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Klimatisierung im Fokus

Schaltschrank-Kühlung dimensionieren

Klimatisierung im Fokus

Die Berechnung einer effektiven Klimatisierung von Schaltschränken ist ohne professionelle Software-Werkzeuge kaum denkbar. Mit aktuellen Programmen lässt sich die aufwändige Berechnung des Klimatisierungsbedarfs von Schaltschränken komfortabel und schnell durchführen. Dabei werden neben der Verlustleistung auch Umwelteinflüsse wie Luftfeuchtigkeit und Standort berücksichtigt. Neben dem reinen Zeitgewinn lassen sich damit auch – unter Umständen teure – Dimensionierungsfehler vermeiden.

Bild: Rittal

Die Berechnung des Kühlungsbedarfs von Schaltschränken und die Auswahl der optimalen Kühllösungen gestalten sich ‚per Hand‘ aufwändig bis kompliziert, immer aber sehr zeitintensiv. Heute lassen sich solche Kalkulationen durch moderne Klimaberechnungssoftware wie der Lösung ‚Rittal Therm‘ des Anbieters Rittal einfach und schnell durchführen. Das 16-sprachige Softwareprogramm, das aktuell in Version 6.1. vorliegt, ist netzwerkfähig und erlaubt die gleichzeitige Berechnung mehrerer komplexer Anreihschrank­systeme.

In der Software lässt sich zwischen Express- und Expertenmodus wählen. Dabei führt der Expressmodus mit wenigen Mausklicks zu einem überschlägigen Ergebnis als Orientierungshilfe. Erfahrenen Anwendern vermittelt dieses Vorgehen einen schnellen Überblick über die thermischen Gegebenheiten. Dabei müssen die Verlustleistungen direkt eingegeben und der entsprechende Schaltschrank übernommen werden. Dieser kann im Expressmodus ausschließlich aus dem Pulldown-Menü der TS Topschränke des Anbieters ausgewählt werden – dafür jedoch in allen verfügbaren Größen. Und auch der definierte k-Faktor, also der Wert des Wärmedurchgangskoeffizienten des Schrankmaterials, trägt in diesem Modus schnell zur kontrollierten Übersicht bei, wie sich für unterschiedliche Verlustleistungen die Innentemperaturen mit und ohne aktive Kühlung verändern lassen. Außerdem kann der Anwender erkennen, welche Klimatisierungskomponenten geeignet sind, um die vorgewählte Schrankinnentemperatur zu gewährleisten.

Kalkulation des Kühlungsbedarfs per Software: Das Programm schlägt dem Anwender auf Basis der Angaben zu Außen- und Innentemperatur geeignete Komponenten für die Schaltschrank-Klimatisierung vor. Bild: Rittal

Exakte Auslegung für effiziente ­Klimatisierung

Für die exakte Auslegung der Klimatisierung dagegen ist der Expertenmodus zuständig. Beim Start des Programms ist dieser automatisch aktiviert. Klickt der Anwender auf den Reiter ‚Schnellstart‘, wird zuerst nach einer eventuell gewünschten Heizung oder der Berücksichtigung von Sonneneinstrahlung gefragt. Beide sind beispielsweise wichtige Faktoren beim Projektieren von Outdoorgehäusen. Nächster Schritt ist die Wahl der Umgebungs- und der gewünschten Innentemperatur des Schaltschranks. In der Praxis bewährte Voreinstellungen sind hier – wie auch an anderen Programmpunkten – jeweils vorbelegt, können jedoch bei Bedarf überschrieben werden.

Im Expertenmodus lassen sich per Pulldown-Menü zunächst die Gehäuse- oder Schrankfamilie wählen und im zweiten Schritt deren Abmessungen bestimmen. Für Produkte des Software-Anbieters geschieht dies besonders einfach, weil das gesamte Lieferprogramm in der Software hinterlegt ist. Für andere Produkte beziehungsweise bei Sondermaßen von Gehäusen erfolgt die Dimensionierung dagegen über die Eingabe der geometrischen Abmessungen Breite, Höhe und Tiefe. Dazu steht eine Rubrik für Sonderabmessungen zur Verfügung, in der auch der k-Faktor angepasst werden kann. Hier kennzeichnet der Anwender die Aufstellungsart freistehend, Wandanbau oder angereihter Aufbau. Die Visualisierung erfolgt nun mittels einer eindeutigen Symbolik. Danach zeigt das Programm, ob die Wärmeleistung vom Schrank abgestrahlt oder aus der Umgebung importiert wird.

Maßgebend für die erforderliche Kühlleistung ist die im Schrank vorhandene Verlustleistung der Einbauten. Deren Eingabe kann auf drei Arten erfolgen: Über direktes Eintippen des Wertes, über tatsächlich gemessene Temperaturen – beispielsweise von Vergleichsprojekten – oder über eine umfangreiche herstellerspezifische Produktdatenbank. Diese enthält gängige Komponenten führender Hersteller von Leistungs- und Steuerelektronik, wie zum Beispiel Drosseln, Trafos, SPS und Umrichter bis hin zu Servern. Per Mausklick lassen sich die einzelnen Komponenten Zug um Zug in das Projekt integrieren sowie bei einer späteren Bearbeitung des Projektes weitere Komponenten hinzufügen.

 

Verbesserte HF-Schirmung durch EMV-Filterlüfter

Bild: Rittal

Elektrische und magnetische Felder, die schnell zu Störungen führen können, finden sich überall -von industriellen Anwendungen bis zur Daten- und Telekommunikation. Sind Schaltanlagen oder IT-Anwendungen extrem hohen elek­tromagnetischen Störfeldern ausgesetzt, kommen spezielle Schaltschränke mit elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) und hoher Hochfrequenz-Schirmwirkung (HF) zum Einsatz. Um hohe EMV-Festigkeit auch im Klimatisierungsbedarf mit Filterlüftern zu gewährleisten, bietet sich der Einsatz von EMV-Filterlüftern an, die eine hohe Abschirmwirkung beziehungsweise Dämpfung gegen elektromagnetische Felder und damit hohe EMV-Sicherheit bieten. Die aktuellen EMV-Filterlüfter der Toptherm-Serie von Rittal verfügen über hohe Druckstabilität und erfüllen die Anforderungsstufe 2 für Schirmdämpfungen nach EN61587-3:2006 im Frequenzbereich von 30 bis 1.000 Megahertz (MHz). Diese setzt für den Frequenzbereich von 30 bis 230 MHz eine Mindestschirmdämpfung von 40 Dezibel und für den Frequenzbereich von 230 bis 1.000 MHz eine Mindestschirmdämpfung von 30 Dezibel fest. Dabei ist die komplette Lüftereinheit – bestehend aus Gehäuse und Filtermatte – auf optimalen EMV-Schutz ausgelegt: Metallisierte Oberflächen sowohl der Filtergehäuse als auch der Filtermatten mit Kupfer-Nickel-Chrom-Beschichtungen bieten hohe EMV-Dämpfung, dadurch entfällt der Einsatz zusätzlicher Drahtgitter zur Schirmung. Zur Montage lassen sich die Filterlüfter in entsprechende Montageausschnitte am Schaltschrank oder Gehäuse einbringen und verschrauben. Das Anbringen einer selbstklebenden, umlaufenden Kontaktfolie unterstützt zusätzlich eine sichere und umfassende Kontaktierung. Die Filterlüfter verfügen über eine druckstarke Diagonal-Lüftertechnik – eine Synthese aus Radial- und Axiallüftertechnik – und einen Luftleistungsbereich von 20 bis 900 Kubikmetern pro Stunde. Dabei reichen die Schutzarten standardmäßig von IP 51 bis IP 54.

Beliebige Erweiterung durch zusätzliche Bauteile

Diese Verlustleistungsdatenbank kann der Anwender mit ‚eigenen‘ Bauteilen über die offene Baumstruktur beliebig erweitern und jederzeit bearbeiten. Über eine Import- und Exportfunktion lassen sich dabei bereits erfasste Bauteile aus früheren Programmversionen übernehmen und abgleichen. Der nächste Bearbeitungsschritt führt zur Berechnung, wobei alle jetzt noch kühltechnisch zum Erfolg führenden Lösungen vom Programm grün hinterlegt werden. Bei Auswahl des zugehörigen Symbols öffnet sich eine Übersichtsliste aller geeigneten Geräte. Der Anwender kann also Lüfter, Wärmetauscher für Luft/Luft oder Luft/Wasser, Kühlgeräte, Klimatüren und Heizungen innerhalb seines Projektes berechnen. Zusätzlich lassen sich über die Software Wandanbau- und Dachaufbauversion gleichzeitig kalkulieren. Schließlich kann zu allen Lösungen noch das erforderliche oder gewünschte Zubehör gewählt werden. Die zugehörigen Filterlüfter lassen sich auf Basis ihres Leistungsvermögens bezüglich der Höhenlage des Einsatzortes über Normalnull (NN) kalkulieren.

Druckverluste und Luftfeuchtigkeit berücksichtigen

In die Software integrierte Zusatzfunktionen und Hilfen unterstützen die Arbeit des Konstrukteurs und Planers. Zu den über Kontextschaltflächen im Programm angebotenen Werkzeugen zählen unter anderem ein Druckverlustprogramm zur Rohrnetzberechnung, zum Beispiel für Rückkühler- und Luft-Wasser-Wärmetauscher-Anwendungen sowie ein Programm zur Luftfeuchtigkeitsberechnung. Die Anwendung lässt sich dabei sowohl zur Bestimmung des Taupunktes einsetzen als auch zur Beurteilung der tatsächlichen Wassermenge in der Umgebungsluft. Bei einem Tropeneinsatz mit 45 Grad Umgebungstemperatur und 90 Prozent relativer Luftfeuchte sind dies beispielsweise rund 60 Gramm Wasser je Kubikmeter trockener Luft. Außerdem bietet die Lösung Zugriff auf internationale Klimadiagramme und eine detaillierte Spezifikationsabfrage, die für die Dimensionierung von Rückkühlanlagen direkt zum Climate-Engineering-Service des Systemanbieters führt und auch die automatische Erstellung von E-Mails umfasst.

Ebenso bietet die Lösung dem Anwender weiterführende Informa­tionen zur Wartung und Inbetriebnahme von Klimatisierungs­komponenten. Zusätzlich verfügt die Klima-Software über einen Konfigurator für alle Rückkühlsysteme von Rittal. Damit lassen sich sowohl die neuen Toptherm Chiller, die auf dem TS 8 Schaltschrank-System basieren, als auch die Mini- und IT-Chiller des Herstellers komfortabel auswählen. Entstehen durch den Einsatz von Sammelschienensystemen im Schaltschrank weitere Verlustleistungen, berücksichtigt ein entsprechender Verlustleistungskalkulator das notwendige Mehr an Kühlleistung. Wurde durch die bisherigen Versionen der Software lediglich ein einziges Klimagerät vorgeschlagen, hat der Anwender nun die Möglichkeit, Kühlleistungen auf mehrere kleinere Geräte aufzuteilen.

Für eine effiziente Schaltschrank-Klimatisierung spielen neben Verlustleistung und Temperaturumfeld auch Faktoren wie Luftfeuchtigkeit oder die Höhe über dem Meeresspiegel eine Rolle. Der Einsatz spezialisierter Software erleichtert die zugehörigen Berechnungen erheblich. Bild: Rittal

Detaillierte ­Dokumentation für thermische Nachweise

Bei Bedarf erstellt die Software eine detaillierte Dokumentation der Ergebnisse des Konfigurationsprozesses, die auch als thermischer Nachweis verwendet werden kann. Ergänzt mit den vollständigen Produktdaten und allen Parametern der Berechnung stehen dabei die folgenden Informationen zur Verfügung:

Mit Hilfe der neuen Version der Kalkulationssoftware können Planer oder Endanwender die auf ihren Anwendungsfall zugeschnittene Lösung erstellen. Dazu stellt das Programm meist mehrere Alternativen zur Auswahl. Da durch die Plattformstrategie des Anbieters viele Klimatisierungsgeräte die gleichen Grundabmessungen aufweisen, kann beispielsweise – je nach örtlichen Gegebenheiten – zwischen Kühlgerät und Wärmetauscher entschieden werden, ohne dass dies Auswirkungen auf die mechanische Bearbeitung des Gehäuses hätte.

Standards für einfache Datenübergabe

Für die Weiterverarbeitung lassen sich die Daten aus dem Konfigurations- und Berechnungsprogramm bei Bedarf auch als HTML- oder XML-Dokument exportieren oder speichern. Eine Bearbeitung in Textverarbeitungsprogrammen wird damit genauso unterstützt wie der Ausdruck als Liste. Weitere Arbeitserleichterungen versprechen ein integriertes Projektmanagement-Werkzeug mit Kopier- und Sortierfunktion, eine zusätzliche XML-Schnittstelle für den leichten Datenaustausch mit anderen Programmen sowie eine hohe Ausführungsgeschwindigkeit der Anwendung durch Ajax-Programmierung.