Klimatisierung von Schaltschränken energieeffizient gestalten

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Heitec AG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Rittal GmbH & Co. KG

Positionierungsvorgaben und Planungshilfen

Das Einhalten der empfohlenen bzw. zulässigen Betriebstemperatur ist entscheidend für die Lebensdauer von Betriebsmitteln und Steuerungskomponenten. Die häufigsten Ursachen für die Überschreitung der zulässigen Temperatur sind:

• fehlende Umströmung der Komponenten durch Verblockung der Luftströme zum Beispiel durch andere Komponenten, Kabelkanäle usw.,

• Unterschreiten der vom Hersteller vorgegebenen thermischen Mindestabstände zwischen Komponenten,

• Verblockung der Luftströme von Komponenten mit Eigenlüftung.

Wesentlich für die korrekte Positionierung von Komponenten und die qualitative Verifizierung eines energieeffizienten Schaltschrank-Layouts ist demnach die Berücksichtigung von Herstellerinformationen, zum Beispiel zu thermischen Mindestabständen oder zu Strömungsrichtungen von Komponenten mit Eigenlüftung. Die Demonstrations-Software berücksichtigt diese Informationen und unterstützt den Anwender bei der Planung des virtuellen Schaltschranks durch gezielte Visualisierung und Online-Kollisionskontrollen. Eine Verblockung der Luftströme durch fehlerhafte Positionierung lässt sich so wirkungsvoll verhindern.

Um das geeignete Layout im Schaltschrank zu bestimmen, ist es besonders wichtig, so genannte „Hot Spots“ zu vermeiden. Diese entstehen, wenn aktive Komponenten, die zur gleichen Zeit viel Wärme produzieren, in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet werden. Der „Green Carbody Demonstrator“ visualisiert dazu die Verlustleistung aller Komponenten und berücksichtigt dabei auch die Gleichzeitigkeitsfaktoren. Darüber hinaus prüft die Software die Komponenten auf Positionierung im Bereich der Warmluftabführung. Komponenten, die Wärme produzieren, sollten zwischen Kaltluftzufuhr und Warmluftabfuhr angeordnet werden – geometrisch also über dem Kaltlufteintritt und unterhalb des Warmluftaustritts.

Prüfung auf Vollständigkeit der Konfiguration

Mitunter sind es Kleinigkeiten, die in der Projektierung den Unterschied machen. Fehlen beispielsweise die Türpositionsschalter, kann die Klimatisierungslösung auch bei geöffneten Türen betrieben werden. Das Klimagerät arbeitet dadurch nicht im optimalen Bereich, was neben hohem Energieverbrauch auch zusätzliche Wartungskosten und erheblich mehr Verschleiß zur Folge hat. Im schlimmsten Fall reduziert sich die Lebensdauer der Steuerungskomponenten durch unzureichende Kühlung. Gleiches gilt auch, wenn bei Anreihungen vergessen wird, Schrankdichtungen zu verwenden.

Um diese und weitere Fehler zu vermeiden, sind zahlreiche Maßnahmen zu treffen und Regeln einzuhalten – Regeln, die heute zumeist ein hohes Maß an Erfahrung und fundierte Kenntnisse der verwendeten Systemlösung und ihrer Besonderheiten voraussetzen. Die Demonstrations-Software von Eplan zeigt das praxisgerecht: Das erforderliche Regelwerk ist im System hinterlegt und die Software überprüft den virtuellen Prototyp auf Vollständigkeit. Verstößt die Konstruktion gegen die definierten Regeln, meldet die Software die Abweichungen und Fehler, so dass der Planer den virtuellen Prototyp entsprechend korrigieren kann.

Geeignete Klimatisierungslösung ermitteln

Sind der virtuelle Montageaufbau abgeschlossen und die Positionen aller zu projektierenden Komponenten festgelegt, erfolgt die Auslegung der erforderlichen Klimatisierungslösung. Neben dem Kühlgerät gehört dazu das Zubehör sowie eventuell erforderliche Luftleittechnik. Hierzu steht eine Schnittstelle zu Software Rittal Therm zur Verfügung. Mit dieser Software lassen sich Klimatisierungslösungen zum Heizen, Kühlen und Klimatisieren von Schaltschränken und Schaltanlagen berechnen und dimensionieren.

Die Schnittstelle übergibt die notwendigen Parameter zu Aufstellsituation, Umgebungsbedingungen, Dimension des Schaltschrankes, Gesamtverlustleistungen der Komponenten pro Klimatisierungszone usw. über das Eplan-Data-Portal an Rittal Therm. Im Anschluss an die Dimensionierung der Klimalösung und die Festlegung des geeigneten Geräts wird eine Liste aller erforderlichen Komponenten an das Eplan-Data-Portal übergeben.

Das Portal stellt alle erforderlichen Artikel und Artikeldaten gemäß der „Einkaufsliste“ zusammen und übergibt die Komponenten zur Projektierung an den „Green Carbody Demonstrator“. Der Planer platziert die Komponenten im 3-D-Prototyp seiner Schaltschranklösung und erstellt die erforderlichen Unterlagen für das Bestellwesen und die Fertigungsintegration. Sollte sich der Montageaufbau im Nachhinein ändern, werden diese Änderungen hinsichtlich ihrer Signifikanz für die Klimatisierung berechnet.

Auf diese Weise lässt sich eine Klimatisierungslösung planen, die den Schaltschrank optimal entwärmt und gleichzeitig möglichst effizient mit der eingesetzten Energie umgeht. Durch die regelbasierte Integration der neuen Funktionen kann eine Klimatisierung zügig geplant werden. Bei komplexen Aufbausituationen kann das Verfahren aber eine CFD-Analyse nicht ersetzen.

Es werden kostbare Personalkapazitäten im Anlagendesign geschont und gegebenenfalls erforderliche Zusatzqualifikationen, wie sie z.B. für CFD-Analysen notwendig sind, nicht benötigt. Eine Konzeption auf Basis eines virtuellen Prototyps zum frühestmöglichen Zeitpunkt erleichtert die Planung und ermöglicht eine präzise Verifizierung der Lösung. Eine perfekte Umsetzung, Montage und Wartung sowie ein energieeffizienter Betrieb sind dadurch garantiert – inklusive reduzierte Time-to-market des Endproduktes und nachhaltige Kosteneinsparung.

* * Dipl.-Ing (FH) Thorsten Heimberg arbeitet in der Abteilung Förderprojekte und Approbationen bei Rittal in Herborn.

* Dipl.-Ing. Thomas Weichsel ist Produktmanager Schaltschrank-Engineering bei Eplan in Monheim.

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