„Kühlen Kopf“ behalten: Neuer Standard für Elektronikschränke mit Wasserkühlung

Da in einem Elektronikschrank ab ca. 1 kW Verlustleistung die Grenzen der Luftkühlung erreicht werden können, erfolgte eine Initiative des IECKomitees SC 48 D, einen neuen Standard für die Entwärmung von Elektronikschränken zu erarbeiten. Zweck der Norm sind die Bereitstellung von Leitfäden für die Auswahl von Luft-Wasser-Wärmetauschern mit Leistungen bis 35 kW für Schränke und Baugruppenträger sowie die Angabe der Parameter, die sich aus verschiedenen Konfigurationen ergeben.

Da in einem Elektronikschrank ab ca. 1 kW Verlustleistung die Grenzen der Luftkühlung erreicht werden können, erfolgte eine Initiative des IECKomitees SC 48 D, einen neuen Standard für die Entwärmung von Elektronikschränken zu erarbeiten. Zweck der Norm sind die Bereitstellung von Leitfäden für die Auswahl von Luft-Wasser-Wärmetauschern mit Leistungen bis 35 kW für Schränke und Baugruppenträger sowie die Angabe der Parameter, die sich aus verschiedenen Konfigurationen ergeben.

INHALT:
Norm unterteilt die Wasserkühlung bei Elektronikschränken in drei Ebenen
- Level I: Luft-Wasser-Wärmetauscher am Schrankboden oder seitlich im Schrank
- Level II mit Fokus auf kleinere Luft-Wasser-Wärmetauscher
- Level III mit Fokus auf Wasserkühlung von einzelnen Bauteilen/Chips
Platzierung der Wasserzugänge
Neues IEC-Normungsprojekt für Luft-Wasser-Wärmetauscher
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Was dem Planer bei der Konzeption einer Anlage bezüglich Entwärmung bekannt ist, ist die zu erwartende Verlustleistung. Hier fällt die erste Entscheidung für das Entwärmungskonzept. Liegen die erwartete Verlustleistung unter ca. 1 kW und die Umgebungstemperatur unter der erwarteten Schrankinnentemperatur, kann meistens mit herkömmlicher Luftkühlung gearbeitet werden. Hier gibt die IEC 62194 Empfehlungen und Richtlinien zum Thermal Management. Zusammen mit Maßnahmen zur gezielten Luftführung wird die entstehende Verlustleistung aus dem Schrank abgeführt.

Liegt die erwartete Verlustleistung über 1 kW, kann es notwendig sein, andere Medien zur Entwärmung einzusetzen. Wasser hat beispielsweise eine um den Faktor 4000 höhere spezifische Wärmekapazität als Luft (volumenbezogen) und eignet sich somit wesentlich besser zur Kühlung kritischer Komponenten. Die höhere Dichte des Wassers erlaubt es, wesentlich mehr Wärme aus dem Schrank abzuführen. Luft-Wasser-Wärmetauscher arbeiten mit einem Luft- und einem Wasserkreislauf und nutzen damit diese Eigenschaft des Wassers. Außerdem entsteht durch die geschlossenen Kreisläufe eines Luft-Wasser-Wärmetauschers eine raumunabhängige Entwärmungslösung. Das bedeutet, die Raumtemperatur kann auch über der erwarteten Schrankinnentemperatur liegen.

Damit beginnt für den Planer die Qual der Wahl: Auf dem Markt gibt es eine Vielzahl von Luft-Wasser-Wärmetauscher- Lösungen: Boden- oder Seitenwandmontage, horizontale oder vertikale Luftführung, unterschiedliche Verschraubungen, Klippverschlüsse oben oder unten usw. Die Lösungen sind selten vergleichbar. Und jede Lösung erfordert je nach vorhandener Verlustleitung eine bestimmte Schrankgröße. Und die Schrankgröße bzw. die Größe der Aufstellfläche ist für den Planer sehr wichtig. Jeder Quadratmeter Stellfläche ist ein erheblicher Kostenfaktor.

Die Anwender wünschen sich hier Hilfsmittel, mit denen sie die notwendige Stellfläche sehr genau bestimmen können. Bisher wurde in der Regel mit groben Schätzwerten gearbeitet. So konnte es leicht passieren, dass teure Stellfläche verschenkt wurde oder bei zu knapper Kalkulation die anfallende Verlustleistung nicht optimal aus dem Schrank abgeführt werden konnte. Ebenfalls nicht zu unterschätzen ist die Geräuschentwicklung durch die Entwärmungslösungen.

Im Office-Bereich sind die Grenzwerte niedriger als in anderen Bereichen, z.B. in schallisolierten Räumen, in denen keine Personen arbeiten. Die neue Norm, die zusammen mit Herstellern und Anwendern erarbeitet wurde, löst diese Problematik und bietet Hilfestellungen, Diagramme und Berechnungsbeispiele für eine professionelle Planung.