Bildergalerie
Voraussetzung für eine effiziente Schaltschrank-Klimatisierung ist die richtige Auswahl und Dimensionierung der Klimatechnik.
Ralf Schneider ist Leiter der Business Development Climatisation bei Rittal.
Dirk Mücke ist Vertriebsleiter bei Lohmeier Schaltschrank Systeme in Vlotho.
Adam Pawlowski ist Principal Engineer für Thermal Management bei Schroff.
John Carmody ist Global Product Manager bei Pfannenberg.
Jürgen Wendel ist Produktmanager Cabinet Solutions bei Friedrich Lütze in Weinstadt.

Mitunter den höchsten Energieverbrauch innerhalb eines Fahrzeugs weist die Klimaanlage und deren Steuerung auf. Ist dies auch auf die Automatisierungstechnik zu übertragbar?

Ralf Schneider, Rittal: Nein, das lässt sich nicht 1:1 auf die Automatisierungstechnik übertragen. Komponenten der Antriebs- und Steuerungstechnik, die in Schaltschränken eingebaut sind, verbrauchen in der Regel mehr Energie als Klimageräte. Wenn es allerdings um die größten Einsparpotenziale geht, haben Klimatisierungslösungen die Nase vorn. Neueste Entwicklungen bei Kühlgeräten zeigen, dass Einsparpotenziale noch lange nicht ausgeschöpft sind. Ein Pilotprojekt bei der Daimler AG in Sindelfingen stellt aktuell unter Beweis, dass durch neueste Kühlgerätetechnik, Einsparungen von bis zu 70 % möglich sind. Dieser Effizienzsprung resultiert aus einem optimierten kältetechnischen Aufbau sowie neuster C-Lüftertechnik und Regelelektronik.

Dirk Mücke, Lohmeier: Nicht unbedingt. In der Automation hängt es von vielen Faktoren ab: Was für eine Maschine ist es? Wie hoch ist die Umgebungstemperatur? Was ist im Schaltschrank verbaut?

Adam Pawlowski, Schroff: Die Klimaanlage eines Fahrzeuges ist für das Wohlbefinden der Insassen und nicht für die Funktionalität des Fahrzeuges vorgesehen. Insofern ist es nicht so sinnvoll sie mit einer Klimaanlage in der Automatisierungstechnik zu vergleichen, zumal dort mehrere unterschiedliche Kühlungskonzepte zur Auswahl stehen. Fakt ist, dass die Auslastung der Klimaanlage mit steigender Effizienz der zu kühlenden Komponenten sinkt. Es ist also von großer Bedeutung die Anlageneffizienz zu verbessern. Denn alles, was bedingt durch den Wirkungsgrad der Anlage, in Wärme umgewandelt wird, führt zu einer Temperaturerhöhung der Komponenten und somit zur Beeinträchtigung der Lebensdauer. Diese Wärme muss abgeführt werden. Eine Faustformel besagt, dass mit modernen, autarken und Kompressorbetriebenen Kühlgeräten pro 1 kW abgeführter Wärmeenergie ca. 0,4 bis 0,5 kW elektrischer Energie aufgewendet werden müssen, je nach COP (Coefficient of Performance) des Kühlgerätes. Beim Einsatz von LWWT kann dieser Faktor deutlich besser ausfallen, je nach örtlichen Gegebenheiten.

John Carmody, Pfannenberg: Wenn wir von Automatisierungstechnik sprechen, reden wir von der Automatisierung von Prozessen und den dazugehörigen Maschinen, um eine bessere Effizienz zu erzielen. Unter anderem gehören zu einer Automatisierung auch Steuerungen sowie speicher-programmierbare Komponenten. Auch elektrische Komponenten sind notwendig. Diese werden in einem Schaltschrank/Schaltraum untergebracht. Um Effizienz, Lebensdauer und einwandfreie Funktion zu gewährleisten, ist die Klimatisierung des Schaltschranks/Schaltraums absolut notwendig. Bei richtiger Auslegung der Komponenten in Bezug auf Verlustleistung und richtiger Kalkulation und Größe der Klimaanlage beziehungsweise des Klimageräts, ist der Energieverbrauch gering und der Energieverbrauch des Klimageräts wird im ganzen Prozess verringert. Diese können anschließend richtig funktionieren, die Lebensdauer der Komponenten wird verlängert und der Energieverbrauch des kompletten Prozesses wird minimiert.

Jürgen Wendel, Friedrich Lütze: Ja. Die Frage müsste eigentlich nach dem wirtschaftlichen Nutzen der Klimaanlage lauten und dem jeder Klimaanlage anhaftenden Wirkungsgrad. Nicht verbrauchte Energie muss man nicht einsparen!

Was kann man für das Wärmemanagement in Anlagen und Schaltschränken tun, um ein permanentes Überschreiten der Betriebstemperatur, welches sich auf die Lebensdauer der Komponenten bis hin zum Totalverlust der Anlage führen kann, zu verhindern?

Ralf Schneider, Rittal: Voraussetzung für eine effiziente Schaltschrank-Klimatisierung ist die richtige Auswahl und Dimensionierung der Klimatechnik. Nicht selten jedoch wird bei der Projektierung von Anlagen die Kühlung erst ganz zum Schluss betrachtet. Von Vorteil ist, eine effiziente Kühllösung von Anfang an als wichtige Komponente exakt zu planen. Computerbasierte Planungshilfen geben Hilfestellung auf dem Weg zum richtigen Klimatisierungskonzept. Im Weiteren ist die richtige Anordnung von Geräten und Betriebsmitteln im Schaltschrank Voraussetzung für eine effiziente Klimatisierung. Aufgrund der Miniaturisierung und der steigenden Packungsdichte hat die Kaltluftführung im Schaltschrank direkten Einfluss auf die Qualität der Schaltschrank-Entwärmung – und somit auf den störungsfreien Betrieb der gesamten Anlage. Die richtige Einleitung der Kaltluft in den Schaltschrank und insbesondere deren anschließende Verteilung sind dabei von besonderer Wichtigkeit. Um dem Rückgang der Kälteleistungszahl von Kühlgeräten – ausgelöst durch Verschmutzungen des Verflüssigers – entgegenzuwirken, sind konventionell regelmäßige Wartungen wie Filtertausch oder Reinigung des Verflüssigers notwendig. Wer allerdings auf den Einsatz neuster Kühlgeräte mit nanobeschichteten Kühllamellen setzt, kann auf Filtermatten selbst in schmutzbelasteter Umgebung verzichten.

Adam Pawlowski, Schroff: Das beste Mittel ist, die Wärmeentwicklung im Schrank durch den Einsatz von hocheffizienten Komponenten weitgehend zu minimieren. Zweitens soll bei der Auswahl der Komponenten deren maximale Arbeitstemperatur einen ausreichenden Abstand zur Schrank-Innentemperatur aufweisen. Erst dann kommt der Einsatz einer intelligenten Kühlung in Frage. Intelligent deswegen, weil sie mit Hilfe mobiler Temperaturfühler und Luftleitbleche auf die wärmekritischsten Bereiche beziehungsweise Spots, fokussiert werden sollte. Wenn die örtlichen Gegebenheiten, wie Umgebungstemperatur oder Staubbelastung, es zulassen, sollte auf hybride Kühlgeräte zurückgegriffen werden, welche die Anlage bei geringer Wärmeentwicklung mit Frischluft und bei abgeschaltetem Kompressor kühlen können.

John Carmody, Pfannenberg: Hierfür sind einige Punkte von Bedeutung. Als erstes betrachten wir den Schaltschrank, die Verlustleistung der Komponenten beziehungesweise die Anlage, die Umgebungsbedingungen und so weiter. Genaue Informationen hierzu sind zwingend notwendig, um die Klimatisierung zu kalkulieren und das richtige Gerät zu wählen. Bei der richtigen Auslegung der Klimatisierung wird auf Dauer verhindert, dass die Betriebstemperatur überschritten wird. Anlage-Auszeiten werden drastisch verringert. Somit wird das optimale Funktionieren der elektrischen Komponenten gewährleistet und Lebensdauer nicht beeinträchtigt, das heißt die komplette Lebensdauer der Komponenten kann ausgenutzt werden.

Jürgen Wendel, Friedrich Lütze: Eine Herangehensweise wäre dafür zu sorgen, dass die Verlustwärme schnell und einfach abgeführt wird, wie etwa beim Schaltschrank-Verdrahtungssystem LSC. Hierbei erreicht man konstruktionsbedingt bereits ohne zusätzlichen Energieeinsatz eine deutliche Wärmereduktion.

Welche Energieeinsparpotenziale können Lüfter und Ventilatoren bringen und wie kann ich dies sinnvoll in Anlagenkonzepte einbringen?

Ralf Schneider, Rittal: Dass auch bei Filterlüftern noch deutliche Verbesserungen möglich sind, zeigen wir mit neu entwickelten Filterlüftern. Hier kommt erstmals die Diagonal-Lüftertechnik zum Einsatz, die mit deutlich höherer Luftleistung im eingebauten Zustand für bessere Luftzirkulation in Gehäusen und Schränken sorgt. Ausführliche Tests belegen Energieeinsparungen von 43 %. Neuestes Zubehör mit Innentemperatur- und Drehzahlreglern sorgt zudem für noch mehr Effizienz. Das bedeutet: weniger Laufzeit, weniger Energieverbrauch und weniger Wartung.

Dirk Mücke, Lohmeier: Erhebliche, wenn sie sich steuern und regeln lassen sowie flexibel auf vorhandene Leistungsanforderungen reagieren können. Wenn man dann noch Lüfter der neuesten Generation nimmt, die deutlich verbesserte Wirkungsgrade und Standzeiten haben, kann man über eine gesamte Anlage hinweg schon Effekte erzielen.

John Carmody, Pfannenberg:Filterlüfter, Lüfter und Ventilatoren sind weit verbreitet und werden oft zur Schaltschrank-Klimatisierung eingesetzt. Auf Basis der Anwendung und der Umgebungsbedingungen ist die aktive Klimatisierung beim Einsatz von Lüftern und Ventilatoren nicht notwendig. Somit wird auf jeden Fall Energie gespart. Auch bei dem Einsatz von Lüftern und Ventilatoren besteht die Möglichkeit, mit neuen Technologien die genaue Drehzahl auf Basis des Temperatur-Ist-Zustands anzupassen. Die Auswirkung ist ein niedriger Energieverbrauch, da die Drehzahl angepasst ist. Gleichzeitig ist die Luftströmung bei der richtigen Positionierung von Lüfter und Ventilator sowie die richtige Platzierung der Komponenten innerhalb des Schaltschranks gewährleistet, sodass eine bessere Effizienz der Komponenten erzielt und Energie gespart werden kann.

Jürgen Wendel, Friedrich Lütze: Wichtig ist es auf die richtige Luftumströmung der zu belüftenden Elemente zu achten und dafür zu sorgen, dass die Luft ungehindert strömen kann.

Welche Maßnahmen eignen sich, um die Wärmeenergie aus dem Schaltschrank abzuführen beziehungsweise welche empfehlen Sie?

Dirk Mücke, Lohmeier: Wichtig ist sich den jeweiligen Anwendungsfall mit den installierten Komponenten sowie den Umgebungsbedingungen anzuschauen. Auf die richtige Dimensionierung kommt es an. Nicht zu viel und nicht zu wenig. Das kann bei Filterlüftern beginnen und bei Wärmetauschern enden, es muss von Fall zu Fall entschieden und optimal ausgelegt werden.

Adam Pawlowski, Schroff: Es gibt eine Vielzahl von Kühlkonzepten für einen Schaltschrank, die alle das gleiche Ziel haben: die anfallende Wärmeenergie sicher und effizient abzuführen. Die unterschiedlichen Schaltschrankkonzepte und deren Aufstellungsort erzwingen sozusagen ein geeignetes Kühlkonzept. Insofern ist es schwierig eine immer gültige und objektive Empfehlung auszusprechen. Anlagen, welche ohne Wasseranschluss in einer rauen und warmen Umgebung aufgestellt sind, erfordern den Einsatz eines Kompressor-Kühlgerätes. Sollte dagegen die Umgebungstemperatur ausreichend niedrig sein, so könnte man über den Einsatz staubdichter Filterlüfter nachdenken.Prinzipiell würde ich, ohne weitere Randbedingungen zu beachten, folgende Reihenfolge bei der Auswahl eines Kühlkonzeptes empfehlen:

  • Natürliche Konvektion
  • Filterlüfter oder Dachlüfter
  • Luft/Luft-Wärmetauscher
  • Luft/Wasser-Wärmetauscher.

John Carmody, Pfannenberg: Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die auf Anwendungen bezogen sind. Es besteht die Möglichkeit, passiv zu kühlen, mit Filterlüfter und Luft-Luft-Wärmetauscher. Diese Art von passiver Kühlung ist von der Umgebungstemperatur abhängig. Ebenfalls gibt es aktive Kühlung, zum Beipiel Klimageräte, die mit einem richtigen Kühlkreis funktionieren. Die aktive Kühlung nimmt die Wärme innerhalb des Kühlkreislaufs auf und transportiert diese nach außen. Die Wärme wird mithilfe eines Wärmetauschers (Luft oder Wasser) gekühlt. Somit ist die Wärme abgeführt. Es besteht auch die Möglichkeit mit Luft-Wasser Wärmetauscher zu arbeiten. Die warme Luft wird von dem kalten Wasser aufgenommen und dann zu einer zentralen Rückkühlanlage beziehungsweise zu einer Wärmetauschereinheit transportiert. Dort findet nochmals ein Austausch, nur umgekehrt, statt. Die abgeführte Wärme im Wasser wird mit der kühlen Luft ausgetauscht. Dies sind nur ein paar Beispiele. Wie oben erwähnt, ist was wie eingesetzt wird immer von der Anwendung, den Umgebungsbedingungen und der gesamten Verlustleistung der Komponenten abhängig.

Jürgen Wendel, Friedrich Lütze: Wie im Schrank, so muss auch ausserhalb dafür gesorgt werden, dass das richtige Raumklima vorherrscht. Die Wärme, die an der Schrankaussenwand ansteht muss effektiv abgeführt werden. Direkte Sonneneinstrahlung auf den Schrank wäre da kontraproduktiv.