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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 lassen sich zuverlässig belüften. Filterlüfter bestehen hierbei aus einem Filterteil (Austrittsfilter) und einem Axiallüfter. Der Axiallüfter saugt die kühlere Außenluft an. Über eine Filtermatte im Filterteil wird die Außenluft gereinigt und in den Schaltschrank geblasen. Die einströmende kühle Luft umspült die installierten Elektronikbauteile, nimmt die warme Luft von deren Oberfläche und Umgebung auf und befördert diese nach oben. Dort wird sie über den Austrittsfilter (= Filterteil ohne Axiallüfter) an die Umgebung wieder abgegeben. Bei der Wahl der Platzierung empfiehlt es sich den einblasenden Filterlüfter im unteren Bereich und den Austrittsfilter im oberen Bereich des Schaltschrankes zu positionieren
(sh. nachstehende Abbilung):
Darüberhinaus erzeugt man durch das Einblasen einen leichten Überdruck. Durch diesen Überdruck 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 darauf achten, dass Hauptwärmeverursacher so im Schaltschrank angeordnet sind, daß die dort entstehende Wärme mit kühler eingeblasener Luft sogleich weggetragen werden kann. Hauptwärmeverursacher werden auch Hotspot-Komponenten genannt, wie SPS, Frequenzumrichter und weiteres. Sinnvoll ist eine Platzierung im unteren Bereich des Schaltschrankes direkt nach dem Filterlüfter. So werden solche Schlüsselkomponenten kontinuierlich mit sauberer kühler Luft versorgt. Grundsätzlich sollte der Lufteintritt-Filterlüfter immer im unteren Bereich platziert sein. Nach Lufteintritt wird die kühle Außenluft mit warmer Innenluft vermischt und steigt aufgrund des natürlichen Strömungsverlaufs nach oben in Richtung Luftaustrittsfilter. Würde der Lufteintritt-Filterlüfter weiter oben angeordnet sein, könnte es zu Wärmenester im unteren Schaltschrankbereich kommen. Dieser Bereich wird von der eingeblasenen Luft nur sehr unzureichend erreicht.
Im Gegensatz dazu kann eine Filterlüfter-Austrittsfilter Kombination auch umgekehrt angeordnet sein: 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. Durch eine verschmutzte Umgebungsluft würde die Filtermatte schnell verschmutzen und die Schaltanlage dadurch nicht mehr ausreichend mit genügend Aussenluft versorgt werden. Zudem würden dadurch die Serviceintervalle erheblich verkürzt. Daraus resultieren erhöhten Kosten im Instandhaltungsbereich.
Ein Filterlüfter erzielt eine maximale Luftfördermenge/Kühlluftstrom (sh. x-Achse von nachfolgender Abb.: Airflox m³/h von Filterlüfter bei 50 Hz und 60 Hz) bei einem Staudruck von 0 (PA) – man spricht hier von freiblasend, d.h. der Filterlüfter bläst frei ohne Widerstand ins Feld. Umgekehrt erreicht ein Filterlüfter einen maximalen Staudruck (PA) bei einer Luftfördermenge von 0 (m³/h).
Damit im Schaltschrank ein kontinuierlicher Luftaustausch erreicht werden kann, wird der Filterlüfter zusammen mit einem Austrittsfilter oder auch weiteren Kombinationsmöglichkeiten eingesetzt. Ziel ist es, eine wirtschaftliche Kombinationsmöglichkeit zu wählen, um einen nutzbaren Kühlluftstrom zu erhalten, der eine sichere Wärmeabfuhr gewährleistet. Der nutzbare Kühlluftstrom wird idR Luftfördermenge in Kombination genannt und ergibt sich mit der Widerstandskennlinie aus Filterlüfter und Austrittsfilter (sh. obige Abbildung).
Erhöhung der Luftfördermenge durch geschickte Wahl von Kombinationsmöglichkeiten
Durch geschickte Zusammenstellung von Filterlüfter/Austrittsfilter-Kombinationen kann sehr kostengünstig die jeweilige Aufgabenstellung der Wärmeabfuhr gelöst werden. Kombiniert man beispielsweise einen blasenden Filterlüfter FF15A230UF mit einem Montageausschnitt von 223 x 223 mm und einer freiblasenden Luftfördermenge von
230/270 m³/h ( 50/60 Hz) mit einem Austrittsfilter FF20U, Montageausschnitt 291 x 291 mm, erzielt man eine Luftfördermenge in Kombination von 190/235 m³/h (50/60 Hz).
Dagegen mit Austrittsfilter gleicher Grösse 223 x 223 mm kommt man auf eine Luftfördermenge von 155/190 m³/h (50/60 Hz). D.h. man kann hier sehr kostengünstig die tatsächliche Luftfördermenge in Kombination um >20 % erhöhen.
Kombiniert man einen unten einblasenden Filterlüfter mit einem heraussaugenden Filterlüfter gleicher Größe ( oben platziert) kann man sogar sehr leicht Leistungsreserven von bis zu 50 % erreichen – eine intelligente Variante um möglichst kostengünstig bezüglich Änderungsaufwand die Luftfördermenge und somit die Kühlleistung zu erhöhen. Dies bietet sich bspw. auch bei Nachrüstungen oder Erweiterungen in der Schaltanlage.
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