Klimalösung, Bild: Eplan

Die Innovationsallianz Green Carbody Technologies stellte 2013 in einer Studie fest: Knapp zwei Drittel aller getesteten Klimalösungen verrichten ihre Arbeit nicht richtig. Bild: Eplan

Die Planung energieeffizient klimatisierter Schaltschränke gestaltet sich kompliziert. Was für einen korrekten Montageaufbau der Komponenten oder eine gesichert adäquate Dimensionierung der erforderlichen Klimatisierungslösung vor allem fehlt, sind Informationen: Angefangen bei den Verlustleistungen der verbauten Komponenten, über die thermischen Mindestabstände und Lüftungssperrräume, bis hin zur Verteilung der Verlustleistung im Schrank oder zur sinnvollen Positionierung von Komponenten im Lüftungsstrom des Klimagerätes. Wer nicht ausgewiesener Klimaexperte ist oder sich aufwendiger CFD-Simulationen und Berechnungsmodelle bedient, begibt sich im Regelfall auf dünnes Eis.

Ergebnisse des Verbundprojektes Green Carbody Technologies und einer Rittal Feldstudie legen den Schluss nahe, dass Planer bei der Auslegung der Schaltschrankklimatisierung im Zweifelsfall zum nächstgrößeren Klimagerät greifen. Resultat dieser Auslegung sind überdimensionierte Klimageräte, die häufig mit geringer Auslastung oder im Stand-by-Modus arbeiten.

Klare Vorstellungen

Eplan, Rittal und Phoenix Contact analysierten den Status quo und formulierten leicht verständliche Entscheidungshilfen, um Planern den geplanten Montageaufbau an die Hand zu geben. Hier eine Übersicht:

  • Bereitstellung digitaler Komponentendaten inklusive aller Informationen für die Planung. Dies erfolgt in Bezug auf die elektrotechnischen Betriebsmittel von Phoenix Contact und die Klimatisierungskomponenten von Rittal.
  • Integration der digitalen Artikeldaten in die Engineering-Umgebung der Schaltschrankplaner über das Eplan Data Portal.
  • Ein softwarebasiertes Entwurfssystems (wie Eplan Pro Panel) zur Erstellung eines digitalen 3D-Prototypen der Schaltschrankapplikation als Grundlage für den geplanten Montageaufbau.
  • Anpassung und Optimierung bestehender Funktionen – softwarebasierte und lösungsintegrierte Planungshilfen für den Schaltschrankplaner in Eplan Pro Panel.

Blick in die Praxis

Klimalösung Konzept, Bild: Eplan
Sperrräume: Die linke Seitenansicht zeigt die lüftungstechnischen Sperrräume, während in der Mitte der optimal klimatisierte Bereich zu sehen ist. Rechts: Anzeige des optimal klimatisierten Bereichs bei Einsatz einer Luftumlenkung. Bild: Eplan

Meist beginnt die detaillierte Auslegung der Klimatisierung erst am Ende der Anlagenplanung, sobald die Verlustleistung aller Komponenten ermittelt wird und der Planer nach der Verlustleistungsbetrachtung gemäß DIN EN 61439 feststellt, dass eine aktive Kühlung installiert werden muss.

Zur Konzeption und Konstruktion von Steuerungsschränken, Schaltanlagen und flexiblen Stromverteilersystemen für die Energieversorgung übergibt Eplan Pro Panel die erforderlichen Daten an Rittal Therm, einem Tool zur Dimensionierung und Auslegung von Klimatisierungslösungen. Das sind beispielsweise Informationen zum Schaltschrankgehäuse, zur Spannungsversorgung, zu den zu berücksichtigenden Klimatisierungsbereichen und zur Gesamtverlustleistung der Schaltschrankapplikation. In Rittal Therm erfolgt in verschiedenen Schritten die Ermittlung der geeigneten Klimatisierungslösung. Die Liste der erforderlichen Klimatisierungskomponenten wird an das Eplan Data Portal übergeben und dann für den virtuellen Einbau in Eplan Pro Panel bereitgestellt.

Speziell der optimal klimatisierte Bereich ist von Bedeutung; also der Raum, den ein Klimagerät aufgrund seiner Luftförderleistung zuverlässig klimatisieren kann. Entsprechend visualisiert das Panel die maßgeblichen Geräteparameter wie die maximale Wurfweite der Kühlluft sowie die Anstellungswinkel der in das Gerät ein- oder der aus dem Gerät ausströmenden Luft. Berücksichtigt wird dabei, dass die Luftgeschwindigkeit mit zunehmender Entfernung vom Gerät sinkt und die Wurfweite damit begrenzt ist.

Klimlösung frontal, Bild: Eplan
Verlustverteilung: Links ist die gewöhnliche Ansicht eines Schrankes zu sehen; die Einfärbung der Komponenten rechts entspricht der Verlustleistungsverteilung. Rot dargestellte Komponenten sind bevorzugt zu kühlende Komponenten. Bild: Eplan

Mit der virtuellen Aufbauplanung von Schaltschränken in 3D realisiert Eplan gemeinsam mit Rittal und Phoenix Contact neue Funktionen für die virtuelle Produktentwicklung in Eplan Pro Panel. Thermal Design Integration vermittelt dem Schaltanlagenplaner die Funktionsweise, Leistungsgrenzen und Integrationsmöglichkeiten der einzelnen Klimatisierungsvarianten, sodass er eine effektive und effiziente Klimatisierungslösung intuitiv und einfach dimensionieren kann. Die Basis dafür sind insbesondere Informationen zur Position von Luftein- und -auslass der Klimatisierungskomponenten. So kann verhindert werden, dass der Luftstrom durch Komponenten oder Drahtbündel verblockt und damit in seiner Wirksamkeit eingeschränkt wird. Anhand der Daten lässt sich auch beurteilen, ob thermisch sensible Elektronikkomponenten einem zu intensiven Kühlstrom oder einem zu warmen Abluftstrom ausgesetzt sind. Diese Informationen werden zukünftig von Rittal für alle relevanten Rittal Klimatisierungskomponenten über das Eplan Data Portal bereitgestellt.

Klimalösung Details, Bild: Eplan
Links: Klimagerät zieht warme Luft an und lässt kalte Luft gerichtet aus. Der Filterlüfter in der Mitte zieht Umgebungsluft an und verteilt sie rotationssymmetrisch. Die Schaltschrankheizung rechts zieht kalte Luft an und lässt warme Luft gerichtet aus. Bild: Eplan

Wo sind Hotspots? An welchen Positionen befinden sich besonders zu kühlende Komponenten? Für die passende Positionierung der Klimatisierungskomponenten am Gehäuse steht in Eplan Pro Panel ab Version 2.6 eine neue Funktion zur Verfügung. Sie färbt die verbauten Komponenten gemäß ihrer Verlustleistungsdichte unterschiedlich ein. Die Verlustleistungsdichte wird auf Basis der maximalen Verlustleistung der verbauten Komponenten ermittelt.

Zonen identifizieren

Zur Klimatisierungslösung zählt ebenso eine störungsfreie Luftführung im Schaltschrank. Auch dürfen der Betrieb und die Standfestigkeit von Komponenten nicht negativ beeinflusst werden. Dementsprechend muss der Planer den Einbauort der Komponenten im Abgleich mit den Einflussgrößen der Klimatisierungslösung überprüfen. Dafür kommen zukünftig neue digitale Produktmerkmale Einsatz: Die lüftungstechnischen Sperrräume und der optimal klimatisierte Bereich. In Kombination mit erweiterten Produktdaten, softwarebasierten Planungshilfen und technologischen Klimatisierungslösungen profitieren Anlagenbauer umfänglich: Von einem durchgängig virtuell gestalteten Produktentwicklungsprozess und Verbesserung in Produktqualität, Effizienz und Wertschöpfung.

Technik im Detail

Thermal Design Integration

  • Intuitive Erstellung effizienter Klimatisierungslösungen durch Darstellung von Funktionsweise, Leistungsgrenzen und Integrationsmöglichkeiten verschiedener Klimatisierungsvarianten
  • Informationen zu Luftein- und -auslass der Klimatisierungskomponenten und der daraus resultierenden Kühlströme
    schnelle Identifikation der besonders zu kühlenden Komponenten für eine passgenaue Positionierung der Klimatisierungskomponenten
  • Visualisierung der Geräteparameter, um lüftungstechnische Sperrräume und die optimal klimatisierten Bereiche zu erkennen.