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Versteckte Kosten und Gefahren vermeiden

Dass Schaltschränke in vielen Fällen klimatisiert werden müssen, gehört inzwischen zum Allgemeinwissen jedes Technikers und Ingenieurs. Zum einen ist dies erforderlich, um die Einsatztemperaturbereiche der im Schrank verbauten Komponenten nicht zu über- oder unterschreiten, zum anderen kann durch den Betrieb eines Schaltschranks mit geregelter Innentemperatur die Lebensdauer der Komponenten verlängert werden. Doch nicht jedes beliebige Kühl- oder Heizgerät ist für jeden Anwendungsfall geeignet.
 Um die elektrotechnischen Komponenten wirksam zu schützen, ist die richtige Temperatur im Schaltschrank unabdingbar.
Um die elektrotechnischen Komponenten wirksam zu schützen, ist die richtige Temperatur im Schaltschrank unabdingbar.Bild: ©Kampan/stock.adobe.com

Eine zu ungenaue oder gar falsche Auslegung einer Schaltschrankklimatisierung kann mitunter verheerende Folgen haben, zum Beispiel eine irreparable Beschädigung der Komponenten im Schrank oder auch der Klimatisierungsgeräte selbst. Daher ist eine genaue Analyse der Betriebsbedingungen sowie die richtige Auswahl und Dimensionierung der Klimatisierung sehr wichtig. Oft ist dabei nicht im Fokus, was mit der Klimatisierung genau bewirkt werden soll.

In Schalt- und Steuerungsschränken, Rechner- und Medienschränken sowie in Klemmkästen und an sensiblen technischen Anlagen können vielerlei Gefahren entstehen. Es muss zwischen Frost, Kondenswasser, Hitze, Wärmenestern, ungleicher Temperaturverteilung und Temperaturschwankung unterschieden werden. Auch die daraus resultierenden Schäden sind unterschiedlich. Die richtige Dimensionierung der Klimatisierungslösung korrekt abzuschätzen, ist sehr schwierig.

Ermittlung der benötigten Heiz- und Kühlleistung

Um die tatsächlich benötigte Kühl- und Heizleistung berechnen zu können, ist es nötig, die maximal und minimal auftretenden Umgebungstemperaturen des Schaltschranks zu ermitteln. Dies kann durch Messungen, bei Schaltschränken im Außenbereich aber auch durch die Nutzung von Wetterdaten, geschehen. Auch eine eventuell auftretende Sonneneinstrahlung oder Strahlungswärme von in der Nähe des Schranks befindlichen Objekten, muss berücksichtigt werden. Mit Hilfe der maximal und minimal zulässigen Innentemperaturen, der Schaltschrankdimensionen, des Materialkennwerts des Schranks und einer eventuell vorhandenen, thermischen Isolierung kann nun die bei den Temperaturextremen auftretende Transmissionswärme, also des Wärmestroms, der durch die Wände des Schaltschranks hindurchtritt, berechnet werden. Mit der inneren Verlustleistung der Komponenten ergibt sich dann die erforderlich Heiz- und Kühlleistung. Zur Berechnung dieser Werte steht, neben einigen Online-Tools, auch auf der LM-Therm-Webseite ein Berechnungstool kostenlos zur Verfügung. Natürlich ist es ratsam, einen Sicherheitspuffer einzuberechnen, damit die Schaltschrankkomponenten bei einer, über längere Zeit auftretenden, Extremtemperatur nicht permanent am Temperaturlimit betrieben werden. Dies hat meist eine deutliche Verkürzung der Lebensdauer zur Folge. Allerdings kann ein zu hoher Sicherheitsfaktor auch zu einer Überdimensionierung der Klimatisierung führen, da zum einen der Arbeitspunkt, und somit die Kühl- oder Heizleistung der Klimageräts, und zusätzlich auch die Transmissionswärme falsch berechnet werden. Ein zu hoher Sicherheitsfaktor hat also eine doppelte Auswirkung und erzeugt unnötige Zusatzkosten.

Wahl der richtigen Klimatisierungslösung

Grundsätzlich stehen verschiedene Möglichkeiten zur Klimatisierung zur Verfügung. Bei der Kühlung wäre hier vor allem die kompressionsgestützte Kühlung, also eine Klimaanlage, sowie die thermoelektrische Kühlung, oder auch Peltier-Kühlung, zu nennen. Bei Heizungen kommen vorrangig die PTC-Technik und die Widerstandsheizungen mit Thermostat zum Einsatz, wobei diese, je nach Leistungsbedarf, auch mit zusätzlichem Lüfter ausgestattet werden können. Jede Technologie besitzt Vor- und Nachteile sowie spezifische Einsatzbedingungen und Leistungsbereiche. So ist beispielsweise eine PTC-Heizung etwas günstiger in der Anschaffung und eine einfache Lösung, einen Schaltschrank zu beheizen. Ein Nachteil ist die hohe Oberflächentemperatur, die einen Sicherheitsabstand zu benachbarten Bauteilen erfordert. Bei einer hohen Packungsdichte im Schrank, könnte diese, bei nicht ausreichendem Abstand, umliegende Komponenten beschädigen oder gar irreparabel zerstören. Ganz anders verhält es sich bei Schaltschrankheizungen mit integriertem Thermostat. Diese zeichnen sich durch eine geringe Oberflächentemperatur aus und sind erfahrungsgemäß etwas langlebiger. In einigen Fällen ist auch der Einsatz eines Peltiergeräts die richtige Herangehensweise. Dieses glänzt durch hohe Modularität, Robustheit und der Möglichkeit, mit einem Gerät zu heizen und zu kühlen. Fakt ist: Die Wahl der für die Betriebsbedingungen des Schaltschranks geeigneten Klimatisierungstechnik ist essenziell für dessen dauerhaft sicheren und ökonomischen Betrieb. Eine falsche Auswahl kann einen erhöhten Energiebedarf, erhöhte Anschaffungskosten und eine reduzierte Lebensdauer zur Folge haben.

Fallspezifische Anpassungen

Bei der Auswahl der Klimatisierung und deren Steuerungskomponenten wird oft ausschließlich auf Standardprodukte zurückgegriffen. Zum einen sollen so Zusatzkosten einer fallspezifischen Anpassung der Klimatisierung vermieden werden, zum anderen bieten nur wenige Hersteller Anpassungsmöglichkeiten an, z.B. LM-Therm, an. Allerdings sind solche Adaptationen oft auch mit geringem Kostenaufwand realisierbar. So können zum Beispiel Sensoren oder Steuerungskomponenten direkt ins Klimagerät integriert werden, die Versorgungsspannung geändert oder verwendete Materialien auf die vorliegenden Umgebungsbedingungen hin angepasst werden.

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