Umfassende Wärmemanagementlösungen
Der wohltemperierte Schaltschrank
In allen Bereichen von Gesellschaft und Wirtschaft sind smarte IoT-Lösungen auf dem Vormarsch. Längst ist auch bei mittelständischen Unternehmern bekannt, welche wirtschaftlichen und umweltschonenden Vorteile ganzheitliche Lösungen für die digitale Vernetzung von Geräten, Steuerelementen und Analysetools bieten. Doch die schöne neue Vernetzung geht auch mit ganz handfesten Folgen für Niederspannungsverteilung und Schaltschrank einher. Immer mehr Komponenten drängen in das metallene Herzstück der elektronischen Anlage und beanspruchen dort ihren Platz. Entsprechend gilt es, den wichtigsten physischen Ort des intelligenten Netzes gut zu schützen. Vor Wärme – aber natürlich auch vor Kälte.
Mit einer ultradünnen Widerstandsheizung lässt sich durch Erwärmung des Schaltschranks eine Idealtemperatur erreichen, die Kondenswasserbildung verhindert und Material schützt. (Bild: Schneider Electric GmbH)
Ohne digitale Vernetzung geht es nicht mehr. Ob im Gebäudebereich oder in der Industrie, mit einer ganzheitlichen IoT-Lösung lassen sich heute große Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich energetischer und finanzieller Ressourcen nutzen. Viele Betriebsentscheidungen, die sowohl das Energiemanagement als auch die Steuerung und Automatisierung einer Anlage betreffen, können mittlerweile auf Basis in Echtzeit erhobener Daten getroffen werden. Das schont Material, verlängert Lebenszyklen und gestaltet die Arbeit in und mit einem intelligenten Gebäude sicherer, komfortabler und effizienter. Doch die Erhebung der Datengrundlage für operative und strategische Geschäftsentscheidungen bedarf eines engmaschigen Netzes an kommunikationsfähigen Messgeräten wie Sensoren, Kameras oder Sonden. Neben Schützen, Schaltern, Frequenzumrichtern und Multimedia-Komponenten finden viele dieser Messgeräte zunehmend ihren Platz im Schaltschrank. Und das hat Folgen: die wachsende Dichte der verbauten Geräte steigert mit jedem zusätzlichen Bauteil die thermische Grundbelastung im Gehäuse – es wird heiß. Gleichzeitig bedürfen die empfindlichen Hightech-Komponenten aber auch eines besonderen Schutzes. Und das gilt nicht nur für die Wärmebelastung. Starke Temperaturschwankungen und insbesondere Kälte im Zusammenspiel mit erhöhter Luftfeuchtigkeit stellen eine große Gefahr für eine elektrische Niederspannungsverteilung dar. Doch auch hier gibt es bereits digitale Lösungen. Material- und kostenschonendes Wärmemanagement gelingt heute dank smarter Helfer besonders effizient und nachhaltig.
Gefahren von Kälte, Niederschlag und Luftfeuchtigkeit
Intelligente Niederspannungsverteilungen sind auf der ganzen Welt gefragt. Gerade in hochspezialisierten Anwendungsbereichen im Bereich Windenergie, Mining oder Rechenzentren stellen raue Umgebungsbedingungen eine besondere Herausforderung für den Schaltschrankbau dar. Denkt man da im ersten Moment vielleicht vor allem an die Gefahr durch starke Hitze, können einer Niederspannungsanlage aber auch durch Kälte und Luftfeuchtigkeit erhebliche Schäden zugefügt werden. Selbst in unseren klimatisch meist milden Breiten darf das Wärmemanagement im Schaltschrank nicht vernachlässigt werden. Gerade im Winter, wenn die Temperaturen stark absinken und die Luftfeuchtigkeit steigt, sind viele elektrische Anlagen sowohl im Innen- als auch im Außenbereich in Gefahr. Denn luftgetragene Wasserdämpfe erreichen dann ihren Taupunkt und sammeln sich in Form von Kondenswasser auf den installierten elektrischen Geräten, wie Schaltschränken, Schalttafeln, regelbaren Antrieben, speicherprogrammierbaren Steuerungen, Schützen, Schaltern, Batterien und Halbleiterrelais. Auch winterliche Niederschläge können Anlagen im Außenbereich treffen. Generell sollten aber alle Anlagen, die jahreszeitlich- oder anwendungsbedingt starken Temperaturunterschieden ausgesetzt sind, gegen Kälte und Feuchtigkeitsbildung geschützt werden. Denn die Folgen von Kälte, Temperaturschwankungen und Nässe sind im Extremfall drastisch. Gerade wenn es aufgrund von Feuchtigkeitsbildung zu Schäden kommt, stehen meist äußerst kostspielige Reparaturen ins Haus. Auch kurzschlussbedingte Betriebsausfälle und Unfälle sind dann nicht mehr zu vermeiden. Zudem kann Kondenswasser leicht zu Oxidation und in Folge zu Rost und Korrosion führen, und die Lebens- und Betriebsdauer verbauter Komponenten somit deutlich verkürzen. Über den Schaltschrank hinausgedacht bedeutet das nicht nur die zwangsweise Unterbrechung und Störung von Maschinen und Betriebsabläufen, sondern auch einen Zuverlässigkeitsverlust von Anlagen und Ausrüstung. Das alles kostet Zeit, Geld und Nerven. Gerade in kritischen Infrastrukturen ein Risiko, das man unter keinen Umständen eingehen sollte.
Komplizierte Bedingungen verlangen nach umfassenden Lösungen
Wie jeder Fachmann weiß, kann die dringend notwendige Klimatisierung des Schaltschranks eine große Herausforderung darstellen. Die Bedingungen im und um das Gehäuse herum sind bei spezialisierten Anwendungen in Zweckbauten und der Industrie nur selten konstant und allein die Erfassung und Erstellung der heterogenen Anforderungsprofile ist oft schwierig und aufwändig. Neben der Bestimmung der realen Umgebungsbedingungen, sollten dann natürlich immer auch Faktoren wie Schutzklassenforderungen und DIN-Normen in die Überlegungen miteinfließen. Insbesondere die DIN EN 61439 spricht konkrete Empfehlungen dazu aus, unter welchen Umgebungstemperaturen und welchen Feuchtigkeitsbedingungen welche Schaltanlagen und Geräte betrieben werden können. Da sich eine möglichst gewinnbringende und normenkonforme Temperaturregelung im Schaltschrank also unter Umständen recht aufwändig und kompliziert gestaltet, existieren mittlerweile Wärmemanagementlösungen, die Planer und Techniker von Diagnose bis technische Umsetzung umfassend und bedarfsgerecht unterstützen und beraten. So etwa ClimaSys des Spezialisten für Energiemanagement und Automatisierung Schneider Electric. Die voll integrierten Diagnosetools und Produkte kombinieren intelligente Datenlogger mit einer Wärmesoftware zur Analyse, Planung und Bereitstellung von Lösungen. Schritt für Schritt gelangt man so zu einer optimalen und bedarfsgerechten Klimatisierung selbst unter den rausten Umgebungsbedingungen.
Eine umfassende Wärmemanagementlösung erfasst datenbasiert die realen Umgebungsbedingungen und liefert ein Konzept für bedarfsgerechten Schutz vor Kälte und Luftfeuchtigkeit.(Bild: Schneider Electric GmbH)
Wie eine optimale Wärmeschutzlösung aussehen kann
Auf dem Weg zur materialschonenden und Kondenswasserbildung verhindernden Klimatisierung gilt es zunächst, die Umgebungsbedingungen so genau wie möglich zu erfassen. Die betriebskritischen Daten können etwa mit dem ClimaSys Datenlogger gesammelt, gemessen und verfolgt werden. Mithilfe der EffiClima Software lassen sich diese Daten dann dazu verwenden, um Temperaturverläufe, Luftfeuchtigkeits- und Taupunktwerte sowohl innerhalb als auch außerhalb eines Schaltschranks genau zu bestimmen. Doch das ist nur der erste Schritt. Innerhalb einer umfassenden Wärmemanagementlösung können die in Berichtform vorliegenden Erkenntnisse nun als Grundlage für weitere Analysen und Entscheidungen zurate gezogen werden. Dabei hilft etwa die ProClima Thermal Software von Schneider, die auf Basis der Daten zu u.a. Umgebungsbedingungen, Art der Ausrüstung und Temperaturhistorie die optimale Wärmeschutzlösung für die jeweilige Installation ermittelt. In diesem Zusammenhang berücksichtigt die Software auch, ob es sich um neue (Greenfield) oder bestehende (Brownfield) Anlagen handelt. Hat man mithilfe einer intelligenten Software auf Basis realer Daten die optimale Wärmeschutzlösung ermittelt, geht es an die Wahl der richtigen Produkte. Und zum Schutz vor Kälte empfiehlt sich da selbstredend immer eine Heizung. Widerstandsheizungen, wie ClimaSys CR und CRS erwärmen den Innenraum des Schaltschranks, senken die Luftfeuchtigkeit und verhindern so effektiv die gefährliche Kondenswasserbildung. Die Heizungen sind ultradünn, nehmen nur wenig Platz in Anspruch und stellen sofort eine Idealtemperatur her. Zur Regelung der idealen Temperatur eignen sich darüber hinaus mechanische und elektrische Thermostate. ClimaSys CC Controller zum Beispiel lassen sich mit ihrer kompakten Bauform problemlos an einer Vielzahl von Trageschienen und Montageplatten befestigen und verfügen über einfach zugängliche Anschlussklemmen. Als wichtiges Wärmemanagementzubehör tragen sie zu einer hohen Energieeffizienz der gesamten Wärmeschutzlösung bei.
In besonderen Fällen kann es sein, dass eine Kombination von Heizungs- und Lüftungssystemen zur Schaffung des optimalen Schaltschrankklimas vonnöten ist. Insbesondere dann, wenn elektronische Geräte mit einer sehr hohen Wärmeabgabe i n das Set-Up involviert sind. Die ClimaSys CV Zwangsbelüftungssysteme können hier mit ihrer Durchflusseffizienz und hohen Schutzklasse Abhilfe schaffen. Auch sie lassen sich sowohl unproblematisch installieren als auch einfach warten.
Fazit: Wohltemperierter Schaltschrank für mehr Sicherheit und weniger Verschleiß
Schaltschränke und Niederspannungsverteilungen sind häufig Temperaturschwankungen, Niederschlag und Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die filigranen Hightech-Bauteile, die mit der Digitalisierung zunehmend ihren Weg in das mehr oder weniger schützende Metallgehäuse finden, sollten stets möglichst sicher vor Kondenswasser und seinen Folgen Rost und Korrosion abgeschirmt sein. Umfassende Wärmemanagementlösungen wie ClimaSys ermöglichen dazu nicht nur eine detaillierte Erfassung und tiefgreifende Analyse von internen wie externen Umgebungsbedingungen, sondern liefern gleich ein vollständiges Konzept für eine bedarfsgerechte Wärmeschutzlösung mit. Im Fall von ClimaSys kann dann aus einer ganzen Reihe robuster und praktikabler Produkte das perfekte Set-Up für den eigenen Schaltschrank zusammengestellt werden. So schützt man mit einer smarten Wärmemanagementlösung technisches Personal und Material, verlängert Lebenszyklen und verhindert Betriebsausfälle. Ein wohltemperierter Schaltschrank erhält Wettbewerbsvorteile und Rentabilität. n @Kontakt_FA: @Kontakt_FA:www.se.com
