Vorteile von Kühlgeräten im Hybridbetrieb

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Die Regelungstechnik entscheidet

Die Regelungstechnik der Kühlgeräte wurde optimal auf die Hybrid-Technik abgestimmt. Ist die Umgebungstemperatur deutlich niedriger als die Solltemperatur im Schaltschrank, arbeiten nur die Lüfter im Innen und Außenkreislauf. Der Kompressor bleibt ausgeschaltet und die Kühlung geschieht passiv über die Heat Pipe.

Bei kleiner werdendem ∆T wird die Drehzahl der Lüfter von der Regelung über den integrierten Inverter kontinuierlich erhöht. Reicht die dadurch erhöhte Luftmenge nicht mehr aus, um die komplette Wärmeenergie über die Heat Pipe abzuführen, schaltet die Regelung den Kompressor hinzu. Das Kühlgerät arbeitet nun im Hybrid-Betrieb. Steigt die Umgebungstemperatur weiter an und erreicht einen Wert über dem Sollwert der Schaltschrankinnenluft, arbeitet das Kühlgerät im reinen Kompressorbetrieb.

Die Regelelektronik misst ständig, wie viel Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden muss und passt dabei die Drehzahl der Lüftermotoren und des Kompressors auf den optimalen Wert an. Dank der Inverter-Technologie, mit der über eine Spannungsregelung die Drehzahl von Kompressor und Lüfter eingestellt werden kann, wird immer exakt die Kühlleistung zur Verfügung gestellt, die aktuell benötigt wird. Hierdurch wird nicht nur eine sehr hohe Energieeffizienz erreicht. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist auch die sehr genaue Temperaturkonstanz im Schaltschrank.

Kein Hitzestress im Schaltschrank

Herkömmliche Schaltschrankkühlgeräte arbeiten normalerweise mit einer Zweipunkt-Regelung, die neben einem Sollwert als Einschaltpunkt auch eine Hysterese von z.B. 5 K als Ausschaltpunkt benötigen. Der Kompressor erbringt in solchen Systemen immer die volle Kühlleistung, obwohl diese nicht immer gefordert ist. Dadurch kann sich die Ausblastemperatur im Kaltluftstrom unter Umständen sehr schnell enorm absenken.

Temperaturschwankungen im Luftaustritt des Kühlgerätes von 25 K und mehr sind im zyklischen Betrieb (Kompressor ein und aus) keine Seltenheit und bedeuten enormen thermischen Stress. Die Bauteile im Schaltschrank können bei solchen Systemen sehr stark unterkühlt werden und es entstehen unter Umständen mit fortschreitender Nutzungsdauer „kalte“ Lötstellen durch mechanische Beanspruchung aufgrund thermischer Ausdehnung bzw. Schrumpfung.

Die oben geschilderten negativen Effekte treten bei der Regelung der Hybrid-Geräte nicht mehr auf. Durch die optimale Leistungsregelung aller Motoren im Kühlgerät (Lüfter und Kompressor) wird eine sehr konstante Ausblastemperatur erreicht. Es findet kein Takten mehr statt und der Schaltschrank wird auch nicht mehr zu stark unterkühlt. Durch die Anpassung der Kühlleistung an das individuelle Lastverhalten im Schaltschrank werden die Bauteile geschont und ihre Lebensdauer deutlich erhöht. Ein weiterer positiver Nebeneffekt ist, dass die Taupunkttemperatur der Luft kaum noch unterschritten wird. Dies bedeutet, dass die Kühlgeräte selbst bei hohen relativen Luftfeuchten kaum noch Kondensat erzeugen (Bild 3).

Durch die Realisierung einer sehr genauen Ausblastemperatur mit einer Abweichung von weniger als 0,2 K sind nun auch andere Messstellen für die Ermittlung der Sollwerttemperatur als Regelgröße möglich. Neben der Ansaugtemperatur im Lufteintritt im Innenkreis des Kühlgerätes sind nun auch die Ausblastemperatur sowie ein externer Fühler im Schaltschrank als Messstelle definierbar. Im Regelungsmodus „Ansaugtemperatur“ wird die durchschnittliche Schaltschrankinnentemperatur überwacht.

Der Regelungsmodus „Ausblastemperatur“ ist besonders geeignet für Komponenten, die eine definierte Zulufttemperatur benötigen (z.B. IT-Komponenten). Der externe Fühler als dritter Regelungsmodus kann flexibel an einer definierten Position im Schaltschrank angebracht werden und eignet sich besonders zur gezielten Kühlung von Hot Spots.

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