Rechner
Schaltschrank-Klimatisierung berechnen
Ein Schaltschrank gibt einen Teil seiner Verlustwärme über die Gehäuseoberfläche ab. Wie viel, hängt von der wirksamen Fläche ab, und die hängt davon ab, wie der Schrank steht. Erst was darüber hinausgeht, muss aktiv abgeführt werden.
Ergebnis
- Erforderliche KühlleistungIm Auslegungsfall
- —W
- Kühlleistung im Regelfall
- —W
- Luftstrom eines FilterlüftersFreiblasend, im Auslegungsfall
- —m³/h
- Wirksame OberflächeNach IEC 60890
- —m²
- Eigene Wärmeabgabe des Gehäuses
- —W
- Bewertung Kühlung
- —
- Taupunkt der UmgebungsluftBei maximaler Temperatur und angenommener Feuchte
- —°C
- Heizleistung gegen BetauungUm die Innentemperatur im Stillstand auf dem Taupunkt zu halten
- —W
- Maßgeblich für die Heizleistung
- —
- Bewertung Betauung
- —
Bitte alle Felder mit gültigen Zahlen füllen.
Orientierungshilfe, keine normgerechte Auslegung. Für die Richtigkeit der Ergebnisse übernehmen wir keine Gewähr, maßgeblich sind die anzuwendenden Normen und die Prüfung im Einzelfall.
Die grauen Werte sind ein Beispiel. Eigene Werte einfach eintragen.
Passende Leistungen
Rechnen ist der einfache Teil.
Die Formel liefert eine Zahl. Die Auslegung einer Anlage verlangt darüber hinaus Verlegeart, Häufung, Selektivität, Normenlage und den Blick auf den Bestand. Genau das übernehmen wir.
Rechenweg und Fragen
Schaltschrank-Klimatisierung
Wärmeabgabe des Gehäuses und erforderliche Kühlleistung.
Projekt besprechenRechenbeispiel
Der Standardfall, mit dem der Rechner startet, einmal durchgerechnet. Ändern Sie oben die Werte, rechnet er sofort neu.
Eingaben
- 2 × Frequenzumrichter 7,5 kW
- 390 W
- 2 × Frequenzumrichter 4 kW
- 220 W
- 1 × Netzteil 24 V / 20 A
- 55 W
- 1 × Steuerung mit Baugruppen
- 45 W
- 5 × Schütze und Motorschutz
- 40 W
- Verlustleistung im Schrank
- 750 W
- Breite
- 1.200 mm
- Höhe
- 2.000 mm
- Tiefe
- 600 mm
- Aufstellung
- Freistehend, allseitig frei
- Oberseite
- Frei
- Maximale Innentemperatur
- 35 °C
- Minimale Innentemperatur
- 5 °C
- Maximale Umgebungstemperatur
- 30 °C
- Zu erwartende Umgebungstemperatur
- 25 °C
- Minimale Umgebungstemperatur
- 5 °C
- Anzunehmende relative Luftfeuchtigkeit
- 60 %
Ergebnis
- Erforderliche Kühlleistung
- 544 W
- Kühlleistung im Regelfall
- 338 W
- Luftstrom eines Filterlüfters
- 337 m³/h
- Wirksame Oberfläche
- 7,49 m²
- Eigene Wärmeabgabe des Gehäuses
- 206 W
- Bewertung Kühlung
- Der Bedarf liegt im Bereich eines Kühlgeräts. Filterlüftung reicht nicht mehr aus, sobald die Umgebungstemperatur nah an die zulässige Innentemperatur rückt.
- Taupunkt der Umgebungsluft
- 21,4 °C
- Heizleistung gegen Betauung
- 675 W
- Maßgeblich für die Heizleistung
- Der Taupunkt bestimmt die Heizleistung. Gegen Betauung muss weiter geheizt werden, als die Mindestinnentemperatur verlangt.
- Bewertung Betauung
- Im Betrieb unkritisch, im Stillstand nicht. Kühlt das Gehäuse auf die minimale Umgebungstemperatur ab, liegt es unter dem Taupunkt. Eine Schaltschrankheizung mit Hygrostat verhindert den Niederschlag.
Formel und Normbezug
Formel
- Wärmeabgabe Q = k · A · ΔT mit k = 5,5 W/(m²·K) für lackiertes Stahlblech
- ΔT = Innentemperatur − Umgebungstemperatur
- Kühlbedarf = Verlustleistung − Wärmeabgabe
- Freistehender Schrank A = 1,8 · H · (B + T) + 1,4 · B · T
- Bei abgedeckter Oberseite entfällt die Deckfläche 1,4 · B · T
- Taupunkt nach Magnus mit α = ln(φ/100) + 17,62 · t / (243,12 + t), τ = 243,12 · α / (17,62 − α)
- Heizleistung gegen Betauung P = k · A · (τ − minimale Umgebungstemperatur)
Annahmen und Normbezug
- Wirksame Oberfläche nach IEC 60890 in Abhängigkeit von der Aufstellungsart.
- k = 5,5 W/(m²·K) gilt für lackiertes Stahlblech. Bei Edelstahl liegt der Wert niedriger, bei Aluminium höher.
- Ist die Umgebung wärmer als die zulässige Innentemperatur, ist Filterlüftung wirkungslos. Dann kommt nur ein Kühlgerät infrage.
- Der Luftstrom folgt V = 3,1 · Q / ΔT. Der Faktor 3,1 m³·K/(W·h) ist der Kehrwert aus Dichte mal spezifischer Wärmekapazität der Luft, auf die Stunde gerechnet, und gilt für Meereshöhe. Mit der Höhe über NN sinkt die Dichte, der Faktor steigt.
- Angegeben ist der freiblasende Luftstrom. Filtermatte, Austrittsgitter und Einbauten erzeugen Gegendruck, unter dem ein Lüfter weniger fördert als im Katalog angegeben. Wählen Sie das Gerät nach dem Luftstrom im Einbauzustand, nicht nach dem freiblasenden.
- Maßgeblich ist der Auslegungsfall, also die wärmste angenommene Umgebung. Bei der zu erwartenden Umgebungstemperatur ist die Temperaturdifferenz größer und der nötige Luftstrom deutlich kleiner.
- Die abgedeckte Oberseite wird hier vereinfacht gerechnet, die Deckfläche entfällt vollständig. IEC 60890 führt für abgedeckte Flächen eigene Zeilen mit eigenen Faktoren. Die Vereinfachung liegt auf der sicheren Seite. Sie verkleinert die Fläche und vergrößert damit den errechneten Kühlbedarf.
- Die Heizleistung ist der Wert, um das Gehäuse im Stillstand auf dem Taupunkt zu halten. Eine Obergrenze. Im Betrieb schaltet ein Hygrostat, und die Verlustleistung der Einbauten heizt mit.
- Sonneneinstrahlung, Aufstellung in Nischen und verschmutzte Filter verschlechtern das Ergebnis im Betrieb.
Woher bekomme ich die Verlustleistung?
Aus den Datenblättern der Einbauten. Frequenzumrichter, Netzteile und Transformatoren dominieren. Schütze und Klemmen fallen kaum ins Gewicht. Als Grobwert gilt für Umrichter etwa 3 % der Bemessungsleistung.
Wie berechne ich die Schaltschrankheizung?
Die Heizleistung ergibt sich aus der wirksamen Gehäuseoberfläche und dem Temperaturunterschied, den die Heizung halten muss, also P = k · A · ΔT, gerechnet ab der minimalen Umgebungstemperatur. Maßgeblich ist die höhere von zwei Grenzen. Die eine ist die geforderte Mindestinnentemperatur, etwa für Displays oder Elektronik. Die andere ist der Taupunkt, damit sich im Stillstand kein Kondenswasser bildet. Die Verlustleistung der Geräte rechnet der Rechner bewusst nicht gegen, denn im Stillstand fällt sie weg. Im Ergebnis steht, welche der beiden Grenzen die Heizleistung bestimmt.
Reicht ein Filterlüfter?
Nur wenn die Umgebungstemperatur unter der zulässigen Innentemperatur liegt. Ein Lüfter kann nicht unter Umgebungstemperatur kühlen. Andernfalls braucht es ein Kühlgerät oder einen Luft-Wasser-Wärmetauscher.
Warum steigt der nötige Luftstrom so schnell?
Weil die Temperaturdifferenz im Nenner steht. Bei 10 K Unterschied genügt die halbe Luftmenge wie bei 5 K. Bei 2 K braucht es die zweieinhalbfache. Nähert sich die Umgebungstemperatur der zulässigen Innentemperatur, geht der Luftstrom gegen unendlich. Genau dort hört Filterlüftung auf, eine Möglichkeit zu sein.
Warum ist die Aufstellung so wichtig?
Eine an die Wand gestellte oder in einer Reihe eingebaute Seite gibt kaum noch Wärme ab. Zwischen freistehend und beidseitig eingereiht liegen leicht 40 % der wirksamen Fläche. Dasselbe gilt für eine abgedeckte Oberseite. Eine aufliegende Bühne oder ein Kabelboden nimmt die Deckfläche aus der Rechnung.
Warum drei Umgebungstemperaturen?
Weil drei verschiedene Fragen dahinterstehen. Nach der maximalen Temperatur wird das Kühlgerät ausgewählt, sonst reicht es am heißesten Tag nicht. Die zu erwartende Temperatur sagt, wie viel das Gerät tatsächlich arbeitet. Und die minimale Temperatur entscheidet, ob eine Heizung nötig ist, dieser Fall wird am häufigsten übersehen.
Wozu die Luftfeuchtigkeit?
Aus Temperatur und relativer Feuchte ergibt sich der Taupunkt. Kühlt das Gehäuse im Stillstand unter diesen Wert ab, schlägt sich Wasser an den Bauteilen nieder. Das ist der Grund, aus dem in einer ungeheizten Anlage im Winter Korrosion auftritt, obwohl die Kühlung im Sommer ausreichend war.
Kontakt
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Wir übernehmen die Elektrokonstruktion, von der Auslegung über Stromlaufpläne in EPLAN bis zur fertigen Dokumentation. Ein Anruf oder drei Zeilen genügen.
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