Green Carbody Technologies Klimatisierung von Schaltschränken energieeffizient gestalten

Im Rahmen des Projekts Green Carbody Technologies hat Rittal 400 installierte Schaltschränke in der Automobilindustrie hinsichtlich ihrer klimatechnischen Auslegung analysiert. Hier gibt es viel Verbesserungspotenzial.

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Rittal GmbH & Co. KG

Heizen, Kühlen und Klimatisieren sind komplexe Prozesse, die eine intelligente Steuerung und eine energieeffiziente Auslegung der Einzelkomponenten und der Gesamtlösung benötigen. Das gilt für Maschinen und Produktionsanlagen in der Gesamtheit genauso, wie für Energieversorgung, Antriebs- und Automatisierungstechnik im Detail. Mit Unterstützung einer CAE-basierten Lösung lassen sich Klimatisierungskonzepte für Schaltschränke optimal planen und energieeffizient realisieren.

Geht es um die Energieeffizienz, setzt die Automobilindustrie in vielen Bereichen Maßstäbe. So hat sich die Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ zum Ziel gesetzt, den Energieeinsatz in der Karosseriefertigung um 50% zu reduzieren. In einem der insgesamt fünf Verbundprojekte, InnoCaT4, beschäftigen sich die Projektpartner Volkswagen, Rittal, Lütze und Phoenix Contact mit dem energie- und ressourceneffizienten Karosseriebau im Lebenszyklus und der energieeffizienten Klimatisierung von Schaltschränken.

Bis zu 2000 Schaltschränke im Karosseriebau

In einer typischen Karosseriebaulinie kommen zwischen 1000 und 2000 Schaltschränke zum Einsatz. Durch die Verlustleistung der eingebauten Komponenten für die Energieversorgung, Antriebstechnik und Automatisierung entsteht in den Schaltschränken Wärme, die möglichst effizient abgeführt werden muss, um den störungsfreien Betrieb der Anlage zu gewährleisten.

Im Rahmen des Projekts hat der Rittal Service etwa 400 bereits installierte Schaltschränke in verschiedenen Anwendungen und unterschiedlichen Umgebungsbedingungen hinsichtlich der klimatechnischen Auslegung analysiert. Die Bestandsaufnahme zeigt, dass bereits im allgemeinen Aufbau der Schaltschränke erhebliche Verbesserungspotenziale liegen.

So waren beispielsweise die Komponenten in einem Großteil der Schaltschränke rein nach der elektrischen Funktionalität angeordnet. Die Planer stellten bei der Anordnung der Komponenten offensichtlich vor allem eine möglichst einfache Installation mit kurzen Kabelwegen sowie die Übersichtlichkeit und Servicefreundlichkeit in den Vordergrund.

Auf eine optimale Führung der kühlen Luft, die Umströmung der zu kühlenden Komponenten oder auf die Vermeidung von „Hot Spots“ achteten sie dagegen kaum.

Als Ergebnis der Feldstudie bleibt festzuhalten, dass 19% aller untersuchten Schaltschränke mit Kompressor-Kühlgeräten einen Luftkurzschluss aufweisen, sodass sich ein Teil der Kühlleistung nicht nutzen lässt. Bei zwei Drittel der Schaltschränke liegen die aktiven, Abwärme produzierenden Komponenten nicht im Luftstrom zwischen Aus- und Einlass des Kühlgeräts. Auch die Auswahl der Klimatisierungslösung lässt Schwächen in der Planung erkennen. Etwa 50% aller untersuchten Kompressor-Kühlgeräte sind deutlich überdimensioniert.

Dies lässt darauf schließen, dass die Verlustleistung im Schrank überschätzt wird, weil Gleichzeitigkeitsfaktoren der Komponenten nicht berücksichtigt werden oder weil wesentliche Informationen für die korrekte Planung des Montageaufbaus und die Auslegung der Kühlung nicht verfügbar sind.

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Die Folge sind hohe Beschaffungs- und Betriebskosten der Klimatisierungslösung, wobei die Energieeffizienz gering ist und gleichzeitig ein störungsanfälliger Betrieb durch überhitzte Komponenten droht. Auf Basis dieser Feldstudie haben die Partner Ansätze erarbeitet, um die Klimatisierung von Schaltschränken energieeffizienter zu gestalten.

Softwarebasierter Support des Planungsprozesses

Um die Energieeffizienz einer Schaltschrankklimatisierung zu erhöhen, ist unter anderem eine stärkere Berücksichtigung der Klimatisierung schon in der Planungsphase notwendig. Ein idealer Ansatz hierzu ist die Integration der Klimatisierungs-Auslegung in die Engineering-Software für die Elektrokonstruktion, das Hardware-Engineering und das Technology-Engineering.

Das Ziel ist, ein optimiertes Schaltschrank-Layout zu erreichen. Mit diesem Ansatz wurde im Rahmen des Teilprojektes InnoCaT4 auf Basis der Eplan-Plattform eine Demonstrations-Software entwickelt. Wesentlich für die energieeffiziente Auslegung und Dimensionierung einer Klimatisierungslösung und die Auswahl geeigneter Klimageräte ist die Berücksichtigung der Aufstellsituation und der Umgebungsbedingungen. Dabei müssen im Vorfeld einige Fragen beantwortet werden: Wo und wie steht der Schaltschrank? Welche Temperaturen herrschen im Innern des Schaltschranks und in der Umgebung?

Die von Eplan realisierte Demonstrations-Software erlaubt es, alle erforderlichen Parameter sowohl projektbezogen als auch bezogen auf den einzelnen Schaltschrank zu definieren. Diese Parameter dienen anschließend als Basis für die Planung der Klimatisierungslösung.

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