Funktionsprinzip von Filterlüfter und Austrittsfilter bei der Klimatisierung von Schaltschränken und Gehäusen
Filterlüfter in Kombination mit Austrittsfilter haben sich als kostengünstige und effektive Lösung erwiesen, Elektronik in Gehäusen und Schaltschränken sicher zu klimatisieren. Filterlüfter bestehen hierbei aus einem Filterteil (Austrittsfilter) und einem Axiallüfter mit Berührungsschutz, welcher die kühlere Außenluft ansaugt über eine Filtermatte im Filterteil reinigt und in den Schaltschrank einbläst. Die einströmende kühle Luft umspült regelrecht die installierten Elektronikbauteile, nimmt die warme Luft von deren Oberfläche und Umgebung auf und befördert diese nach oben, wo sie über den Austrittsfilter (= Filterteil ohne Axiallüfter) an die Umgebung wieder abgegeben wird. Bei der Wahl der Platzierung empfiehlt es sich den einblasenden Filterlüfter im unteren Bereich und den Austrittsfilter im oberen Bereich des Schaltschrankes zu positionieren, um konform mit dem natürlichen Strömungsverlauf warmer Luft zu sein (s. dazu auch nachfolgende Abb.).
Darüberhinaus erzeugt man durch das Einblasen einen leichten Überdruck, d.h. hieraus entsteht ein Zusatznutzen, da das Eindringen von Schmutzteilchen wie Staub durch eventuell fehlerhafte Türdichtungen, zu große Kabeleinführungen oder nicht fachgerechter Einbau von Befehls- und Meldegeräte oder Anzeigeinstrumente vermieden wird.
Räumliche Anordnung von Filterlüfter und Austrittsfilter bei der Schaltschrank-Klimatisierung
Beim Aufbau sollte man desweiteren darauf achten, dass Hauptwärmeverursacher – auch Hotspot-Komponenten genannt - wie SPS, Frequenzumrichter etc. so im Schaltschrank angeordnet sind, damit die dort entstehende Wärme mit kühler eingeblasener Luft sogleich weggetragen werden kann (Platzierung im unteren Bereich des Schaltschrankes direkt nach Filterlüfter). Somit werden solche Schlüsselkomponenten kontinuierlich mit sauberer kühler Luft versorgt. Grundsätzlich sollte der Lufteintritt-Filterlüfter immer im unteren Bereich platziert sein, da nach Lufteintritt die kühle Außenluft mit warmer Innenluft vermischt wird und aufgrund des natürlichen Strömungsverlaufs nach oben in Richtung Luftaustrittsfilter steigt. Würde der Lufteintritt-Filterlüfter weiter oben angeordnet sein, könnte es zu Wärmenester im unteren Schaltschrankbereich kommen, da dieser Bereich von der eingeblasenen Luft nur sehr unzureichend erreicht wird.
Im Gegensatz dazu kann eine Filterlüfter-Austrittsfilter Kombination auch umgekehrt angeordnet sein, d. h. Austrittsfilter unten und Filterlüfter heraussaugend oben. Diese Variante ist jedoch aus obiger Überlegung eher nachteilig, da der hierdurch erzeugte Unterdruck ein Eindringen von Staub an undichten Stellen zulassen würde.
Voraussetzungen für den Einsatz von Filterlüfter und Austrittsfilter als Schaltschrank-Klimatisierungsmethode
Für den Einsatz von Filterlüfter und Austrittsfilter als Klimatisierungsmethode sollten folgende Punkte erfüllt sein:
Die Umgebungsluft sollte möglichst sauber und rein sein, d.h. nicht sehr mit Schmutzpartikel gemixt, da ansonsten die Filtermatte schnell verschmutzt und die Schaltanlage dadurch nicht mehr ausreichend mit genügend Aussenluft versorgt wird. Zudem würden dadurch die Serviceintervalle erheblich verkürzt was zu erhöhten Kosten im Instandhaltungsbereich führen würde.
- Die maximale Aussentemperatur Tu max muss auf jeden Fall immer niedriger sein wie die gewünschte Schrankinnentemperatur Ti soll.
- Der Aufbau bzw. die Anordnung der eingebauten elektrotechnischen Komponenten im Schaltschrank sollte so sein, dass eine ausreichende Luftzirkulation im Schaltschrank gegeben ist (Packungsdichte).
- Schutzart des Schaltschrankes (IP 43, IP54, IP55): in der Regel werden Schaltanlagen im Indoor - Produktionsbetrieb nach IP54 gefertigt. Es gibt jedoch auch eine Vielzahl von Anwendungen bei denen IP43 ausreicht oder auch IP55 erforderlich ist (letztere siehe im Outdoorbereich oder auch in den Branchen Nahrungsmittel, Verpackungsindustrie, Chemie- und Pharmaindustrie etc.). Die Schutzartangabe ist wichtig da man beispielsweise mit einer definierten Filterlüfterleistungsgrösse bei IP43 (Filtermatte 150 g/qm) eine höhere Luftfördermenge erzielt wie bei IP54 (Filtermatte 300 g/qm).
- Keine Wärmestrahlung von außen durch irgendwelche Produktionsprozesse oder direkte Sonneneinstrahlung was die natürliche Wärmeabführung Qv über das Schaltschrankmaterial erheblich beeinträchtigen würde
- Berücksichtigung nicht freier Schaltschrankfläche für die natürliche Wärmeabführung durch Einbau-Komponenten (wie Touchpanels, Anzeigeinstrumente, Befehls- und Meldegeräte)
