Hinweise zur Klimatisierung (FAQs)

Hitze und Frost im Schaltschrank können Fehlfunktionen oder Ausfälle von elektronischen Komponenten verursachen. Ebenso können Schäden an elektromechanischen Bauteilen hervorgerufen werden. Darüber hinaus kann es vorkommen, dass Isolierstoffe aus Kunststoff ihre Eigenschaften negativ verändern.

Kondensierende Luftfeuchtigkeit (Kondenswasser) kann zu Korrosion im Schaltschrank führen. Zudem steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit durch Kriechströme, Ableitströme oder Kurzschlüsse.

Negative Umwelteinflüsse wie Staub, Wasser, chemische oder brennbare Substanzen gefährden die Betriebssicherheit von Schaltschränken. Es kann zur Korrosion und Ausfällen kommen.

Durch ein optimiertes Wärmemanagement und der Verwendung von Kühlgeräten werden elektronische Geräte geschützt und deren Leistungsfähigkeit erhöht. Darüber hinaus stellen sie die Betriebs- und Funktionssicherheit der Geräte/Anlagen sicher.

• Betriebs- und Funktionssicherheit
• Ausfälle nachhaltig vermeiden
• Lebensdauer von internen Bauteilen verbessern

Die Packungsdichte im Schaltschrank hat sich in den letzten Jahren – auch wegen Industrie 4.0 – deutlich gesteigert. Das hatte zur Folge, dass sich die Verlustleistung in den Schaltschränken bei gleicher Baugröße um ca. 50 – 60 % erhöht hat. Bei 10 K (Kelvin) über der zulässigen Betriebstemperatur kann sich die Lebensdauer der Bauteile halbieren.

Dadurch erhöht sich die Ausfallrate durch Überhitzung wesentlich.

Ziel ist es, die natürliche Konvektion der Heizung nicht durch eine extreme Packungsdichte der installierten Einbaugeräte negativ zu beeinflussen. Der Einbau von Heizungen mit Lüftern oder Gebläsen bzw. der Einsatz von Umlüftern kann zu einer Zwangskonvektion führen. Das bewirkt einen höheren Wirkungsgrad der Heizung und somit eine größere Wärmeverteilung. Das führt zu einer Effizienzsteigerung des gesamten Konzeptes. Grundsätzlich ist insbesondere auf die Abgabe der Heizleistung an die Luft zu achten.

Kühlgeräte sind generell mit Lüftern ausgestattet.

Eine optimale Wärmeverteilung lässt sich am besten mittels Eigenkonvektion erreichen. Deshalb empfiehlt es sich, die Heizung im unteren Drittel des Gehäuses einzubauen. Dadurch strömt die Luft durch die Wärmerippen und erwärmt sich somit schneller. Für Kühlgeräte empfiehlt sich dagegen ein Einbau im oberen Bereich, damit kalte Luft abziehen kann.

Um eine bessere Wärmeverteilung zu erreichen, empfiehlt es sich, mehrere Heizgeräte bzw. Umlüfter oder Gebläseheizungen mit separater Temperaturregelung einzubauen.

Beachten Sie bitte hierzu die spezifischen Angaben der Geräte. Grundsätzlich gilt aber die in den FAQs angesprochene Eigenkonvektion.

Heizungen mit integriertem Thermostat benötigen keinen separaten Regler. Jedoch können Faktoren wie etwa die Größe des Schaltschrankes, die Anzahl der Einbaugeräte und andere Fremdeinflüsse die Montage eines separaten Regelgerätes erfordern. Bei PTC-Heizungen empfiehlt es sich generell, einen Regler vorzuschalten.

Schaltschränke können auf verschiedene Art und Weise gekühlt werden:

• Kühlung durch Lüfter
• Kühlung durch Wärmetauscher
• Kühlung durch Kompressorkühlgeräte
• Kühlung durch Peltierkühlgeräte (Thermoelektrische Kühlung)

Um den Wärmeübergang der warmen Luft im Schaltschrank an die Umluft so gut wie möglich zu bewirken, können sogenannte „Umluftventilatoren“ oder „Umlüfter“ verwendet werden. Diese sorgen dafür, dass sich die Luft im Schrank „umwälzt“ und somit gleichmäßig an den Wänden verteilt und so über die Oberfläche abgeführt werden kann. Um diese Kühlungsvariante einsetzen zu können, muss die Umgebungstemperatur kühler sein als die Temperatur im Schaltschrank.

Vorteile: 

• keine Wärmenester

• günstige Kühlvariante

• kein Luftaustausch Innen/Außen

Nachteil: 

• nur begrenzte Kühlwirkung

Da bei Umlüftern die mögliche Kühlwirkung begrenzt ist, gibt es auch die Möglichkeit, den Luftstrom durch den Schaltschrank durchzuleiten, um die Kühlleistung zu erhöhen. Dieser Luftdurchfluss wird mit Filterlüftern und zusätzlichen Austrittsfiltern erreicht. Auch bei dieser Kühlungsvariante muss die Umgebungstemperatur niedriger sein als im Schaltschrank.

Vorteile:      

• Kühlleistung besser als bei Umlüftern

• noch günstige “Kühlvariante”

Nachteile:   

• Austausch von Innen- und Außenluft

• Wechseln der Filtermatte nötig

• Probleme bei schwierigen Umwelteinflüssen

Luft-/Luftwärmetauscher finden in Umgebungen ihre Anwendung, die einen hohen Verschmutzungsgrad oder eine belastete Atmosphäre aufweisen, womit Störungen oder Ausfälle vermieden werden können. Eine Kühlung ist nur möglich, wenn die Temperatur der Umgebungsluft unter der gewünschten Innentemperatur des Schrankes liegt, um die Wärme aus dem Schaltschrank abzuführen.

Vorteil:

• Vermeidung des direkten Austausches zwischen Innen- und Außenluft

Beim Luft- / Wasserwärmetauscher wird die Wärme an die Kühlflüssigkeit abgegeben. Im industriellen Einsatz wird in der Regel die Kühlflüssigkeit mit einer Temperatur von ca. 10 °C geführt. Bei der Kühlung mittels Luft-/Wasserwärmetauscher muss beachtet werden, dass dies nur möglich ist, wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit unter der gewünschten Innentemperatur des Schrankes liegt, um eine Kühlwirkung zu erreichen. Meistens wird die Flüssigkeit mit Kaltwassersätzen bzw. Chillern gekühlt. Es ist auch möglich, Kaltwasser aus natürlichen Quellen zu verwenden.

Vorteil:

• Kühlwirkung ist unabhängig von der Umgebungstemperatur

Durch den Einsatz von Kompressorkühlgeräten kann eine niedrigere Schaltschrankinnentemperatur auch bei einer höheren Außentemperatur erreicht werden.

Vorteile:

• sehr gute COP*-Werte

• schmutzbeständig

• Leistungsbereich bis 6 kW

• Schutzart: IP54

• integrierte Temperaturregelung

Nachteile: 

• nicht umweltschonend durch den Einsatz von Kühlmittel

• nicht verwendbar bei stärkeren Vibrationen, Beschleunigungen und Lageänderungen

• vorgegebene Einbaulage je Typ

Vorteile:             

• vibrations- und schmutzbeständig

• Kühlen und Heizen mit einem Gerät

• hohe Schutzart (IP67)

• positions- und lageunabhängig

• hohe Umgebungstemperaturen möglich

•  AC-Weitbereich und Sonderspannungen möglich

•  kundenspezifische Anpassungen und Sonderkonstruktionen möglich

Nachteile:             

• geringerer COP als bei Kompressorkühlgeräten

•  höhere Kosten bei hohen Kühlleistungen

Lm-therm-Heizungen mit integrierten Thermostaten sind wegen der geringeren Oberflächentemperatur eine sichere Alternative zu den PTC-Heizungen. PTC-Heizungen haben keine Temperaturabschaltung und daher generell eine hohe Oberflächentemperatur. Deshalb ist hier auf Berührungsschutz und ausreichend Abstand zu empfindlichen Bauteilen und Kabeln zu achten.

• Tropikausführung: <35 °C einschalten/70 °C ausschalten
• Hochtropikausführung: <50 °C einschalten/80 °C ausschalten
• Frostschutz: <10 °C einschalten/60 °C ausschalten

Bei Verwendung von Heizungen mit integrierten Thermostaten und bei hohen Leistungen in Tropen- oder Kälteregionen ist die Eigentemperatur der Heizung zu beachten.

Heizungen mit integriertem Thermostat sind linear (ohmisch). Somit ist es möglich, diese gleich dem Verbraucherstrom (I=P/U) abzusichern. PTC-Heizungen sind dagegen wegen des hohen Einschaltstromes (PTC-Effekt) mit dem fünffachen Verbraucherstrom (I=P/Ux5) träge abzusichern.

Es ist möglich, Heizgeräte auf einer 35 mm DIN-Schiene aufzuschnappen oder direkt festzuschrauben (Spezifikation der Geräte beachten). Der elektrische Anschluss kann über eine Anschlussleitung oder ein Anschlussterminal am Gerät erfolgen.

Der sogenannte Peltier-Effekt tritt dann ein, wenn durch einen Leiterkreis aus zwei verschiedenen Metallen ein elektrischer Gleichstrom fließt. Eine Kontaktstelle kühlt sich ab, während sich die andere erwärmt. Peltier-Kühlgeräte enthalten Peltier-Module, die durch die Ausnutzung dieses Effektes eine Kühl- oder auch eine Heizwirkung erzeugen.

Eine der wichtigsten Anwendungen für Peltier-Technik ist die aktive Kühlung, bzw. Temperierung von Schaltschränken mit kleineren Verlustleistungen und Schaltschränken in schwierigen Umgebungsbedingungen. Aber auch die Kühlung von Flüssigkeiten, die Direktkühlung von z. B. Lasern oder die Hotspotkühlung sind Anwendungsbereiche.

Die wichtigsten Indikatoren für den Einsatz von Peltier-Technik sind kleine bis mittlere abzuführende Leistungen, hohe Umgebungstemperaturen, schmutzbeladene Umgebungsluft, mechanische Einflüsse wie Vibrationen oder Schock, genaue Stabilisierung von Temperaturen und enge Platzverhältnisse.

Peltiertechnik kann am effektivsten in einem Leistungsbereich von wenigen Watt bis zu ca. 800 Watt eingesetzt werden.

Die Effektivität von Peltier-Geräten liegt bei Luft-Luft-Kühlung bei ca. COP 0,8..1,1. Bei Direktkühlung ist die Effektivität etwas höher.

Je nach Umgebungsbedingungen sollten Peltier-Geräte monatlich und halbjährlich gewartet werden. Die Wartung besteht in den meisten Fällen aus einer Reinigung des äußeren Wärmetauschers.

Peltier-Geräte sind in erster Linie Kühlgeräte. Jedoch können alle Geräte mit DC-Versorgungsspannung, außer Geräte mit Multistage-Modulen (z.B. Laborgeräte mit Tiefkühlfunktion), auch im Heizmodus betrieben werden. Geräte mit AC-Versorgungsspannung, also mit integriertem Netzteil, können je nach Modell auch im Heizmodus betrieben werden. Sie benötigen hierfür einen speziellen Kontrollausgang.

Ja. Hierfür benötigen Sie auf mindestens einer Seite einen Flüssigkeitswärmetauscher. Es ist aber auch eine Temperierung bzw. Kühlung Flüssigkeit zu Flüssigkeit möglich. Hierfür werden auf beiden Seiten des Peltier-Geräts Flüssigkeitswärmetauscher benötigt.

Ja. Hierfür wird das Peltier-Gerät auf einer Seite mit einer Kühlplatte ausgestattet, die in Form und Montagebohrungen genau an die zu kühlende Oberfläche angepasst wird. In den meisten Fällen wird die Kühlplatte noch mit einer flexiblen, wärmeleitenden Folie ausgestattet, um einen optimalen thermischen Kontakt zu gewährleisten.

Ja. Die Firma Lm-therm bietet einen Standard-Schaltschrankenfeuchter an. Aber auch größere Räume können mittels speziell angepassten Peltier-Geräten entfeuchtet werden.

Alle Peltier-Geräte der Firma Lm-therm sind als Halbeinbaugeräte (kalte Seite taucht in den Schaltschrank ein) oder Geräte für Wandanbau (ausgestattet mit einem Edelstahl-Anbaurahmen) erhältlich. Zudem sind alle Geräte auch in salznebelfester Ausführung lieferbar.

Alle Peltiergeräte der Firma Lm-therm sind als Halbeinbaugeräte (kalte Seite taucht in den Schaltschrank ein) oder Geräte für Wandanbau (ausgestattet mit einem Edelstahl-Anbaurahmen) erhältlich. Zudem sind alle Geräte auch in salznebelfester Ausführung lieferbar.

Alle Lm-therm-Peltier-Geräte mit AC-Versorgungsspannung sind mit einem Weitspannungseingang ausgestattet, der den Betrieb in einem Spannungsbereich von 90 V-AC bis 305 V-AC ermöglicht. Die Geräte mit DC-Versorgungsspannung werden standardmäßig mit 24 V-DC betrieben. Aber auch 12 V-DC oder 48 V-DC sind – je nach Gerätegröße – lieferbar. Des Weiteren können auch Sonderspannungen realisiert werden.

Bei Geräten mit Standard-Modulen können Temperaturdifferenzen von ca. 35-40 K erreicht werden. Bei Geräten mit Multistage-Modulen (z. B. Laboranwendungen) sind auch ca. 70 K und mehr möglich.

Bei Standard-Anwendungen können Genauigkeiten von ca. 0,1 K realisiert werden. Mit hochgenauen Sensoren und Reglern können auch Temperaturgenauigkeiten von ca. 0,01 K erreicht werden.

Ja. Die Kühlleistung verhält sich jedoch nicht linear zur Versorgungsspannung bzw. zum Aufnahmestrom.

Ja, allerdings sollten keine „harten“ Umpolungen der Versorgungsspannung mit einer Frequenz von über 1 Hz über längere Zeit vorgenommen werden.