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Softwaregestützte Wärmeberechnung

September 2021 – Um besonders anspruchsvolle Steuer- und Schaltanlagenprojekte digital und aus der Ferne durchzuführen, sind immer intelligentere Softwaretools gefragt. Auch mit Blick auf die Ausarbeitung der Wärmebilanz und die thermische Auslegung der Anlage. Eine spezielle Wärmemanagementsoftware kann den Schaltanlagenbauer hier effizient dabei unterstützen, den Zeitaufwand für die Berechnungen zu minimieren und zuverlässige sowie transparente Ergebnisse zu ermitteln.

Ein leistungsstarkes Wärmemanagement und die Optimierung der thermischen Leistung von industriellen Schalt- und Steueranlagen setzt immer die Integration und Berücksichtigung vieler verschiedener Parameter voraus. Bereits im Prozess der anfänglichen Dateneingabe sollte beispielsweise der vorgesehene Installationsstandort der elektrischen Anlage – ob Innen- oder Außenbereich – beachtet werden. Denn je nach Standort fällt die Berechnung der Wärmebilanz vollkommen unterschiedlich aus. Die Umgebungsbedingungen miteinzubeziehen, ist daher für eine präzise Anlagenkonfiguration von großer Bedeutung und entscheidet darüber, ob etwa Außenluft für die Kühlung verwendet werden kann. Nicht zuletzt besitzen die äußeren Bedingungen auch einen erheblichen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Stabilität der Betriebsausrüstung sowie auf reibungslos ablaufende Prozesse. Werden die unterschiedlichen Variablen nicht bereits in der Entwurfsphase herangezogen und berücksichtigt, beeinflusst dies die Höhe der Projekt- und Betriebskosten zum Teil enorm.

Häufige Stolperfallen im Wärmemanagement

Die Liste möglicher Fehler im Zusammenhang mit der thermischen Auslegung von Schaltschränken für Schalt- und Steueranlagen ist lang. Zu den häufigsten zählen etwa ungültige Ausgangsdaten. So ist es besonders wichtig, durch vorherige Temperatur- und Feuchtigkeitsmessungen möglichst präzise Daten über die Anlagenumgebung zu sammeln, um die eingesetzten Komponenten exakt daran auszurichten. Darüber hinaus kann mittelfristig auch eine Über- oder Unterdimensionierung unter extremen Bedingungen oder im Zuge der Skalierung einer elektrischen Anlage zu kostenintensiven Fehlern führen.

Ohne entsprechende Lösungen für das Wärmemanagement kann es zum Beispiel bei Wasseraufbereitungsanlagen oder in der chemischen Industrie nötig sein, aufwändige Lüftungssysteme zu verwenden. Deren Anschaffung ist mit hohen Investitionskosten verbunden, die sich durch die Auswahl einer geeigneten Wärmearchitektur verhindern lassen. Ein ähnliches Bild ergibt sich für die Betriebskosten. Diese können beispielsweise durch unnötige Überhitzung steigen, die auf eine mangelnde thermische Berechnung zurückzuführen ist. Wird die Innentemperatur oder der optimale Betriebstemperaturbereich überschritten, sind unter anderem Kondensation und damit einhergehend hohe Kosten das unerwünschte Ergebnis.

Softwaregestützte Berechnung einer Temperaturregelungslösung

Doch Abhilfe steht bereit: Mit einer leistungsstarken Planungssoftware lassen sich diese temperaturbedingten Probleme zuverlässig vermeiden. Bei Berechnungen und Szenariobewertungen legt ein derartiges Tool beispielsweise automatisch fest, wann eine klassische Belüftung ausreicht und wann es erforderlich ist, doch zu einer Klimatisierungslösung mit mehr Kühlleistung zu wechseln – etwa zu Klimaanlagen oder Luft-/Wasser-Kühlgeräten. Daneben lässt moderne Software auch das Thema Energieeffizienz nicht außer Acht, während sie gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Anlage verbessert und auch bei der Erstellung einer umfassenden Dokumentation unterstützt.

Ein gutes Beispiel ist die Online-Wärmemanagementsoftware ProClima Web von Schneider Electric. Sie berücksichtigt alle erforderlichen Variablen für die schnelle Durchführung von Automatisierungs- und Schaltanlagenberechnungen. Das Tool untersucht Temperaturregelungslösungen anhand einer Analyse verschiedener Szenarien. Dafür verwendet es fortschrittliche Algorithmen und bezieht unzählige passive Variablen, einschließlich Schaltschrankmaterial, Fläche, Montageposition und relative Luftfeuchtigkeit ein. ProClima verarbeitet aber auch aktive Elemente, etwa Verlustwerte, Innenausstattung oder die Ableitung durch Schaltschrankwände gemäß IEC 60890 und DIN EN 61439.

Die Lösung verwendet zudem Energieeffizienzkriterien. Das heißt, sie berücksichtigt bereits die Wärmeableitung oder Absorptionswerte des eigentlichen Schaltschranks, was an sich schon eine gewinnbringende Maßnahme im Wärmemanagement darstellen kann. So tragen unter anderem der Oberflächenwert des Schaltschranks, das Material (Polyester, Metall oder Edelstahl) und seine Montageposition in erheblichem Maße zur Wärmeabgabe oder zum Wärmeentzug bei – unter gewissen Umständen sogar im Kilowatt-Bereich. Wenn verschiedene Lösungen verglichen werden, schlägt ProClima außerdem immer eine Steuerung vor (zum Beispiel Thermostat, Hygrostat oder Hygrotherm), die mit der Klimatisierungslösung verbunden ist und den Energieverbrauch der thermischen Anlage in über 50 Prozent der Fälle reduziert.

Die Software verfügt außerdem über verschiedene interne Datenbanken, um die Validierung von Informationen über die mechanische Kompatibilität, die Verlustleistung der Frequenzumrichter, der SPS und anderer installierter Hauptgeräte zu vereinfachen. Zusätzlich ermöglicht sie es, Wärmequellen nachträglich einzubeziehen oder eine Datenbank mit Außenvariablen, einschließlich der Sonneneinstrahlung, in die Algorithmen zu integrieren. Damit lassen sich Fehler in den Spezifikationen vermeiden.

Am Ende steht schließlich die vollständige Projektdokumentation, die für die anschließenden Vertriebsphasen oder zur Abrundung des Gesamtprojekts bereitgestellt werden kann. Der Bericht zur Temperaturregelung enthält dabei alle erforderlichen technischen Informationen für zukünftige Nutzergruppen, also für Schaltanlagenbauer, Maschinenhersteller (OEM), Facility Manager, Händler oder Endkunden.

Mehr zu ProClima erfahren Sie hier: https://www.se.com/de/de/product-range/2560-proclima/#overview


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