Rittal Klimaattip: is een koelaggregaat echt nodig?

Elektrotechnische componenten in besturings- en schakelkasten produceren warmte. Om de componenten te beschermen tegen te hoge temperaturen, moet de warmte efficiënt uit de kast worden afgevoerd. Dit hoeft niet altijd met actieve klimatiseringscomponent zoals een koelaggregaat. Afhankelijk van het vermogensverlies en de grootte van de schakelkast is ook passieve warmteafvoer toereikend.

Meestal zijn de elektronische en elektrotechnische componenten in een schakelkast berekend op een maximale bedrijfstemperatuur van 50 °C. Hoe lang de elektrotechnische componenten kunnen worden gebruikt, is echter sterk afhankelijk van de temperatuur: een circa 10 °C lagere temperatuur verdubbelt de levensduur. Als ideale temperatuur tussen levensduur van de componenten en de kosten voor het klimatiseren van de schakelkast wordt vaak een temperatuur van 35 °C in de schakelkast gekozen.

Voordelen van passieve warmteafvoer

Om het vermogensverlies – ofwel warmte – uit de schakelkast af te voeren, zijn er in principe twee mogelijkheden: een middel (lucht of koelwater) dat de warmte uit de schakelkast transporteert of convectieve overdracht van de warmte via het oppervlak van de schakelkast. Bij de eerste mogelijkheid – de actieve koeling – zijn extra apparaten zoals ventilatoren, koelaggregaten of lucht/water-warmtewisselaars nodig. Bij de passieve warmteafvoer wordt de warmte alleen getransporteerd via de wanden van de schakelkast. De voordelen zijn duidelijk: omdat er geen extra apparaten nodig zijn, zijn de kosten lager. Bovendien bespaart de gebruiker gebruiks-, energie- en onderhoudskosten. Omdat er geen extra openingen in de wanden van de schakelkast nodig zijn, is de installatie beter beschermd tegen stof en vocht. Tegelijk is de EMC-bescherming van een volledig dichte schakelkast eenvoudiger. Ook de vorming van condens, dat bij actieve koeling mogelijk is, is uitgesloten. En omdat bij een gelijkblijvend vermogensverlies de temperatuur in de schakelkast constant is, worden de componenten minder belast door temperatuurwisselingen dan bij actieve klimatisering.

Meer warmteafvoer door grotere vlakken

De passieve warmteafvoer heeft echter grenzen op grond van het fysische principe. Deze methode functioneert beter naarmate de omgevingstemperatuur lager is. Doorslaggevend voor de warmteafvoer zijn bovendien de warmteoverdrachtscoëfficiënt van het materiaal van de kast en het effectieve kastoppervlak. DIN VDE 0660 deel 500 / IEC 890 beschrijft hoe dit wordt berekend. Het effectieve kastoppervlak bij een gegeven kastgrootte is maximaal als de kast los en vrij in de ruimte staat. Het oppervlak wordt kleiner zodra meerdere kasten worden gekoppeld, aan de wand worden gemonteerd of als de dakvlakken zijn afgedekt. Wanneer het vermogensverlies van de componenten in de kast en de omgevingstemperatuur bekend zijn, kan de gemiddelde temperatuur in de kast eenvoudig worden berekend.

Een actieve koeling is niet per se noodzakelijk wanneer de berekende temperatuur hoger is dan de gewenste temperatuur in de schakelkast. Een iets grotere schakelkast kan al volstaan om voldoende te hebben aan passieve warmteafvoer. Vooral bij kleine schakelkasten kan het iets vergroten van het kastoppervlak al leiden tot een duidelijke verlaging van de maximale temperatuur in de kast. Hiermee moet bij het berekenen van een besturings- en schakelkast met lage warmtebelasting rekening worden gehouden.

Een andere mogelijkheid is om componenten met een zeer hoog warmteverlies – zoals remweerstanden – buiten de kast te monteren. Een goede planning van de besturings- en schakelinstallatie kan effectief kosten besparen voor het afvoeren van warmte. De grootte van de schakelkasten, hun plaatsing en de positionering van de componenten met het grootste warmteverlies spelen daarbij een doorslaggevende rol.

Behuizing onder de loep voor optimale klimatisering

Ook het materiaal van de behuizing is van invloed op de klimatisering: terwijl in de machinebouw traditioneel hoofdzakelijk behuizingen van gelakt plaatstaal of roestvaststaal met een warmteoverdrachtscoëfficiënt van ca. worden toegepast, verandert de k-waarde door de constructie van bijvoorbeeld dubbelwandige of geïsoleerde behuizingen voor andere branches of voor outdoortoepassingen.

Kom tot de juiste koeling

Het is essentieel om, voorafgaand aan het engineeren, in kaart te brengen waar de schakelkast zich gaat bevinden en met welke randzaken u rekening moet houden. Eerder schreef ik al een blog met vijf vragen. Als u deze vragen (samen met de opdrachtgever) kunt beantwoorden, kunt u een goede klimatiseringsberekening maken.