränderten
Taupunktparametern, wie veränderte absolute Luftfeuchtigkeit und/oder veränderter
Luftdruck) dient, sondern auch die während eines solchen Taupunktmanagements eingestellte
Vorlauftemperatur T
VL für weitere Auswertungen gespeichert wird, beispielsweise um als Grundlage für eine
optimale Solltemperatur T
soll zu dienen.
[0030] Weiterhin ist es denkbar, insbesondere nach einem zu häufigen Auslösen des Taupunktwächters
TPW gemäß Abfrage 9 und damit zu häufigem Einleiten des Taupunktmanagements, beispielsweise
ab einem bestimmten Schwellwert die Sollwerttemperatur T
soll des normalen Regelverfahrens automatisch um einen bestimmten Betrag höher zu setzen
oder die Sollwerttemperatur T
soll in Abhängigkeit der im Taupunktmanagement optimierten Vorlauftemperatur T
VL zu setzen. Dies kann beispielsweise durch Mittelwertbildung mehrerer gespeicherter
Vorlauftemperaturen T
VL, mehrerer Taupunktmanagementdurchgänge oder Setzen auf die Vorlauftemperatur T
VL des letzten durchgeführten Taupunktmanagements erfolgen.
1. Verfahren zum Zuführen und Abführen eines Kühlmediums zu und von wenigstens einer
Verlustwärme erzeugenden, zu kühlenden Verbrauchereinheit bei dem die Vorlauftemperatur
(T
VL) in Abhängigkeit von einem gewünschten Sollwert (T
Soll) geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) hierbei ein Taupunkt, welcher von dem Raumklima der Umgebung abhängt, überwacht
wird,
b) bei einem Auslösen des Taupunktwächters bei einer Taupunkttemperatur (TPT) ein
Taupunktmanagement gestartet und die Vorlauftemperatur (TVL) des zugeführten Kühlmediums um einen vorbestimmten ersten Wert erhöht wird,
c) eine vordefinierte erste Wartezeit (TPM_WT1) abgewartet wird, um das möglicherweise
entstandene Kondensat abtrocknen zu lassen,
d) nachfolgend überprüft wird, ob der Taupunktwächter auslöst,
e) wobei im Falle des Nicht-Auslösens das Taupunktmanagement nach Ablauf einer vorbestimmten
Wartezeit für das Taupunktmanagement (TPT_WT) abgebrochen und das Verfahren mit Schritt
a) fortgesetzt wird und
f) im Falle des Auslösens eine Störung vorliegt und/oder eine Warnung ausgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
fl) in Schritt f) im Falle des Auslösens solange die Wartezeit für das Taupunktmanagement
(TPT_WT) nicht abgelaufen ist die Vorlauftemperatur (TVL) um einen vorbestimmten zweiten Wert maximal bis zu einer vorbestimmten Obergrenze
(T_DK) erhöht wird,
g) nach einer vordefinierten zweiten Wartezeit (TPM_WT2) das Taupunktmanagement mit
Schritt d) fortgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
e1) in Schritt e) solange die Wartezeit für das Taupunktmanagement (TPT_WT) nicht
abgelaufen ist die Vorlauftemperatur (TVL) um einen vorbestimmten dritten Wert maximal bis zu einer vorbestimmten Untergrenze
(TPT_UG) abgesenkt wird,
e2) nach einer vordefinierten dritten Wartezeit (TPM_WT3) das Taupunktmanagement mit
Schritt d) fortgesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergrenze (TPT_UG) der Vorlauftemperatur (TVL) um einen vorbestimmten Wert oberhalb der Auslösetemperatur (TPT) liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) vor einem Fortsetzen des Verfahrens mit Schritt a) der Sollwert (Tsoll) für die Vorlauftemperatur (TVL) manuell geändert werden kann sofern dieser geänderte Wert über dem vorherigen Sollwert
(Tsoll) liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fortsetzen des Verfahrens mit Schritt a) die aktuelle Vorlauftemperatur
(TVL) des Taupunktmanagements ausgegeben und/oder gespeichert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fortsetzen des Verfahrens mit Schritt a) die aktuelle Vorlauftemperatur
(TVL) des Taupunktmanagements als neue Sollwerttemperatur (Tsoll) für das Verfahren übernommen wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem Vorlauf für ein Kühlmedium in Richtung der der Verlustwärme erzeugenden
Verbrauchereinheit, einer Einrichtung, vorzugsweise Mischventil, zur Veränderung der
Vorlauftemperatur (TVL) und einem Taupunktwächter (sensor), mit einer Auswerte- und Steuereinheit, um bei
Auslösen des Taupunktwächters ein Taupunktmanagement zu starten und die Vorlauftemperatur
(TVL) des zugeführten Kühlmediums um einen vorbestimmten ersten Wert zu erhöhen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Schnittstelleneinheit ausgebildet ist.
10. Computerprogrammprodukt mit Programmmitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 7.
11. Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10.