Schaltschrankkühlung richtig dimensionieren
Effiziente Wärmeabfuhr gegen Hitzestaus
Sicherheitshalber überdimensionierte Klimageräte sind kostenträchtig in der Anschaffung wie im Unterhalt. Dennoch können sie nicht in jedem Fall gewährleisten, dass sämtliche Schaltschrankkomponenten hinreichend kühl gehalten werden. Ohne Klimatisierung lässt sich dagegen der empfohlene Mittelwert von 35°C meist nicht einhalten, weil die im Schaltschrank verbaute Leistungselektronik immer kompakter platziert wird.
Durch mangelhafte Kühlung entstehende Wärmestaus und Wärmenester senken Leistung und Lebensdauer der verbauten Schaltelemente. Wird deren maximale Betriebstemperatur auch nur um 10K überschritten, ist damit zu rechnen, dass sich die Lebensdauer der betroffenen Komponenten halbiert und die Ausfallrate auf das Doppelte steigt. Die richtige Wahl der Kühlvorrichtung hängt wesentlich von der Bauart des Schrankes, den installierten Komponenten und der Bauteilkompaktheit, dem Aufstellungsort und der Umgebungstemperatur ab. "Bei einem vollständig bestückten Schaltschrank lässt sich der Wärmeaustausch eigentlich nur in Ausnahmefällen allein durch freie Konvektion bewerkstelligen", verdeutlicht Dirk Mücke, Vertriebsleiter bei Lohmeier. "Dazu müsste die anfallende Wärme gleichmäßig im gesamten Schrankinneren verteilt werden, um die Oberfläche des Schrankes vollständig als Transferfläche nutzen zu können. Außerdem reicht bei den im industriellen Umfeld typischen Umgebungstemperaturen von über 30°C das Temperaturgefälle meist nicht aus, um empfindliche Bauteile wie Displays und Prozessoren durch passive Kühlung vor Überhitzung zu schützen."
Durchdachte Schaltschrankplanung
Je nach anfallender Wärmeleistung müssen daher aktive Kühlvorrichtungen wie Wärmetauscher oder Kompressionskältemaschinen installiert werden. Dabei kommt es vor allem auf die richtige Dimensionierung an, um eine ausreichende Temperaturabsenkung mit möglichst geringem Energieverbrauch zu realisieren. Häufig fällt die Wahl allerdings noch auf überdimensionierte Kühlgeräte, um auch bei maximaler Verlustleistung aller verbauten Komponenten und höchstmöglicher Umgebungstemperatur auf Nummer sicher zu gehen. Eine durchdachte Schaltschrankplanung, die von Anfang an die thermischen Parameter berücksichtigt, hilft, derart kosten- und energieintensive Lösungen zu vermeiden. "Deswegen bieten wir unseren Kunden eine softwaregestützte Berechnung aller relevanten Leistungsparameter an, um die Gehäuse für die anwendungsspezifisch optimale Bestückung und Kühltechnik zu präparieren", sagt Dirk Mücke.
Effiziente Rahmenlösung
Durch das Zusammenwirken von passiven und aktiven Klimatisierungsverfahren können erhebliche Effizienzgewinne erzielt werden. Schon die Installation eines Verdrahtungsrahmens zur Trennung von Aufbau- und Verdrahtungsebene trägt zur Verbesserung des Binnenklimas im Schaltschrank bei. Über die Rahmenkonstruktion werden die Leitungen rückseitig mit viel Freiraum geführt, so dass üblicherweise auf den Montageplatten angebrachte Kabelkanäle entfallen und im Schaltschrank für eine ungestörte Luftzirkulation mit ständiger Wärmeabführung gesorgt ist. Einzelne Komponenten können schnell und flexibel neu positioniert oder ausgetauscht werden, um z.B. die Durchlüftung zu verbessern. Entsprechend adaptierte Gehäuselösungen bietet der Schaltschrank-Experte Lohmeier mit seinen Anreihschaltschränken der Baureihe RS an. Diese Gehäuse, die zu allen Verdrahtungsrahmen der Firma Lütze kompatibel sind, lassen sich in wenigen Schritten mit dem Airstream-Onlinekonfigurator von Lütze von der Konfiguration über das gewünschte Zubehör bis zur Angebotserstellung planen.
Anpassungsfähige Kühltechnik
Je ungehinderter die Luft im Schaltschrank zirkulieren und die einzelnen Komponenten umströmen kann, desto weniger Kühlleistung muss durch aktive Klimatisierungstechnik erbracht werden. "Dabei können wir flexibel den konkreten Erfordernissen entsprechen und die Schaltschränke wahlweise mit Filterlüftern, Wärmetauschern oder im Regelfall mit Kompressorkühlgeräten ausliefern", betont Dirk Mücke. "Einheitliche Montageausschnitte ermöglichen es den Anwendern, das Kühlsystem ihrer Wahl ohne Anpassungsarbeiten einzubauen." Für ein besonders energieeffizientes Kondensat-Management bei Kühlleistungen von 500 bis 4.000W werden beispielsweise Kühlgeräte der eCool-Baureihe des Technologiepartners Pfannenberg eingesetzt. Die Modelle für den Seitenanbau und teilversenkten Seiteneinbau zeichnen sich durch ihre lange Luftführung aus, die für einen optimalen Wärmeaustausch - nicht zuletzt zur Vermeidung von Luftkurzschlüssen - unabdingbar ist. Bei den Dachaufbau-Varianten verhindert ein patentiertes Konstruktionsprinzip zuverlässig Kondenswasserbildung am Schaltschrankdach. Alle eCool-Geräte bieten hohen Schutz auf kleinem Raum und verfügen über eine integrierte Kondensatverdunstung mit Sicherheitsüberlauf sowie einen leicht zu reinigenden Verflüssiger mit großem Lamellenabstand. Zudem sind sie einfach zu warten und können werkzeuglos montiert werden.
Fazit
Eine immer dichtere Bestückung mit moderner Leistungselektronik sowie Bauart und Aufstellungsorte, die sich ungünstig auf die Wärmeabfuhr auswirken, können das Betriebsklima im Schaltschrank gefährlich aufheizen. Deshalb unterstützen spezialisierte Hersteller wie Lohmeier bei der optimalen Schaltschrankplanung und rüsten ihre Gehäuse fachgerecht mit geeigneter Kühltechnik aus.
Sicherheitshalber überdimensionierte Klimageräte sind kostenträchtig in der Anschaffung wie im Unterhalt. Dennoch können sie nicht in jedem Fall gewährleisten, dass sämtliche Schaltschrankkomponenten hinreichend kühl gehalten werden. Ohne Klimatisierung lässt sich dagegen der empfohlene Mittelwert von 35°C meist nicht einhalten, weil die im Schaltschrank verbaute Leistungselektronik immer kompakter platziert wird.
Durch mangelhafte Kühlung entstehende Wärmestaus und Wärmenester senken Leistung und Lebensdauer der verbauten Schaltelemente. Wird deren maximale Betriebstemperatur auch nur um 10K überschritten, ist damit zu rechnen, dass sich die Lebensdauer der betroffenen Komponenten halbiert und die Ausfallrate auf das Doppelte steigt. Die richtige Wahl der Kühlvorrichtung hängt wesentlich von der Bauart des Schrankes, den installierten Komponenten und der Bauteilkompaktheit, dem Aufstellungsort und der Umgebungstemperatur ab. "Bei einem vollständig bestückten Schaltschrank lässt sich der Wärmeaustausch eigentlich nur in Ausnahmefällen allein durch freie Konvektion bewerkstelligen", verdeutlicht Dirk Mücke, Vertriebsleiter bei Lohmeier. "Dazu müsste die anfallende Wärme gleichmäßig im gesamten Schrankinneren verteilt werden, um die Oberfläche des Schrankes vollständig als Transferfläche nutzen zu können. Außerdem reicht bei den im industriellen Umfeld typischen Umgebungstemperaturen von über 30°C das Temperaturgefälle meist nicht aus, um empfindliche Bauteile wie Displays und Prozessoren durch passive Kühlung vor Überhitzung zu schützen."
Lohmeier Schaltschranksysteme GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 1+2 2017 - 10.02.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de