Eine clevere passive Kühlung kann den Umfang der aktiven Kühlung verringern – oder auch ganz alleine den Schaltschrank kühlen. Lütze
Was sich viele Betriebsleiter in der Industrie beim Thema Schaltschrankklimatisierung immer wieder fragen: Muss ich zwangsläufig ein leistungsfähiges Kühlgerät im Schaltschrank einbauen? Und wenn ja, wie hoch muss ich die Kühlleistung dimensionieren? Dabei unterschätzen die Techniker oft, dass neben den aktiven Maßnahmen zur Schaltschrankkühlung eine passive Kühlung bereits beachtliche Kühlergebnisse erzielen kann. So lässt sich in Einzelfällen auf ein externes Kühlgerät verzichten. Oder die Kühlleistung kann geringer und damit energiesparender ausgelegt werden. Wichtig auch: Die Dimensionierung der Kühlgeräte erfolgt in aller Regel auf die theoretisch maximal notwendige Kühlleistung für eine Schaltschrankinnentemperatur von rund 35 °C bei höchstmöglicher Umgebungstemperatur. Diese Auslegung führt oft zu einer Überdimensionierung. Es wird mehr Kühlleistung installiert als im Schnitt tatsächlich benötigt wird.
Technik im Detail
Stromverbrauch für Schaltschrankklimatisierung
Die Energiekosten zur Kühlung von Schaltschränken sind immens. Für Deutschland geht man für das Jahr 2011 von rund 3,5 Millionen Schaltschränken mit circa 900.000 installierten Kühlgeräten aus. Die Zahlen basieren auf einer Hochrechnung auf Basis des Absatzes von Rittal und des Marktanteils in Deutschland im Jahr 2011. 1 GW Kühlleistung benötigt circa 600 MW elektrische Energie. Um diesen Energiehunger decken zu können, müssen sich rund 300 Windräder drehen.
Um die positiven Effekte der passiven Kühlung nutzen zu können, sollten Schaltschrankbauer bereits bei der Schaltschrankplanung thermische Parameter berücksichtigen. Dabei sind zehn Planungsregeln zur effektiven Schaltschrankentwärmung zu beachten.
1. Die Umgebungstemperatur
Die Umgebungstemperatur hat einen wesentlichen Einfluss auf die Wärme im Schaltschrankinneren. Temperaturänderungen in der Umgebung lassen sich eins zu eins im Schaltschrankinneren nachweisen. Tipp: Umgebungstemperatur senken.
2. Die Nachbarn
Die Frage, ob der Schaltschrank an der Wand, neben anderen Schränken oder freistehend aufgestellt wird, hat erheblichen Einfluss auf die Temperatur im Schaltschrankinneren. Tipp: Schaltschränke nicht nebeneinander aufstellen.
Schaltschrankklimatisierung mit Frontanbauklimagerät – links das Strömungsfeld, rechts das Temperaturfeld. Lütze
3. Bauteilkompaktheit
Bei einer engen Nachbarschaft von Bauteilen durchströmt der (Kalt-)Luftstrom nicht oder nur ungenügend die Bereiche zwischen den Bauteileilen. Tipp: Genügend Platz zwischen Bauteilen lassen.
4. Bauteilplatzierung
Bauteile mit hoher Wärme-Verlustleistung heizen sich gegenseitig auf. Tipp: Warme Bauteile in der Nähe des Kaltluftauslasses, in kühleren Bereichen und nicht direkt nebeneinander verbauen.
5. Zwangsumwälzung
Unter der Zwangsumwälzung der Schaltschrankluft versteht man alle Maßnahmen, um die Temperaturschichtung von unten kühler nach oben wärmer zu vermeiden. Tipp: Mit dem LSC Airstream Verdrahtungsrahmen lässt sich einfach ein umwälzender Luftstrom und Kamineffekt im Schaltschrank erzeugen.
Eine verbesserte Bauteilanordnung verbessert die Schaltschrankklimatisierung mit Frontanbauklimagerät. Lütze
6. Einen Luftkurzschluss vermeiden
Hierunter versteht man eine Situation im Schaltschrank, die bei ungünstiger Einbaulage einer aktiven Klimakomponente entstehen kann. Wenn zum Beispiel ein Teil der in den Schaltschrank eingebrachten Kaltluft direkt wieder abgesaugt wird. Tipp: Mit den Lütze Airblades lässt sich der Luftstrom zielgenau steuern.
7. Zirkulationsströmung
Unter der Prämisse einer optimalen Zirkulationsströmung versteht man eine effektive Bauteil-Kühlung durch die Umströmung der wärmeabgebenden Bauteile mit Kaltluft. Tipp: Mit den Lütze Airblades kann der Luftstrom zielgenau gesteuert und einzelne Wärmenester können direkt belüftet werden. Damit kann die Betriebswärme nicht nur generell, sondern auch punktuell abgeführt werden.
8. Position des Kühl/Klimagerätes
Dachklimageräte sind zweckmäßig, wenn deren Kaltluftauslässe und die Warmluftabsaugung so angeordnet sind, dass eine Zirkulationsströmung zum Beispiel von hinten nach vorn erzeugt werden kann. Tipp: Der Front- oder Dachanbau ist stets einem Seitenanbau vorzuziehen.
9. Strömungstotgebiete
Die Verkabelung kann negative Auswirkungen auf das Innenklima haben. Tipp: Lütze Airblades lassen sich in die 50-mm-Raster anstelle eines Kabelkammes von vorne auf den Montagesteg setzen und ragen in den freien Luftspalt hinter der Montageebene hinein.
Zielgenaue Führung der Luftströmung mithilfe der LSC Airblades auf der Rückseite des LSC-Airstream-Rahmens. Lütze
10. Verkabelung
Tipp: Beim LSC-Verdrahtungssystem erfolgt die Verdrahtung hinter den Montagestegen seitlich nach unten. Sollte die Bauteilinstallation es zulassen, wird der Schaltschrankbetrieb ohne Kammdeckel empfohlen.
Das Verdrahtungssystem setzt auf die zehn beschriebenen Regeln der passiven Schaltschrankkühlung. Es führt zum einen die Luftströme zielgenau und verbessert zum anderen die Luftzirkulation im Schrankinneren. Durch die Trennung in eine Aufbau- und eine Verdrahtungsebene bildet sich hinter dem Verdrahtungsrahmen ein Kamineffekt. Die warme Luft wird, je nach Kühlung, abgeführt. Idealer Weise wird die kalte Luft hinten nach unten geleitet und strömt vorne wie beim Kamineffekt wieder nach oben. Entsprechend ist es beim Einsatz mit dem Verdrahtungssystem möglich bis zu 23 % Energie einzusparen.
SPS IPC Drives 2014
Halle 9, Stand 311
Martin Lack
(mf)
