Wenn wir über die Kühlung von Schaltschränken in nicht klimatisierten Industriehallen sprechen, bewegen wir uns in einem Spannungsfeld zwischen physikalischen Notwendigkeiten und ökonomischer Effizienz. Mein Ziel ist es, Ihnen zu zeigen, wie wir die Betriebssicherheit erhöhen und gleichzeitig massiv Energiekosten sparen können. Zunächst müssen wir verstehen, dass Bedarf und Aufwand zwei grundlegend verschiedene Größen sind. Der Bedarf ist das theoretische Mindestmaß an Kühlleistung, das wir benötigen, um eine Zieltemperatur einzuhalten. Der reale Aufwand hingegen ist das, was wir in der Praxis tatsächlich an Energie investieren. Oft ist dieser Aufwand viel höher als nötig, weil Ineffizienzen wie das Takten von Kühlgeräten oder eine mangelhafte Luftführung im Inneren den Prozess behindern.
Bei Lütze definieren wir bedarfsgerechte Kühlung daher als ein Konzept, bei dem die Kühlleistung und der Energieeinsatz optimal auf den tatsächlichen, punktuellen Bedarf abgestimmt sind. Die rechtliche Grundlage für all unser Handeln ist dabei der Bauartnachweis nach der Norm DIN EN 61439 (Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen). Um ein CE-Kennzeichen (Conformité Européenne) vergeben zu können, muss die maximale Lufttemperatur im Schaltschrank garantiert werden. Das können wir durch Messen, Vergleiche oder Berechnungen sicherstellen. Wir nutzen hierfür unser Airtemp-Berechnungstool, das den ersten Hauptsatz der Thermodynamik, also den Energieerhaltungssatz, auf verschiedene Temperaturknoten im Schaltschrank anwendet. So erhalten wir nicht nur eine gemittelte Temperatur, sondern einen realistischen Temperaturverlauf.
Ein entscheidender Faktor in der realen Welt ist die Umgebungstemperatur. Unsere Langzeitmessungen in nicht klimatisierten Hallen zeigen deutliche Inhomogenitäten. Je nach Standort, Stockwerk oder Sonneneinstrahlung durch Fensterfronten variieren die Bedingungen stark. Wer hier pauschal mit einer Auslegungstemperatur von 40 Grad Celsius (°C) rechnet, verschenkt oft Potenzial oder unterschätzt lokale Risiken. Im Inneren des Schaltschranks lauert zudem die Gefahr der Temperaturschichtung. Warme Luft steigt nach oben, wird aber bei klassischen Aufbauten oft durch Kabelkanäle blockiert. Es entstehen Hotspots, also lokale Überhitzungen, die besonders für sensible Komponenten wie Schaltnetzteile oder speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) gefährlich sind. Wir setzen hier auf unser Airstream-System, ein kanalloses Verdrahtungssystem, das thermisch und platzoptimiert ist. Durch den Verzicht auf Kabelkanäle wird der thermodynamische Vorteil unmittelbar nutzbar: Die Luft kann zirkulieren.
Um diese Zirkulation zu perfektionieren, haben wir den Airblower entwickelt. Dieser kleine Lüfter wird hinten auf dem obersten Montagesteg platziert und bricht die physikalisch bedingte Schichtung auf. In Praxismessungen konnten wir zeigen, dass allein durch diese Homogenisierung die Temperatur an kritischen Stellen um 10 bis 15 Kelvin (K) gesenkt werden kann. Warum ist das so wichtig? Eine Zuverlässigkeitsbetrachtung nach der Norm SN 29500 zeigt uns die dramatischen Folgen von Hitze. Betreiben wir beispielsweise ein 24-Volt-Gleichstrom-Schaltnetzteil (24 V DC) dauerhaft bei nur 10 Kelvin über der Referenztemperatur, steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit um satte 48 Prozent. Das ist ein Risiko, das wir uns in hochautomatisierten Fertigungen nicht leisten können.
Die gute Nachricht ist, dass eine optimierte Luftführung nicht nur die Hardware schont, sondern auch den Geldbeutel. In einer Fallstudie konnten wir durch den Einsatz des Airstream-Systems in Kombination mit einer intelligenten Regelung und dem Airblower den elektrischen Endenergiebedarf für die Kühlung um 76 Prozent reduzieren. Anstatt das ganze Jahr über gegen den Wärmestau anzukämpfen, reicht die freie Konvektion oft aus, und die aktive Kühltechnik muss nur noch in den heißen Sommermonaten unterstützend eingreifen. Für den laufenden Betrieb empfehle ich ein Condition Monitoring, also eine Zustandsüberwachung, mit mindestens zwei Sensoren zur Erfassung der Schichtung sowie weiteren Fühlern an thermisch neuralgischen Punkten. So machen wir Energieeffizienz und Betriebssicherheit gleichzeitig erreichbar.
