Une bonne gestion de la température avec un refroidissement saisonnier Armoires de commande respectueuses du climat

de Source : Lütze AG

Related Vendors

Comment faire fonctionner une armoire de commande de façon économique en énergie tout au long de l'année, sans risquer des pannes liées à la chaleur ? Réponse : avec un câblage sans canaux ou goulottes et un système de ventilateurs plus un refroidissement adapté aux besoins.

Système de câblage AirSTREAM pour un refroidissement respectueux du climat de l'armoire de commande.
Système de câblage AirSTREAM pour un refroidissement respectueux du climat de l'armoire de commande.
(Source : OSWALD-FOTODESIGN/Lütze)

Un exemple de cas montre le potentiel offert par la combinaison entre différents mécanismes de refroidissement grâce à une régulation intelligente et comment cette dernière peut être utilisée.

Les armoires de commande pour les composants électriques ont de nombreux domaines d'application dans le secteur industriel. Pour cela, il y a de nombreuses exécutions qui sont standardisées en termes de composants et d'utilisations, mais il y a aussi beaucoup de personnalisation. S'ajoute à cela le fait que différentes répartitions de chaleur peuvent se former même dans des armoires de commande qui contiennent des composants identiques au premier regard. Les facteurs comme le placement des composants influencent également la température individuelle à laquelle un composant spécifique est exposé. Il n'y a pas de mécanisme de refroidissement universel, qui permet un fonctionnement optimal pour tous les cas d'application et toutes les éventualités tout en étant économique en énergie. Par conséquent, il est essentiel de penser à la gestion de la température dans l'armoire de commande dès la phase de planification. Les erreurs qui peuvent être commises ici influencent la durée de vie de l'installation et ne peuvent plus être résolues que par des investissements supplémentaires en termes de temps et de moyens financiers par la suite.

Galerie d'images

Gestion de la température dans les armoires de commande

Friedrich Lütze GmbH et l'Institut pour l'énergétique des bâtiments, le génie thermique et le stockage d'énergie (IGTE) de l'Université de Stuttgart collaborent étroitement dans le cadre d'une coopération de longue date pour des concepts de refroidissement adaptés aux besoins et écologiques pour les armoires de commande. Il convient d'observer que l'exigence impliquant une plus grande efficacité énergétique dans l'industrie concerne également le domaine des armoires de commande. En outre, d'autres exigences comme la sécurité contre les pannes liées à la chaleur sont de plus en plus importantes pour les exploitants des installations. Du fait de la transformation numérique et de la connectivité importante associée pour toutes les étapes de production, même les petites pannes peuvent avoir des conséquences considérables sur la fonctionnalité des armoires de commande. Par ailleurs, la pression publique et la pression politique pour la réduction des émissions à chaque étape de production se renforcent. Une empreinte carbone globale calculée pour un produit industriel comprend également les émissions générées lors de la production. Ci-après, un exemple de cas fréquent mais souvent sous-estimé aidera à démontrer comment un concept de refroidissement saisonnier et adapté aux besoins permet de réduire la consommation d'énergie.

La plupart des réflexions concernant la gestion de la température dans les armoires de commande sont centrées sur des armoires individuelles. Cependant, en pratique, les combinaisons d'armoires de commande sans cloisons intérieures de séparation sont tout aussi fréquentes que les armoires individuelles. Du point de vue thermodynamique, la situation d'installation et la séparation physique d'une armoire de commande ont une grande influence sur la gestion de la température. En observant des combinaisons d'armoires de commande concrètes, on constate qu'un refroidissement actif (climatisation ou échangeur thermique) n'est installé que sur une armoire de commande sur deux ou sur une armoire de commande sur trois. Si seules les caractéristiques clés comme la perte de puissance par armoire et la puissance de refroidissement utile maximale sont prises en compte, le fonctionnement semble possible, mais n'est pas ciblé. L'exemple pratique suivant montre également le potentiel d'économie d'énergie qui est souvent inexploité.

Si un refroidissement actif (climatisation ou échangeur thermique) est partagé entre plusieurs armoires de commande, il y a souvent un problème de répartition. Cela peut être représenté clairement à l'aide d'une simulation CFD. L'illustration 1 présente la répartition de la température dans une combinaison d'armoire de commande sans cloison de séparation intérieure, composée de deux armoires de commande. Les deux armoires de commande sont conçues avec le système de câblage Airstream sans goulotte. L'armoire de droite a un refroidissement actif, l'armoire de gauche n'en a pas. La situation initiale est présentée dans la zone supérieure de la figure 1. L'armoire gauche est exploitée avec un refroidissement libre, ce qui signifie qu'il n'y a qu'une très faible circulation d'air en fonction de la poussée thermique. À l'aide de la simulation CFD, on remarque qu'il n'y a pas d'air frais entrant dans l'armoire de gauche et que de nombreux points chauds se forment dans la zone supérieure. L'armoire de droite à refroidissement actif est sans danger du point de vue thermique, car la puissance de refroidissement dans celle-ci est suffisante. Si l'on souhaite cependant également refroidir suffisamment l'armoire de gauche avec cette configuration, la puissance de refroidissement installée doit être fortement augmentée. La température de l'air diminue ainsi aussi fortement dans l'armoire à refroidissement actif et il y a un risque de formation de condensation liée à la grande différence de température. La meilleure solution est de mieux répartir l'air entre les armoires. La partie inférieure de la figure 1 montre comment cela peut être réalisé. Dans cet état optimisé, chaque armoire comprend un Airblower (ventilateur de circulation d'air du système de câblage Airstream) qui peut générer un flux de circulation ciblé autour du châssis de câblage. Il suffit donc d'assurer une puissance de refroidissement relativement faible en comparaison dans l'armoire de droite. Du fait de la rupture de la couche de température et des taux de circulation nettement plus élevés de l'air, le climat est amélioré dans les deux armoires et les points chauds dans l'armoire de gauche fortement sollicitée auparavant sont dispersés. En fonctionnement réglé, un Airblower n'a ainsi qu'une consommation d'énergie électrique de 15 W. La particularité réside dans le fait que l'unité de réglage du Airblower peut contrôler l'appareil individuel pour le refroidissement actif (par ex. une climatisation ou un échangeur thermique) via une sortie sans potentiel supplémentaire. Sur plusieurs Pt100, les températures peuvent être détectées dans l'armoire et être utilisées comme valeurs de réglage.

S'abonner à la newsletter maintenant

Ne manquez pas nos meilleurs contenus

En cliquant sur „S'abonner à la newsletter“, je consens au traitement et à l'utilisation de mes données conformément au formulaire de consentement (veuillez développer pour plus de détails) et j'accepte les Conditions d'utilisation. Pour plus d'informations, veuillez consulter notre Politique de confidentialité.

Dépliez pour les détails de votre consentement

Mesures des courbes de température

L'avantage énergétique de ce concept de refroidissement peut être illustré en examinant une année de production entière. La température dans un hall de production est soumise à de grandes variations saisonnières. Leur importance dépend des cas individuels. En se basant sur des valeurs empiriques, on considère ci-après une plage de température typique comprise entre 20 °C et 35 °C. Cette plage de température est répartie au fil de l'année en fonction des valeurs mensuelles moyennes en Allemagne pour l'année 2020 (source : DWD). La figure 2 montre les courbes de température qui résultent de ce modèle. Les données météo (climat extérieur) déjà évoquées sont représentées en noir, la température du hall en orange et la température maximale dans l'armoire de commande en rouge. L'armoire de commande examinée est déjà présentée dans la figure 1. L'armoire de commande de gauche qui ne comporte pas de refroidissement actif dans son état initial est examinée. Pour celle-ci, on suppose une perte de puissance dégagée de 500 W. Comme valeur de réglage, une température maximale admissible dans l'armoire de commande de 40 °C est définie. Si cette température est dépassée dans l'armoire de commande, la chaleur doit être extraite de l'armoire de commande par un refroidissement actif. La figure 2 présente d'abord en haut à nouveau l'état d'origine, dans lequel il n'y avait que peu de mouvement d'air dans l'armoire de commande. Les barres bleues indiquent les besoins moyens en refroidissement en Watts pour chaque mois. Cette puissance de refroidissement doit être acheminée dans l'armoire de commande en moyenne mensuelle pour atteindre la température prescrite de 40 °C. On remarque qu'un refroidissement supplémentaire est nécessaire entre avril et novembre. Le maximum est atteint en août dans le hall selon la courbe de température. Pendant les mois sans refroidissement actif, les températures dans l'armoire de commande sont proches de 40 °C. La simulation CFD indique qu'il y a également une couche de température importante ici. Si l'on examine en revanche le cas avec le Airblower, qui est présenté dans la figure 2 en bas, on remarque qu'il est possible d'obtenir une amélioration notable en termes de consommation d'énergie dédiée au refroidissement. Le refroidissement est alors seulement nécessaire pour les mois entre juin et septembre. Et l'ampleur de la puissance de refroidissement requise est considérablement réduite. En août, lorsque la valeur maximale est atteinte, les besoins en refroidissement sont réduits de 450 W à 200 W. Pour les mois durant lesquels le refroidissement actif n'est pas nécessaire, les températures sont également nettement inférieures avec le Airblower. Si l'on autorise des températures allant jusqu'à 40 °C dans l'armoire de commande il est ici également possible de réaliser un fonctionnement cyclique du Airblower.

La figure 2 présente clairement les effets d'un refroidissement saisonnier. Si l'état optimisé est comparé à l'état non optimisé, on obtient le potentiel d'économie en termes d'énergie et d'émissions. L'exemple concerne un fonctionnement à 2 cycles, exécuté chaque jour ouvré de l'année. Pour le Energy Efficiency Ratio (EER) pour la production de froid, une valeur de 2 est prise en compte, c'est-à-dire qu'il faut 1 kWh d'électricité pour 2 kWh de froid. Pour l'état non optimisé, cela correspond à une consommation d'électricité de 557 kWh dans l'année. Pour l'état optimisé avec le Airblower, la consommation d'électricité est de 131 kWh. Cela correspond à une réduction de 76 %. Les puissances de ventilation supplémentaires sont déjà prises en compte. Étant donné que l'électricité employée pour la production de froid est aussi issue d'un mélange de courant avec de l'énergie fossile, un potentiel de réduction de CO2 peut être défini pour les variantes examinées. Selon les hypothèses admises, la proportion de réduction des émissions est également de 76 %. En se basant sur le calcul du mix énergétique allemand de 2020, on obtient chaque année une réduction de 204 kg de CO2 à 48 kg de CO2. Si le potentiel indiqué était mis à l'échelle d'une usine de production entière, il y aurait un potentiel d'économies de plus de 85 000 kWh et 31 t de CO2 avec 200 combinaisons d'armoires électriques de ce type. L'exemple de calcul présenté ici démontre comment les coûts d'exploitation et la consommation d'énergie pour le refroidissement de l'armoire de commande peuvent être réduits grâce à une planification écologique de l'armoire de commande, sans augmenter le risque de panne liée à des problèmes thermiques. MSM

(ID:48519426)