Wärmemanagement Die ersten Schritte auf dem Weg zur richtigen Schaltschrankkühlung

Die Elektronik im Schaltschrank muss geschützt werden, vor allem vor sich selbst. Bleiben Schaltschränke ungekühlt, drohen Ausfälle der Bauteile oder -gruppen, im schlimmsten Fall entsteht ein Brand.

Anbieter zum Thema

OKW Odenwälder Kunststoffwerke Gehäusesysteme GmbH

ET System electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Das Ziel des optimalen Schaltschrankes ist es, für eine anhaltend gute Arbeitstemperatur zu sorgen. Wird die Elektronik zu warm, kommt es zur Überhitzung der Bauteile und sie funktionieren nicht mehr wie gewünscht.

Ist es jedoch zu kalt, oder ändert sich die Temperatur schnell und stark, kondensiert das Wasser in der Luft an den empfindlichen Baugruppen, was zu Kurzschlüssen führt. Durch die dabei entstehende Hitze, kann sogar ein Brand entstehen. Um diese negativen Effekte zu vermeiden ist es wichtig auf verlässliche Schaltschränke zu bauen.

Wärmeübertragung auf unterschiedliche Arten

Bauteile werden kleiner und die Packungsdichte im Schrank steigt. Hierdurch entsteht mehr Leistungsverlust in Form von Abwärme als bei geringerer Packungsdichte und größeren Bauteilen. Laut der Arrhenius-Gleichung verdoppelt sich die Ausfallrate und halbiert sich die Lebensdauer der Bauteile schon bei einer Temperaturerhöhung um 10 K, bezogen auf die maximal zulässige Betriebstemperatur.

Da Wärme im Gehäuse so viel Schaden anrichtet, gilt es die Schränke zu kühlen. Dazu werden zunächst die drei verschiedenen Arten der Wärmeübertragung betrachtet. Die Wärmeleitung bezeichnet das Abführen von Wärme durch Luftströme. Diese werden meist von Lüftern hervorgerufen, welche eine Umwälzung im Schaltschrank vollziehen.

Dies ist bei offenen oder luftdurchlässigen Schränken möglich. Muss der Schaltschrank geschlossen bleiben ist die Wärmeabführung zuerst nur über die Wände, also über Konvektion möglich. Unter Konvektion versteht man die Übergabe von Energie mittels eines Trägers wie Flüssigkeit oder Gas. Des Weiteren wird Wärme in Form von Strahlungsenergie ohne materielle Träger von einem Körper zum anderen übertragen.

Wie die Wärme den Schaltschrank verlässt

Eine energiesparende Lösung ist es, die Wärme passiv abzuführen. Dabei geben die Baugruppen die Wärme per Wärmeleitung an das Gehäuse ab. Das Gehäuse wiederum gibt die Wärme an die Umgebung ab.

Daher ist bei dieser Kühlmethode wichtig, dass die Umgebungstemperatur kleiner als die Temperatur im Schaltschrank ist. Denn in diesem Fall versucht sich die warme Innenluft mit der kälteren Außenluft auszugleichen. Dies führt dazu, dass sich das Innere des Schrankes abkühlt und sich die Umgebung erwärmt. Dies stellt kein Problem dar, wenn der Schrank im Freien steht, aber in geschlossenen Rechenzentren ist die Umgebungserwärmung stets zu beachten. Bevor sich der Anwender für eine Kühlart entscheidet sind folgende Auswahlkriterien zu prüfen:

• Aufstellung gemäß VDE 0660 Teil 500

• Bedingungen am Aufstellungsort

• Maximale Schrankinnentemperatur

• Verlustleistung der Komponenten

• Forderung der Schutzart EN 60 529

• Beanspruchung der Kühlgeräte

• Einfluss von Nachbargeräten

• Anschluss über Türendschalter

Die richtige Berechnung der notwendigen Klima-Komponenten und gegebenenfalls eine thermische Analyse durch computergestützte Strömungsmodelle (CFD – Computational Fluid Dynamics) sind Voraussetzungen für die gezielte sowie effektive Kühlung. Dadurch werden Ausfälle und die Gefahr von Bränden vermieden.

Kühlung

Für jede Anwendung den passenden Lüfter

Zunächst wird eine grobe Vorauswahl getroffen. Ist die gewünschte Innentemperatur größer als die Umgebungstemperatur und die Schutzart IP 54 wichtig, empfiehlt Rittal einen Luft/Luft-Wärmetauscher. Abgeraten wird in diesem Fall von Kiemenblech, Luftein-/austrittsgitter, Dachentlüftung sowie von einem Filterlüfter.

Cooling Days

Elektronikkühlung und Wärmemanagement von A bis Z

Ist jedoch die Sollinnentemperatur gleich oder kleiner der Umgebungstemperatur und ist ein Kühlwasserkreislauf am Aufstellungsort vorhanden, ist ein Luft/Wasser-Wärmetauscher zu empfehlen. Anstelle eines vorhandenen Kühlkreislaufes kann ein Kühlgerät oder eine Rückkühlanlage auf Basis eines Luft/Wasser-Wärmetauschers eingesetzt werden.

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