Berechnungen

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  Wels, am 2018-04-24

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Schaltschrank Temperierung
max. Innentemperatur +50 °C
default Innentemperatur eines Elektronik Gehäuses 35 bis 40 °C



Beispielrechnung
Welche Schaltschrankinnentemperatur stellt sich bei einem freistehenden, geschlossenen Gehäuse in den Abmessungen 600 mm • 2000 mm • 600 mm (B*H*t)
mit einer Gesamtverlustleistung von 500 W und bei einer Umgebungstemperatur von 25°C ein?

1. Berechnung der Schrankoberfläche nach DIN VDE 0660 Teil 500 / IEC 890:
A=1,8*H*(B+T)+1,4*B*T
A=1,8*2 m*(0,6m+0,6m)+1,4 * 0,6m * 0,6m = 4,82m2

2. Berechnung der Schaltschrank-Innentemperatur:



Wärmeübertragungskoeffizient von  k=5,5 W/(m^2 * K) für Stahlblech


Im Beispiel beträgt die Schaltschrank-Innentemperatur +43,9 °C und liegt damit etwas über dem empfohlenen Temperaturbereich von +35 bis +40 °C.
Eine Entwärmung des Schrankes über eine aktive Klimatisierung ist somit notwendig.
Dies lässt sich vermeiden, wenn der betreffende Schrank etwas größer gewählt wird:
Für einen Schrank in den Abmessungen 1000 mm x 2000 mm x 600 mm (BxHxT) ergibt sich unter identischen Aufstellungs-und Umgebungsbedingungen eine effektive Schrankoberfläche von 6,60 m2 und damit eine maximale Schaltschrank-Innentemperatur von +38,8 °C.
Die Innentemperatur liegt nun innerhalb des empfohlenen Temperaturbereiches.




Der Nutzen größerer Oberfläche
Die passive Entwärmung hat jedoch Grenzen, die im physikalischen Prinzip begründet sind. So funktioniert diese Methode umso besser, je niedriger die Umgebungstemperatur ist. Entscheidend für die Ent-wärmung sind daneben der Wärmeübertragungskoeffizient des Schaltschrank-Materials und die effektive Schaltschrank-Oberfläche.
In der DIN EN 0660-600-1 Beiblatt 2/IEC TR 60890 ist angegeben, wie diese berechnet wird.
Die effektive Schaltschrank-Oberfläche ist bei gegebener Schaltschrank-Größe maximal, wenn der Schaltschrank einzeln und frei im Raum steht. Durch An-reihung mehrerer Schaltschränke, Wandanbau oder Abdeckung der Dachflächen verringert sie sich. Sind die Verlustleistung der Komponenten im Schaltschrank und die Umgebungstemperatur bekannt, lässt sich die mittlere Temperatur im Inneren des Schaltschranks einfach berechnen.
Auch wenn die berechnete Temperatur über der gewünschten Schaltschrank-Innentemperatur liegt, ist nicht unbedingt eine aktive Kühlung notwendig - wird etwa ein etwas größerer Schaltschrank verwendet, kann dies ausreichen, um doch mit passiver Entwärmung auszukommen. Insbesondere bei kleinen Schaltschränken kann eine geringfügige Vergrößerung der Schrankoberfläche zu einer deutlichen Absenkung der maximalen Schaltschrank-Innentemperatur führen. Dies sollte bei der Dimensionierung eines Steuerungs- und Schaltschranks mit geringer Wärmelast berücksichtigt werden.
Eine weitere Möglichkeit, ohne aktive Klimatisierungskomponente auszukommen, besteht darin, Komponenten mit besonders hoher Verlustleistung wie etwa Bremswiderstände außerhalb des Schaltschranks zu installieren. Mit geschickter Planung einer Steuerungs- und Schaltanlage lassen sich so Kosten für die Entwär-mung sparen. Entscheidend dabei sind die Größe der Schaltschränke, ihre Aufstellung und die Positionierung der Komponenten mit der größten Verlustleistung. Auch das Gehäusematerial beeinflusst die Schaltschrank-Klimatisierung: Werden im Maschinenbau traditionell überwiegend Gehäuse aus lackiertem Stahlblech oder Edelstahl mit einem Wärmeübertragungs-koeffizienten von circa k=5,5 W/(m^2 * K) eingesetzt, ändert sich der k-Wert durch die Konstruktion etwa bei doppelwandigen oder isolierten Gehäusen für andere Branchen oder für Outdoor-Anwendungen.

https://www.computer-automation.de/feldebene/e-mechanik-interfaces/artikel/152592/2/

https://www.elektronikpraxis.vogel.de/die-ersten-schritte-auf-dem-weg-zur-richtigen-schaltschrankkuehlung-a-471451/index2.html

http://www.elektroniknet.de/design-elektronik/elekromechanik/software-hilft-kuehlen-82322.html



Berechnungsbeispiel zur Dimensionierung eines Kühlgerätes - Rittal


Praxis-Tipps Schaltschrank-Klimatisierung - Rittal




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