Optimaal koelen volgens productnorm IEC 61439

Thermal Design Integration is een veelbelovend concept voor het plannen en ontwerpen van energie-efficiënte koelsystemen voor schakelkasten. Het nieuwe model maakt gebruik van digitale productgegevens, op software gebaseerde designtools en nieuw ontwikkelde koeloplossingen.

Het ontwerp van energie-efficiënte koeling voor schakelkasten loopt in de praktijk vaak erg moeizaam. In het koelproces is het erg belangrijk om over voldoende juiste informatie te beschikken. Zo kunnen de onderdelen correct geassembleerd worden en kunnen de vereiste koeloplossingen juist gedimensioneerd worden. Wie niet over de nodige expertise op het vlak van klimaatcontrole beschikt of geen beroep kan doen op geavanceerde modellen en simulaties in digitale hydraulische mechanica, bevindt zich op glad ijs. Uit gezamenlijk onderzoek van Green Carbody Technologies en Rittal blijkt dat ontwerpers bij twijfel simpelweg de tweede grootste koeleenheid kiezen bij de dimensionering van koelsystemen voor schakelkasten. Dat leidt dikwijls tot te grote koelsystemen die niet met hun volle capaciteit of in standby-modus worden gebruikt.

Duidelijke verwachtingen

Eplan, Rittal en Phoenix Contact onderzochten deze situatie. Ze ontwikkelden daarop een actieplan om ontwerpers sneller én makkelijker toegang te geven tot beslissingstools voor de geplande montagelay-outs. Als eerste actiepunt leggen zowel Phoenix Contact als Rittal zich erop toe om alle benodigde informatie rond apparaatgegevens voortaan digitaal beschikbaar te stellen, inclusief alle informatie voor het ontwerp. Daarbij heeft de ontwerper van de schakelkast alle digitale apparaatgegevens in de engineeringsomgeving ter beschikking via het Eplan Data Portal. Verder is het voortaan mogelijk om in Eplan Pro Panel 3D digitale prototypes van schakelkasttoepassingen te ontwerpen. Deze dienen als basis voor de validering en controle van de geplande montagelayouts. Daarbij houdt Eplan Pro Panel constant rekening met de uitdagingen die gepaard gaan rond geïntegreerde oplossingen voor schakelkastingenieurs.

Praktische ervaring

Het ontwerp van klimaatcontrolesystemen gebeurt meestal pas in een laatste fase. In de meeste gevallen rondt de ontwerper eerst het systeemontwerp af. Nadat hij hierbij het warmteverlies van alle onderdelen heeft berekend, ontdekt de ontwerper vaak daarna pas dat hij het actief koelsysteem moet installeren in overeenstemming met IEC 61439. Daarbij is Rittal Therm-software, een tool voor de dimensionering en plaatsing van klimaatcontroleoplossingen, ideaal om de vereiste koelmaatregelen te dimensioneren en de geschikte klimaatcontroleonderdelen te selecteren.

Eplan Pro Panel, de engineeringoplossing voor het ontwerp en de bouw van schakelkasten, schakelsystemen en flexibele stroomdistributiesystemen voor stroomtoevoer, stuurt de vereiste gegevens naar Rittal Therm – inclusief informatie over de behuizing van de schakelkast, de set-up en stroomtoevoer en de omringende media - samen met de zones die moeten worden gekoeld en het totale warmteverlies voor alle kasttoepassingen. Rittal Therm doorloopt daarna een aantal stappen om de beste koelsysteemoplossing te bepalen. De lijst van benodigde klimaatcontroleonderdelen (koeleenheden, toebehoren, enz.) wordt daarop naar het Eplan Data Portal gestuurd en is vervolgens beschikbaar voor virtuele assemblage in Eplan Pro Panel.

Het is erg belangrijk om te weten wat de optimaal gekoelde zone in een schakelkast is. Hiermee bedoelen we de ruimte die door de luchtstroomcapaciteit en de prestaties van een koelunit relatief koel kan gehouden worden. Eplan Pro Panel speelt hierbij een interessante rol. Het geeft de relevante apparaatparameters weer, inclusief het optimale koelbereik en de hoek waarin de lucht in en uit het apparaat stroomt. Het systeem houdt ook rekening met het feit dat de snelheid van de luchtstroom daalt met de afstand van het apparaat, waardoor het optimaal koelbereik van het apparaat verkleint.

Thermal Design Integration

Om de mogelijkheid te blijven optimaliseren om schakelkasten in virtuele 3D lay-outs te ontwerpen, implementeren Eplan, Rittal en Phoenix Contact gezamenlijk een nieuwe functionaliteit voor virtuele productontwikkeling in Eplan Pro Panel 2.6: Thermal Design Integration. Hiermee beschikken ingenieurs die schakelsystemen ontwerpen over de functie voor prestatielimieten en integratiemogelijkheden van alle mogelijke individuele klimaatcontrolesystemen. Zo kunnen ze op een eenvoudige manier de meest efficiënte klimaatcontroleoplossing ontwikkelen. Na een eerste berekening in Eplan, kan de installatie-engineer in Rittal Therm via het Eplan Data Portal het juiste koelsysteem selecteren. Na de keuze van de juiste artikelen, worden deze gegevens automatisch opnieuw ingeladen in het Eplan Data Portal. Daarna legt de installatie-engineer zich toe op de plaatsing van de onderdelen. Dat gebeurt in Eplan Pro Panel, waar hij de schakelkast in 3D kan visualiseren en bewerken.

Dankzij deze nieuwe functie weten ingenieurs precies waar zich de in- en uitstroom van lucht bevindt. Dat is vooral handig voor onderdelen van klimaatcontrolesystemen. Zo voorkomen ze dat de luchtstroom wordt geblokkeerd door geïnstalleerde apparaten of kabelbundels die de effectiviteit van het systeem kunnen beperken. De gegevens kunnen ook worden gebruikt om na te gaan of warmtegevoelige elektronische onderdelen té warme lucht uitblazen of worden blootgesteld aan een te koude luchtstroom.

Identificatie van zones

Wat is het totale verliesvermogen? Waar bevinden zich de hotspots? Waar in de schakelkast bevinden zich de onderdelen die zeker moeten gekoeld worden? Het zijn cruciale vragen om thermisch kritieke situaties te voorkomen. Vanaf versie 2.6 beschikt Eplan Pro Panel over een nieuwe functionaliteit om de ideale plaatsing van klimaatcontroleonderdelen in de schakelkast te vergemakkelijken. Het systeem geeft de geïnstalleerde onderdelen een andere kleur, afhankelijk van hun verliesvermogendichtheid. Die wordt berekend op basis van het maximale warmteverlies in verhouding tot de grootte van het geïnstalleerde onderdeel. Eplan visualiseert hierbij ook het optimale koelbereik, samen met de geblokkeerde zones. Zo krijgt de ontwerper volledig inzicht om te zorgen voor een optimale kastklimatisatie. Phoenix Contact is daarbij de eerste producent die de bijkomende warmteverlieswaarden ter beschikking stelt voor integratie in Eplan Data Portal.

Klimaatcontroleoplossingen zorgen ook voor een optimale en ononderbroken luchtstroom in de schakelkast. Het is belangrijk dat hierbij de werking en de stabiliteit van de onderdelen niet aangetast wordt (bijvoorbeeld door extreme thermische spanning). De ingenieurs moeten dus controleren waar onderdelen zijn geïnstalleerd en rekening houden met de bepalende factoren van de klimaatcontroleoplossing. In de toekomst worden er nieuwe digitale producteigenschappen van Rittal-klimaatcontroleoplossingen opgenomen in Eplan Data Portal, inclusief de zones die vrij moeten blijven voor de luchtstroom en zones die optimaal zijn gekoeld.

Wil je alles weten over de thermische calculatie van projecten? Bekijk dan onze online training!