Schaltschrank-Klimatisierung Schaltschränke optimal kühlen

Luft- oder Wasserkühlung? Diese Frage kann entscheidend sein, wenn es darum geht, Schaltanlagen optimal zu klimatisieren. Bei der Schaltschrank-Kühlung steht heute die möglichst effiziente Nutzung der eingesetzten Energie im Vordergrund. Hier sollte man verschiedene Klimatisierungskonzepte miteinander vergleichen. Dies betrifft sowohl die reinen Investitionskosten als auch die Betriebskosten, die durch die benötigte Energie entstehen.

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

CTX Thermal Solutions GmbH

RECOM Power GmbH

Rittal GmbH & Co. KG

In einem typischen Schaltschrank in der Industrie sind neben der Niederspannungsverteilung häufig auch Komponenten für die Antriebstechnik untergebracht. Auch dort wird heute verstärkt auf Energieeffizienz Wert gelegt. Moderne Frequenzumrichter, Servoverstärker oder Gleichrichter setzen einen bestimmten Anteil der zugeführten elektrischen Energie in Wärme um. Die Verlustleistung der eingesetzten Komponenten kann dabei in der Summe beträchtlich sein. Die hohe Integrationsdichte moderner Komponenten führt zu Verlustleistungen, die leicht mehrere kW pro Schaltschrank betragen können. Einer effizienten Abfuhr dieser Wärme kommt also eine große Bedeutung zu.

Die drei physikalischen Prinzipien der Kühlung

Um einen Schaltschrank zu kühlen, stehen prinzipiell drei physikalische Grundprinzipien des Wärmetransports zur Verfügung: Wärmeleitung, Wärmeströmung (Konvektion) und Wärmestrahlung. Bei der Wärmeleitung kommt es darauf an, Werkstoffe zu verwenden, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Die Wärmeströmung basiert darauf, dass Wärmeenergie an einer Grenzfläche an ein Medium (Luft oder Kühlflüssigkeit) abgegeben wird, das dann weitertransportiert wird. Die Menge der an das Medium abgegebenen Wärme ist direkt proportional zur Oberfläche – ein Effekt, den man durch die Rippenstruktur von Kühlkörpern oder Wärmetauschern ausnutzt. Um die warme Luft von den zu kühlenden Komponenten abzutransportieren, setzt man häufig Lüfter ein.

Die letzte Möglichkeit des Wärmetransports – die Wärmestrahlung – ist sehr stark von der Temperatur des Körpers abhängig und spielt deswegen eigentlich nur bei höheren Temperaturen eine wichtige Rolle.

Möglichkeiten, Energie im Schaltschrank effizient abzuführen

Die drei Wirkmechanismen müssen geschickt eingesetzt bzw. kombiniert werden, um die entstehende Wärme aus einem Schaltschrank abzutransportieren. Ziel ist es dabei stets, einen thermischen Pfad zu schaffen, mit dem die Energie möglichst effizient von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke transportiert werden kann. Als Wärmesenke für einen Schaltschrank lässt sich entweder ein Klimagerät nutzen, das an die Wände bzw. Türen oder auf dem Dach des Schaltschranks angebaut wird – oder man verwendet einen Luft-Wasser-Wärmetauscher, der von Kühlwasser durchströmt wird.

Ist die Verlustleistung nicht zu groß, ist kann auch ein Filterlüfter verwendet werden, der für einen Austausch mit der kühleren Umgebungsluft außerhalb des Schaltschranks sorgt. In jedem Fall muss die erforderliche Kühlleistung der jeweiligen Konfiguration der Summe der Verlustleistungen aller im Schaltschrank eingebauten Komponenten entsprechen und zusätzlich die Wärmeenergie ableiten, die von außen in den Schaltschrank konvektiert.

Klimageräte oder Luft-Wasser-Wärmetauscher

Der Gehäusetechnik-Spezialist Rittal bietet mit seinem TopTherm-Programm verschiedene Systemlösungen zur Schaltschrank-Klimatisierung an. Neben den Kühlgeräten sind dies zum Beispiel auch Luft-Wasser-Wärmetauscher für die Schaltschrank-Serie TS 8. Für den Fall, dass kein externes Kühlwasser zur Verfügung steht, gibt es Rückkühlanlagen – die so genannten TopTherm Chiller (Titelbild), die auf der Hannover Messe 2010 erstmals vorgestellt wurden.

(ID:349760)