Wärmeberechnungfür Schaltschränke und Schaltanlagen
Erläuterungen zur Wärmeberechnung
Um herauszufinden welche Kühlleistung bzw. Luftfördermenge bei einer Schaltanlage zur sicheren Wärmeabfuhr benötigt wird, ist es sinnvoll mit Hilfe einer Software eine Wärmeberechnung durchzuführen. Anhand folgender Kriterien kann man diese errechnen:
- Tu max = die maximale Umgebungstemperatur
- Ti max = die maximale Schaltschrankinnentemperatur
- deltaT = Ti max – Tu max
- Schrankabmessungen (h x b x t) in mm
- Aufstellungsart des Schrankes (Einzelschaltschrank allseitig freistehend etc.)
- Wärmedurchgangskoeffizient k in Abhängigkeit des Materials aus dem der Schaltschrank besteht.
- 5,5 für Stahlblech lackiert / beschichtet
- 3,7 für Edelstahl rostfrei
- 12 für Aluminium
- 3,5 für Kunststoff / Polyester
- 2,5 bis 3,5 für Holz
Erläuterungsbeispiel: Stahlblech hat mit 5,5 einen höheren Wärmedurchgangskoeffizienten wie Kunststoff / Polyester mit 3,5 d.h. das Material Stahlblech führt Wärme besser ab sodass man bei sonst gleichen Bedingungen weniger Kühlleistung bzw. Luftfördermenge benötigt.
- Installierte Verlustleistung Qt ( Pv) = die Verlustleistung der eingebauten Komponente
Beispiele für Verlustleistungen elektrotechnischer Komponenten siehe wie folgt
| Umrichtleistung (kW) | Verlustleistung (W) |
|---|---|
| 1,1 | 85 |
| 2,2 | 110 |
| 5 | 195 |
| 11 | 360 |
| 15 | 480 |
| 22 | 650 |
| 37 | 850 |
| 45 | 1100 |
| 75 | 1700 |
| 90 | 2000 |
| 110 | 2400 |
Max. Betriebstemperatur: 40°C
| Spulenstrom(A) | Verlust- leistung AC Spule (W) | Verlust- leistung DC Spule (W) |
|---|---|---|
| 25 | 9 | – |
| 50 | 17 | – |
| 80 | 30 | 50 |
| 125 | 46 | 58 |
| 270 | 100 | 90 |
| 500 | – | 220 |
| 1000 | – | 370 |
| 1600 | – | 800 |
| Stromstärke(in A) | Verlust- leistung bei 24V (in W) | Verlust- leistung bei 48V (in W) |
|---|---|---|
| 2,5 | 18 | 26 |
| 5 | 35 | 45 |
| 10 | 50 | 85 |
| 15 | 110 | 100 |
| 20 | 110 | 160 |
| 25 | – | 210 |
( mit Maximalleistung und cos φ = 0,8)
| Leistung (VA) | Verlustleistung(W) |
|---|---|
| 63 | 15 |
| 100 | 25 |
| 250 | 45 |
| 400 | 65 |
| 1000 | 100 |
| 2000 | 150 |
| 3000 | 260 |
| 5000 | 545 |
| 10000 | 870 |
| 12500 | 1090 |
| 16000 | 1200 |
| 20000 | 1500 |
| 25000 | 1600 |
(mit Maximalleistung und cos φ = 0,8)
| Leistung (VA) | Verlustleistung (W) |
|---|---|
| 400 | 70 |
| 1000 | 110 |
| 1600 | 140 |
| 2000 | 300 |
| 4000 | 445 |
| 6300 | 550 |
| 10000 | 1000 |
| 12500 | 1390 |
| 16000 | 1600 |
| 20000 | 2000 |
| 25000 | 2500 |
für Maschinen gemäß CNOMO-Norm
| Leistung (W) | Verlustleistung (W) |
|---|---|
| 40 | 19 |
| 100 | 38 |
| 160 | 50 |
| 250 | 70 |
| 630 | 105 |
| 1000 | 125 |
| 2000 | 175 |
| 3150 | 220 |
| Sicherungsnennstrom (VA) | Verlustleistung (W) |
|---|---|
| 16 | 3 |
| 25 | 4 |
| 63 | 9 |
| 100 | 13 |
| 160 | 250 |
| 250 | 24- |
| 500 | 27 |
| 800 | 55 |
| Sicherungsnennstrom (VA) | Verlustleistung(W) |
|---|---|
| 16 | 3 |
| 25 | 4 |
| 100 | 11 |
| 160 | 16 |
| 250 | 18 |
| 500 | 35 |
| 800 | 45 |
| 1000 | 50 |
| 1600 | 110 |
| 2500 | 175 |
| 3200 | 233 |
| Zul.Strom- stärke (A) | Anzahl Schiene pro Phase | Quer- schnitt (VA) | Verlust- leistung(W) |
|---|---|---|---|
| 600 | 1 | 50 x 5 | 96 |
| 700 | 1 | 63 x 5 | 104 |
| 900 | 1 | 80 x 5 | 136 |
| 1000 | 2 | 50 x 5 | 134 |
| 1050 | 1 | 100 x 5 | 148 |
| 1200 | 1 | 125 x 5 | 154 |
| 1150 | 2 | 63 x 5 | 141 |
| 1450 | 2 | 80 x 5 | 176 |
| 1600 | 2 | 100 x 5 | 171 |
angegebene Verlustleistung bei 1m Länge
Werkstoff: Kupfer
Betriebstemperatur bei normalem Betrieb 90C0
- Anmerkung: O.g. Angaben stellen Richtwerte für die Wärmeberechnung dar. Exakte Angaben müssen den jeweiligen Herstellerangaben entnommen werden!
- Faktor f für die Zusammensetzung der Luftdichte und spezifischen Wärme in Abhängigkeit des Aufstellungsortes der Schaltanlage (Höhe über Meeresniveau). Gängige Werte für f sind wie folgt:
-
- 3,1 für 0 – 100 m
- 3,2 für 100 – 250 m
- 3,3 für 250 – 500 m
- 3,4 für 500 – 750 m
- 3,5 für 750 – 1000 m über Meeresniveau
- Aus der Berechnung o.g. Inputwerte erhält man dann folgende Ergebnisse:
-
- Effektive Schaltschrankfläche A (m2)
- Wärmestrom Qw (W)= Wärme, die über natürliche Weise in Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit über die effektive Schaltschrankfläche abgegeben wird
- Benötigte Kühlleistung Qk (W)
- Benötigte Luftfördermenge in Kombination (m3/h)
- Auswahltabelle Filterlüfter / Austrittsfilter – Kombinationsmöglichkeiten
Anbei finden Sie die Beispiele für Verlustleistungen elektrotechnischer Komponenten
auch als PDF zum Download.
Berechnungsbeispiel
Ein kleines Berechnungsbeispiel soll dies zusätzlich verdeutlichen:
Eine Schaltanlage mit einer mittleren Packungsdichte und einer ausreichenden Luftzirkulation im Schaltschrank, hat eine elektrische Verlustleistung von 600 W. Die Schrankabmessungen (h x b x t) = 2000 x 800 x 600 mm. Die Schaltanlage steht an der Wand – seitliche Schrankflächen sowie Vorderseite und Dach sind frei. Das Schaltschrankmaterial besteht aus Stahlblech. Die komplette Schaltanlage ist in einem Produktionsbetrieb installiert mit einer Lage von ca. 750 m Höhe über Meeresniveau. Die maximale Umgebungstemperatur ist 25 C°, die maximale Schrankinnentemperatur soll 35 C° sein. Die Schaltanlage muss die Schutzart IP54 erfüllen.
Inwiefern muss diese Schaltanlage klimatisiert werden und zwar wirtschaftlich optimal?
Füttert man unsere Klima-Software für die Wärmeberechnung erhält man folgendes Ergebnis:
Benötigte Luftfördermenge (m³/h) in Kombination zur sicheren Wärmeabführung 112,36 m³/h (s. auch nachfolgende Berechnungsmaske).
Anbei finden Sie das Beispiel der Berechnungsmaske zur Wärmeberechnung unseres Klimarechner als Beispielbild.
Gerne können Sie sich das Beispiel auch als PDF Downloaden.
Aus der Auswahlübersicht kann man nun die optimale Kombinationsmöglichkeit auswählen. Die FF-Serie bietet hier die technisch und wirtschaftlich optimale Lösung wie folgt:
Filterlüfter FF15A230UF
Montageausschnitt = 223 x 223 mm
kombiniert mit
Austrittsfilter FF15U
Montageausschnitt = 223 x 223 mm
ergibt eine Luftfördermenge in Kombination von 155 m³/h bei 50 Hz.
Somit ist hier auch eine ausreichende Leistungsreserve zwecks Filtermattenverschmutzung mit berücksichtigt und einer sicheren und kostengünstigen Klimatisierung dank Wärmeberechnung steht nichts mehr im Wege.
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