Grundlagen der Schaltschrank- Klimatisierung, Teil 1

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Der Strom aus der Umgebungsluft kühlt nun den Wärmetauscher und führt die im Wärmetauscher aufgenommene Verlustleistung an die Umgebung ab. Die Innenluft wird im Wärmetauscher gekühlt und in den unteren Schaltschrankbereich geleitet. Je nach Platzbedarf und Anforderung können Luft/Luft-Wärmetauscher auf dem Schaltschrank aufgebaut oder in ihn eingebaut werden.

Wärmeabführung durch thermoelektrische Kühlung

Thermoelektrische Kühler (auch bekannt als Peltier-Kühler nach dem französischen Physiker Jean Charles Peltier) nutzen ein interessantes Prinzip: Fließt durch einen Leiterkreis aus zwei verschiedenen Metallen ein elektrischer Gleichstrom, kühlt sich die eine Kontaktstelle ab, während die andere erwärmt wird.

Die Peltier-Kühlung hat mit der Entwicklung des Thermoelectric Coolers von Rittal (Bild 2) in jüngerer Vergangenheit an Bedeutung gewonnen. In Klein- und Bediengehäusen bei geforderter Schutzart IP54 im Innenkreislauf ist sie oft eine technisch optimale Lösung. Verlustleistungen von 100 W werden vibrations- und geräuscharm (kein Kompressor) abgeführt.

Die modulare Bauweise der Thermoelectric Cooler und ihr Gewicht von etwa 3 kg ermöglichen eine Anreihung und Parallelschaltung von bis zu fünf Geräten. Die Flexibilität in der Anschlusstechnik erlaubt zudem nicht nur einen Kühl-, sondern auch einen Heizbetrieb. Der Aufbau und das Luftführungssystem garantieren eine optimale Anströmung der Peltier-Elemente, wodurch ein Wirkungsgrad (COP, z.B. 100 W eingesetzte elektrische Energie entsprechen 100 W Kühlleistung) von 1.0 erreicht wird.

Luft/Wasser-Wärmetauscher auf dem Vormarsch

Neben den Schaltschrank-Kühlgeräten hat sich der Einsatz von Luft/Wasser-Wärmetauschern sehr positiv entwickelt – auch weil damit wärmetechnisch auf engstem Raum die höchste Kühlleistung erreichbar ist (Bild 3).

Die Nutzkühlleistung wird von der Schaltschrank-Innentemperatur, der Wasser-Eintrittstemperatur und dem Wasser-Volumenstrom im Wärmetauscher bestimmt. Der vollkommen geschlossene Schaltschrank erreicht die Schutzart IP55. Die Innenluft kann dabei auch unter die Umgebungstemperatur abgekühlt werden.

Die Kühlung erfolgt im Umluftbetrieb, wobei die Verlustleistung aus dem Schaltschrank über den Wärmetauscher an das Wasser abgegeben und nach außen abgeführt wird. Nötig sind hierfür ein Wasseranschluss (Vor- und Rücklauf) sowie eine zentrale oder dezentrale Kühlanlage (Chiller) für die Wasserkühlung am Wärmetauscher. Die Lösung gibt es je nach Anwendung für den Wandan- und -einbau sowie als Dachgerät.

Mehr Energieeffizienz durch Wasserkühlung

In vielen größeren Industrieunternehmen ist in der Regel bereits eine zentrale Kühlwasser-versorgung vorhanden. Da dieses Kühlwasser in einer sogenannten zentralen Ringleitung zur Verfügung steht, können auch Luft/Wasser-Wärmetauscher versorgt werden. Bei einer dezentralen Lösung wiederum wird ein Kaltwassersatz (Chiller) genutzt, wobei aus Gründen der Wirtschaftlichkeit möglichst viele Luft/Wasser-Wärmetauscher an einen solchen Kaltwassersatz angeschlossen werden sollten.

Insgesamt bietet die Wasserkühlung diverse Vorteile:

• Höhere Energiedichte als z.B. Luft, ermöglicht bei Antrieben höhere Dauerleistung bei gleichem Bauvolumen;

• einfacher Energietransport z.B. aus einem Gebäude heraus;

• kompakte Bauweise bei gleichzeitiger Abführung hoher Wärmelasten;

• guter Energiespeicher (z.B. Pufferspeicher für Lastspitzen);

• Kühlleistung frei skalierbar: modular, offen, Baukastensysteme möglich.

Eine Vergleichsrechnung hat ergeben, dass der Einsatz von mehreren Luft/Wasser-Wärmetauschern im Vergleich zu Schaltschrank-Kühlgeräten durchaus eine wirtschaftliche, vor allem aber auch eine energieeffiziente Alternative sein kann. So konnten in einer beispielhaften Lösung mit Luft/Wasser-Wärmetauschern und einem zentralen Rückkühler (Chiller) allein die Energiekosten um rund 40% gesenkt werden. Die höheren Investitionskosten amortisieren sich durch die Energieeinsparung in weniger als einem Jahr.

Experten für hohe Verlustleistungen

Zunehmend werden in Industrieanwendungen Luft/Wasser-Wärmetauscher verlangt, die ein Kühlleistungsspektrum von über 10 kW realisieren können. Speziell dafür hat Rittal das leistungsstarke Industrie-LCP (Liquid Cooling Package) entwickelt, das nicht nur eine hohe Kühlleistung ermöglicht, sondern sich auch leicht und flexibel in das Schaltschrank-System TS 8 integrieren lässt. Eine Luftführung kann je nach Kühlleistungsbedarf einseitig links, rechts oder bei mittlerer Platzierung auf beiden Seiten ausgeführt werden.

Auch hier muss natürlich ausreichend Kühlwasser (ca. 2000 l/h) zur Verfügung stehen. Dafür erweist sich eine solche zentrale Lösung zur Kühlung ganzer Schaltschrankreihen als besonders energieeffizient. Wartungs- und Servicearbeiten verringern sich auf nur ein Gerät. Zu bedenken ist allerdings, dass der Ausfall des Wärmetauschers zum Stillstand der gesamten Anlage führt.

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* Ralf Schneider ist Leiter Business Development Climatisation bei Rittal in Herborn.

* Hans-Robert Koch ist Leiter Fachpresse bei Rittal in Herborn.

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