Schaltschrank-Klimatisierung Clever kühlen mit Umgebungsluft

Richtige Klimatisierungskomponenten bei Steuerungs- und Schaltanlagen.
Richtige Klimatisierungskomponenten bei Steuerungs- und Schaltanlagen.

Die Schaltschrank-Entwärmung mittels Umgebungsluft ist ein kleines Detail beim Aufbau von Steuerungs- und Schaltanlagen. Die richtige Auswahl der Klimatisierungskomponente und die Einhaltung der Schutzart des Schaltschranks können aber entscheidend für einen ¬sicheren Anlagenbetrieb sein.

Ob eine aktive Schaltschrank-Klimatisierung notwendig ist, hängt neben der Wärmelast im Schaltschrank und der maximal zulässigen Schaltschrank-Innentemperatur auch von der maximalen Umgebungstemperatur am Aufstellort des Schaltschranks ab. Bei einer positiven Temperaturdifferenz – also bei einer Umgebungstemperatur, die unter der maximal zulässigen Schaltschrank-Innentemperatur liegt – wird bereits durch Eigenkonvektion Wärme aus dem Schaltschrank abgeführt. Dieser Prozess, bei dem Wärme über die Schaltschrankwände nach außen abgegeben wird, kann durch den Einsatz von Innenlüftern unterstützt werden. Diese wälzen die Luft im Schaltschrank um und verbessern die Wärmeverteilung im Schaltschrank und an den Schaltschrankwänden.

Kostengünstige Wärmeabführung durch Filterlüfter

Reicht die Eigenkonvektion nicht aus, um die Verlustleistung der Elektronikkomponenten aus dem Schaltschrank abzuführen und damit einen hitzebedingten Ausfall von Komponenten zu vermeiden, muss mit aktiver Klimatisierung nachgeholfen werden. Eine kostengünstige und einfach umsetzbare Variante ist beispielsweise die Wärmeabführung mittels Filterlüftern. Dabei wird die kühlere Umgebungsluft über den Lüfter gefiltert in den Schaltschrank eingeblasen und die wärmere Innenluft über einen Austrittsfilter aus dem Schaltschrank abgeführt.

Wahlweise lassen sich auch Filterlüfter einsetzen, um warme Luft aus dem Schaltschrank herauszusaugen. In beiden Fällen besteht die Herausforderung darin, die Schutzart des Schaltschrankes nicht herabzusetzen und gleichzeitig einen maximal hohen Luftvolumenstrom zu erreichen, um so die eingebauten Elektronikkomponenten im Schaltschrank optimal zu entwärmen und der Entstehung von Hotspots vorzubeugen.

Vorteile durch die Entwärmung mit Dachlüftern

Neben traditionellen Filterlüftern, die in die Schaltschranktür oder die Seitenwand eingebaut werden, kommen oft auch Dachlüfter zum Einsatz. Diese werden dann bevorzugt im Steuerungs- und Schaltanlagenbau genutzt, wenn aus Platzgründen – beispielsweise bei angereihten Schaltschränken – eine Montage in die Schaltschrankwand oder -tür nicht möglich ist. Dachlüfter haben den Vorteil, dass sie sich platzsparend auf dem Schaltschrankdach installieren lassen und die ohnehin nach oben steigende Warmluft aus dem Schaltschrank absaugen und nach außen ausblasen.

Der Einsatz von Dachlüftern gewährleistet – bedingt durch den günstigeren Strömungsverlauf – eine wesentlich gleichmäßigere Temperaturverteilung an den Schaltschrankkomponenten. Ergebnisse aus CFD-Analysen (Computational Fluid Dynamics) zeigen, dass der Schrank beim Einsatz von Dachlüftern vor allem im oberen Drittel deutlich homogener durchströmt und entwärmt wird (Bild 1).

In der Vergangenheit konnten Dachlüfter jedoch raueren industriellen Anforderungen nicht standhalten, da sie über keine ausreichend hohe Schutzart verfügten. Um die Komponenten im Schaltschrank ausreichend gegen Staub und Spritzwasser zu schützen, ist aber genau dies notwendig.

Höhere Schutzart bis IP55 gefordert

Mit einer neuen Dachlüfter-Generation (Bild 2) bringt Rittal aktuell eine Lösung auf den Markt, die ohne zusätzliches Zubehör die Schutzart IP55 erreicht und die Elektronikkomponenten im Schaltschrank nicht nur wirksam entwärmt, sondern auch sicher schützt.

Der Hersteller stellt diese Schutzart durch ein ausgeklügeltes Labyrinth-System und Verwendung von hochwertig aufgeschäumten Dichtungen sicher. Aber auch der Einsatz von speziellen Filtermatten trägt zur Einhaltung der hohen Schutzart bei.

Der Hersteller setzt für eine zuverlässige Ausfilterung nahezu sämtlicher Staubarten ab einer Korngröße von 10 µm auf ein bewährtes Wirrfaservlies. Staubluftseitig weist es eine offene und auf der Reinluftseite eine geschlossene Gewebestruktur auf.

Das Filtermedium schützt somit vor allem gegen Staub- und Schmutzpartikel, aber auch vor Flüssigkeiten, die andernfalls von oben in schädigenden Mengen in den Schaltschrank eindringen könnten. Zusätzlich unterstützt die neuartige Klemmbefestigung (Bild 3) den Dachlüfter dabei, die hohe Schutzart zu erreichen. Damit wird ausreichend Anpressdruck für jede Blechstärke gewährleistet und das Eindringen von Staub oder Flüssigkeiten verhindert.

Hoher Luftvolumenstrom zur optimalen Entwärmung

Welche Luftleistung ein Filterlüfter zur optimalen Entwärmung einer Anwendung haben muss, ergibt sich aus der Verlustleistung der Elektronikkomponenten und der Differenz zwischen maximal zulässiger Innen- und Außentemperatur. Eine hohe Luftleistung und große Druckstabilität des eingesetzten Ventilators sind vorteilhaft, wenn hohe Wärmelasten abgeführt werden müssen.

Es empfiehlt sich, auf die Herstellerangabe zur Luftleistung mit eingesetzter Filtermatte zu achten, da dies dem Einsatz in der Praxis entspricht. Die Angabe zur Luftleistung geben Hersteller in der Regel in sogenannten Kennlinienfeldern an, in denen der Strömungswiderstand des Luftfilters und der daraus resultierende Druckverlust berück-sichtigt werden. Neben einer Passiv-Variante zur Unterstützung der Eigenkonvektion bietet der Hersteller daher Dachlüfter in drei Leistungsklassen von 500 bis 1000 m³/h an. Dabei sorgen leistungsstarke Radialventi-latoren dafür, dass die Lüfter auch mit eingesetzter Filtermatte besonders druckstabil laufen. Die Luftleistung kann noch erhöht werden, wenn anstelle eines Lufteintrittfilters zwei verwendet werden.

Des Weiteren sollte beim Filtermattentausch auf den Einsatz von Originalfiltermatten geachtet werden. Filtermedien, die eine andere Struktur aufweisen, können – zum Beispiel, weil sie Flüssigkeiten durchlassen – nicht nur die angegebene Schutzart verringern, sondern auch den Luftvolumenstrom deutlich reduzieren – zum Beispiel bei zu dichtem Material.