Radiatorfläche vs. Anordnung / Strömungsauslegung

Eine dritte und eine vierte Variante fehlen noch in deiner Betrachtung. Zunächst die dritte: „3.) Deckel-Radi pustet rein, Frontradi ebenfalls.“ Das wäre sozusagen die rein Wakü-optimierende Variante, für so ein Standard-Gehäuse. Allerdings hätte sie ihre Nachteile für die Hardware die nicht per Wakü versorgt wird.Deine Betrachtungen beziehen sich aber leider nur auf 0815-Gehäuse, die in der Praxis grundsätzlich ihre Schwächen haben – egal welche Radiatoranordnung man wählt. Deshalb würde ich eine vierte Variante mit einbeziehen, die zwar ein geeignetes Gehäuse erfordert, aber allen drei anderen Varianten überlegen ist.Folgendes wäre also die ausführliche beschriebene die vierte Variante (die man auch noch mal in Untervarianten gliedern könnte):Die Radiatoren werden in einer zur Hardware hin abgeschlossenen Kammer unter oder über der Hardware verbaut und ziehen entweder durch den Boden oder Deckel bzw. von vorn und hinten ihre Ansaugluft. Dabei können entweder zwei Radiatoren an den Seiten verbaut sein, die beide die erwärmte Luft nach außen fördern und beide von unten oder oben die Zuluft bekommen, oder es sitzt nur ein Radi in der Kammer und die Luft wird quer durch die Kammer gefördert (z.B. geht die kühle Außenluft links rein und die erwärmte Abluft recht raus oder anders herum). Ein derartiger Aufbau garantiert, trotz internem Einbau von Radiatoren stets die besten Kühlleistung und hat keine Nebenwirkungen auf die Hardware. Außerdem bringt so eine Konfiguration weitere Vorteil mit sich:

• Man kann relativ viel Radiatorfläche auf wenig Raum unterbringen.
• Die Lüfter können immer in ihrer effektivsten Konfiguration betrieben werden (je nach Typ saugend, oder blasend)
• Die Hardware ist getrennt von den Radiatoren untergebracht und bekommt (wenn nötig) mit echten Gehäuselüftern einen idealen Luftstrom.
• Mit der Kammer unten wird stets kalte Luft aus Bodennähe zum kühlen genutzt.
• Mit der Kammer unten besteht keine Gefahr, dass bereits erwärme Luft wieder angesaugt wird, oder die mitgekühlte Hardware negativ beeinflusst.

An sich hat man also alle Vorteile eines externen Radiators (außer die fehlende Bauraumbeschränkung), obwohl der/die Radiator/en intern verbaut ist/sind.Ein Gehäuse bei dem so eine Konfiguration möglich ist, wäre z. B. das Silverstone TJ07, welches nicht umsonst eines der beliebtesten Wakü-Gehäuse ist/war. Hier können Radiatoren und Hardware getrennt voneinander untergebracht werden und so optimale Kühlleistung bei internem Einbau der Wakü erreicht werden. Das Netzteil als unnötige Wärmequelle kann man da auch gleich mit die Kammer auslagern und auch das wird so besser gekühlt.Die Kurzfassung der Variante 4 wäre also:4.) Der (oder die) Seiten-Radiator(en) ziehen kühle Außenluft und fördert/n die erwärmte Abluft ohne Umwege direkt wieder hinaus, ohne die Hardware zu beeinflussen.Was deine Frage bzgl. der Auswirkung von „Unterdruck“ und erhöhter Innentemperatur angeht, kann ich dir zum Teil aus Erfahrung Folgendes sagen:„Unterdruck“:Einen gewissen Unterdruck im Gehäuse kann man vllt. mit relativ starken Gehäuselüftern erreichen die ohne weiteren Strömungswiderstand nach draußen fördern. Derartige Lukü-Konfigurationen sind auch der Ursprung der Schauergeschichten, die zu diesem Thema immer wieder herum geistern. Zumindest wenn das Gehäuse nicht hermetisch abgedichtet ist, und es sich um Radiatorlüfter handelt, wird ist dieses Thema aber so gut wie nie relevant. Selbst wenn die Lufteintrittsflächen nicht gerade üppig und vllt. sogar mit Staubfiltern versehen sind, ist der Stömungwiderstand den ein Radilüfter in Form des Radiators überwinden muss, im Normalfall erheblich höher ist als der Eintrömwiderstand der Luft ins Gehäuse. Der Unterdruck im Gehäuse ist daher so minimal, dass er normalerweise nicht messbar ist. Von daher ist das keine in der Praxis relevante, geschweige denn leistungs-, oder temperaturbestimmende Frage. Einen messbaren oder gar signifikanten Einfluss auf den Volumenstrom der Radiatorlüfter kann man daher selbst in relativ ungünstig aufgebauten Gehäusen nahezu ausschließen. Der einzige Faktor der diese Fragestellung sowohl bei Lukü als auch bei Wakü problematisch macht ist der Staub:Wenn man von innen nach außen fördert, strömt die Zuluft nicht durch eine definierte Zuluftöffnung, sondern durch alle Öffnungen die sich bieten. Durch Öffnungen mit wenig Strömungswiderstand mehr als durch andere, aber prinzipiell durch alle. Diese Öffnungen (und seien es nur Spalten) alle mit effektiver Staubfilterung auszustatten ist schier unmöglich, oder man muss alles hermetisch abdichten, um nur noch definierte Einströmwege offen zu lassen, die man dann wieder sauber mit Staubfiltern schützen kann. Allerdings ist die Strömung bei einer Wakü mit Radilüftern wie gesagt sowieso schon erheblich schwächer, als bei Gehäuselüftern gleicher Drehzahl, denn ausblasende Radilüfter arbeiten (egal ob radiatorseitig saugend oder blasend montiert) gegen den Strömungswiderstand des Radiators, der im Normalfall deutlich höher ist als der Strömungswiderstand beim Lufteintritt ins Gehäuse. Ausblasende Gehäuselüfter arbeiten demgegenüber allenfalls gegen ein Meshgitter o. Ä., wenn überhaupt. Grundsätzlich ist in punkto Druckverhältnis die Frage also nur davon abhängig wie viel Strömungwiderstand der Luft beim Einströmen ins Gehäuse gegenübersteht. Sorgt man dafür, dass die Luft einigermaßen gut einströmen kann, baut sich auch kein messbarer Unterdruck auf. Schon gar keiner der einen im Vergleich zum Radiator messbaren Einfluss auf das Fördervolumen der Lüfter hätte. Wenn man also dafür sorgt, dass die Lufteintrittsflächen ins Gehäuse groß und ohne strömungsbehindernde Vorbauten, sondern lediglich mit Staubfiltern ausstattet sind, kann man sich derartige Überlegungen sogar mit Gehäuselüftern bei Lukü sparen. Ist der Gesamt-Eintrittsquerschnitt effektiv vergleichbar groß wie der der Austrittsquerschnitt, baut sich im Gehäuse nicht mal ein minimaler Unterdruck relativ zur Umgebung auf. Mit Radiatorlüftern ist die ganze Thematik so oder so bereits durch den hohen Strömungswiderstand der Radiatoren entschärft. Grundsätzlich kann man, wenn man denn meint sich damit etwas Gutes zu tun, natürlich auch bei Wakü für groß dimensionierte Lufteintrittsöffnungen mit Staubfiltern sorgen (das ist dann aber mehr was für´s Gemüt als sachlich nötig). Eine weitere Möglichkeit besteht darin den Zuluftstrom besser zu definieren, indem man dedizierte Zuluft-Lüfter verbaut (da reicht i. d. R. ein Gehäuselüfter). So kann man auch gezielt bestimmte Komponenten mit Kühler Luft versorgen und beugt unkontrolliertem Staubeintritt vor.Innentemperaturen:Das ist im Gegensatz zum „Unterdruck“-Thema eine Sache die zumindest für die Varianten 1) bis 3) tatsächlich in gewissem Maße das Verhältnis zwischen Kühlleistung der Wakü und dem Rest, also den Temperaturen der wassergekühlten Komponenten und den Temperaturen der semipassiv-mitgekühlten Komponenten im Gehäuse beeinflussen kann. Bei Variante 3) und teilweise bei Variante 2) wird die gesamte Abwärme die der/die einblasende(n) Radiator(en) dem Wasser entzogen hat/haben ins Gehäuse geblasen. Das macht sich für die semipassiv mitgekühlte Hardware auf jeden Fall negativ bemerkbar im Vergleich z. B. zu Varianten 1) oder 4), bei denen lediglich kühle Außenluft an diesen Komponenten vorbei strömt. Anderseits kühlt ein Radiator der die Abluft ins Gehäuse fördert die wassergekühlten Komponenten mit kühler Außenluft (Varianten 3) und teilw. 2)), was deutlich von Vorteil für die wassergekühlten Komponenten ist. Im Vergleich dazu bekommen die Radiatoren bei Varianten 1) die Abwärme dieser mitgekühlten Komponenten mit der Luft die durch den Radi gefördert wird ab, was die Kühlleistung minimal schmälert. Im Vergleich dazu wird bei Variante 4 ausschließlich mit unvorgewärmter Außenluft gekühlt – sowohl waküseitig als auch beim Rest. Für Variante 2) und 3) gilt im Übrigen, dass mit dem angewärmten Luftstrom aus einem oder beiden Radiatoren neben der schlechteren Kühlung der den semipassiv mitgekühlten Komponenten auch die Oberflächen der Schläuche und Kühler des Wakü-Systems ein kleinen Teil der Wärme wieder in den Kreislauf zurück speisen. Das wiegt zwar den Vorteil der kühlen Außenluft aus Wakü-Sicht niemals auf, aber es schmälert zumindest theoretisch auch die Kühlleistung der Wakü etwas. Bei den Varianten 1) bis 3) mit 0815-Gehäsue gilt es bei dieser Fragestellung also abzuwägen: Entweder man möchte die Wakü auf höchste Effizienz trimmen – dann muss ausschließlich mit kühler Außenluft gekühlt werden, oder man möchte den semipassiv mitgekühlten Komponenten bessere Kühlung zukommen lassen. Lediglich für Variante 4 sind diese negativen Aspekte alle nicht relevant, da sie nicht eintreten. Sowohl die wassergekühlten Komponenten, als auch die luftgekühlten Komponenten haben jeweils optimale Bedingungen.Wenn man aber mal vom 0815-Gehäsue ausgeht, zeigt deine Intuition, dass du eher auf Ausgewogenheit stehst, als auf reine Optimierung der Wakü oder auf verbesserte Kühlung des Rests. Mit Variante 4) müsstet du hier allerdings keine Kompromisse machen. Was nun deine Frage nach dem einzelnen 360er im Vergleich zu zwei Radiatoren mit insg. mehr Fläche in Deckel und Front angeht:Selbst in der aus reiner Wakü-Sicht schlechtesten Variante 2.) (die dafür ausgewogener ist), würdest du vermutlich die zusätzliche Radifläche in Form etwas höherer Temperatur an den wassergekühlten Komponenten vermissen. Zudem saugt ein einzelner Deckel-Radi natürlich auch vorgewärmte Luft, denn immerhin die Wärmeabgabe nicht wassergekühlten Hardware kriegt er ja mit ab, wenn der Lüfter nicht von außen nach innen fördert. Was dein selbst geschriebenes Programm angeht: Auf was basiert es? Das ist ja schon eine recht komplizierte Fragestellung deren Simulation nicht mal ebenso aus der Hand geschüttelt werden kann. Ehrlich gesagt kann ich mir nicht so recht vorstellen, dass man das mal eben so programmiert. Oder ist es nur ein Modell in einer bestehenden Simulationsumgebung.

Nicht das ich so viel von Matlab und Modelbildung verstehen würde, aber interessieren würde es mich schon 🙂 Vllt kannst Du ja mal Dein Skript reinstellen….

Ein sehr schöner Ansatz! :d: Daraus könnte man vllt. ein richtig geniales Dimensionierungs- und Einbau-Tool basteln. Allerdings fehlen natürlich schon noch eine Menge relevante Einflussgrößen.

Christoph!;523880 said:
Wenn man den Radiator nicht als „Blackbox“ betrachtet, müsste man noch ein paar Formeln für den Radiator reinfriemeln weil sich die Fläche und Temperatur nicht wirklich proportional zueinander verhalten.

Jep – das ist z.B. ein Punkt an dem es leider auch kompliziert wird, denn hier kommen einige Variablen ins Spiel die neben den Eingangs-Lufttemperaturen Einfluss auf die Kühlleistung des Radiators nehmen. Da spielen z. B. die Tiefe des Radiators, seine Lamellendichte, so wie der sich daraus ergebende Luftwiderstand im Zusammenspiel mit Lüfterkennlinie eine Rolle.

Für einiges davon gibt es experimentelle Daten die man als Datenbank nutzen könnte, aber ich fürchte, das wird aufwändig wenn man möglichst viele reale Radiatoren abbilden will. Oder man müsste Modell-Radiatoren verschiedener Flächen, Dicken und Lamellendichten entwickeln deren Parameter man dann grob mit experimentellen Daten abgleicht.

Abgesehen wäre für die Fragestellung der Einbauvarianten natürlich auch noch die Frage zu klären, welche Mischtemperaturen sich im Gehäuse ergeben etc. Grundsätzlich gibt es aber wie gesagt Möglichkeiten wie man diese Problem umgehen kann – aber eben nicht in jedem Gehäuse.

Als grober Ansatz ist das Skirpt aber schon richtig genial. Da würde sich eine Weiterentwicklung lohnen. Leider hab ich mit MathLab nie gearbeitet (wir hatten MathCad und heute reicht mir meist Excel).

Danke fürs reinstellen, hab im Moment nicht die Zeit mich damit zu beschäftigen.Der stationäre Fall ist für uns am interessantesten weil wir davon ausgehen, dass sich die Wassertemperatur auf einem Maximum einpendelt. bzw von den Lüfter bei der von uns gewählten konstanten Luftgeschwindigkeit und konstanten Umgebungstemperatur unter dieser Maximaltemperatur gehalten wird ?!? (und konstanter Abwärmeleistung)Wenn man den Radiator nicht als „Blackbox“ betrachtet, müsste man noch ein paar Formeln für den Radiator reinfriemeln weil sich die Fläche und Temperatur nicht wirklich proportional zueinander verhalten. Wie gesagt im Moment keine Zeit, aber ich finde es sehr interessant.

AlphaAquila;523883 said:

Wenn man den Radiator nicht als „Blackbox“ betrachtet, müsste man noch ein paar Formeln für den Radiator reinfriemeln weil sich die Fläche und Temperatur nicht wirklich proportional zueinander verhalten.

Inwiefern meinst du das? Was für Formeln willst du für den Radiator einführen? Ich behandle den Radiator als Blackbox, das stimmt. Es stimmt auch, dass der abgegebene Wärmestrom über einzelne Bereiche des Radiators nicht konstant ist. Dort wo warmes Wasser einströmt ist die übertragende Wärme größer. Da sich die Temperatur vor und hinter dem Radi i.d.R. nur wenig unterscheiden spielt das aber kaum eine Rolle. Der k-Wert ist ohnehin ein „Bastelfaktor“ den man einfach anpasst bis das Ergebnis mit experimentellen Daten übereinstimmt.
Man könnte natürlich eine komplette Strömungsimulation im Kühlwasserkreislauf und im Gehäuseinneren durchführen und die zugehörigen Temperaturfelder bestimmen. Das wäre jedoch ein ziemlicher Aufwand 😉

Naja mir gings da um Korrelationen um der Geometrie bzw dem Strömungsverhalten der beiden Fluide zueinander gerrechter zu werden. Es sind ja schon große Unterschiede zwischen einem Kreuzstrom, Gleichstrom, Gegenstromwärmetauscher etc.

LMTD oder besser Epsilon NTU Methode mit der entsprechenden Korrelation für unvermischte Kreuzstromwärmetauscher.

Wenn ich mich recht erinnere bräuchte man mit der NTU Methode nichtmal einen K-Wert.