Energie sparen im Schaltschrank

Nicht nur elektronische Systeme sind häufig Stromfresser. Oft trägt eine ungünstig ausgelegte „Verpackung“ noch viel mehr zur Vergeudung bei. Insbesondere Kühlsysteme von Schaltschränken haben häufig einen trostlos niedrigen Wirkungsgrad. Verbesserungen in diesem Bereich können erhebliche Kosten einsparen und gleichzeitig die Betriebszuverlässigkeit erhöhen.

Nicht nur elektronische Systeme sind häufig Stromfresser. Oft trägt eine ungünstig ausgelegte „Verpackung“ noch viel mehr zur Vergeudung bei. Insbesondere Kühlsysteme von Schaltschränken haben häufig einen trostlos niedrigen Wirkungsgrad. Verbesserungen in diesem Bereich können erhebliche Kosten einsparen und gleichzeitig die Betriebszuverlässigkeit erhöhen.

Dass die ständig wachsenden Rechenleistungen in industriellen Produktionsanlagen oder Rechenzentren immer mit entsprechend zunehmendem Stromverbrauch gekoppelt sein müssen, hat bisher kaum jemand ernsthaft hinterfragt. Es muss nicht zwingend so sein. Denn was wenig bekannt ist: Ein wesentlicher Teil der Abwärme entsteht gar nicht in der Elektronik selbst, sondern in deren Kühlsystemen, die in vielen Fällen sehr ineffizient ausgelegt sind. In diesem Bereich steckt ein enormes Einsparpotential. Die Systemklimatisierung einmal grundsätzlich neu zu durchdenken, kann mit wenig Materialaufwand die Energieeffizienz deutlich verbessern.

Weil der Anwender bei den Anlagen möglichst kompakte Abmessungen fordert, entsteht mit der steigenden Packungsdichte in den Schaltschränken immer mehr Abwärme pro Volumen. Bei 10 K höherer Temperatur im Inneren halbiert sich erfahrungsgemäß die Lebensdauer von empfindlichen Bauelementen, insbesondere von Halbleitern und Elkos. Wenn die Außenlufttemperatur nicht wärmer als 20 bis 25 °C ist, genügen bei mäßiger Wärmeerzeugung einfache Gebläse. In der staubhaltigen Luft von Werkhallen sind dabei Filtermatten vor den Einlassöffnungen unerlässlich. Sie müssen unbedingt regelmäßig gereinigt werden; wenn sie verstopfen, nimmt die Kühlwirkung ab, und der Energieverbrauch steigt. Werden derartige Wartungsarbeiten vergessen oder wegen – angeblich – zu hoher Kosten zu selten ausgeführt, können die Folgen sehr viel teurer werden. Weitere Fehler, die in diesem Bereich schon vielfach gemacht wurden, sind abgedeckte Luftein- und -austrittsöffnungen, schlechte Luftzirkulation innerhalb des Schaltschranks (Strömungs- Kurzschlüsse, ungenügend belüftete Bereiche) oder eine Verminderung der Schutzart durch z.B. unsachgemäße Kabeleinführungen. All solche Ineffizienz erhöht den Energieverbrauch und verringert die Lebensdauer.

Steigt die in einem Schrank erzeugte Abwärme bis in den Kilowatt-Bereich, kommen einfache Gebläse an ihre Grenzen, und es geht an aktiven Kühlaggregaten kein Weg mehr vorbei. Der Schrank ist jetzt vollständig geschlossen, die Innenluft wird an Kühlschlangen abgekühlt und mit Ventilatoren in Zirkulation versetzt. Sie erwärmt sich an den Bauelementen und strömt dann wieder zu den Kühlschlangen zurück. Die extrahierte Wärme wird, wie beim Kühlschrank, außerhalb – auf dem Dach oder auf der Rückseite – an die Umgebung abgegeben. Zur Verstärkung der Wirkung sitzen vor den äußeren Wärmetauschern Gebläse, vor denen ebenfalls wieder Staubfilter nötig sind.

Ist ein derartiges Kühlsystem zu schwach ausgelegt, wird die Elektronik zu heiß, ist es zu stark, vergeudet es Energie; im Extremfall kann sich im Schrank Kondenswasser bilden. Die an die Hallenluft abgegebene Wärme kann vielleicht im Winter einiges beim Heizöl oder Gas einsparen, dafür muss aber im Sommer die Klimaanlage auf Hochtouren laufen – erst recht kostspielig. Zudem steigert der Geräuschpegel nicht unbedingt die Leistungsbereitschaft der hier beschäftigten Mitarbeiter. Wo diese Lösung nicht mehr tragbar ist, zeigt sich eine Wasserkühlung als günstiger. Kaltwasser strömt in die Kühlschlangen im Inneren der Schränke ein, transportiert die Wärme ganz aus der Halle heraus und gibt sie direkt an die Außenluft ab.