Každá technologie má svoje specifické požadavky na chlazení. Chlazení elektrických rozvaděčů je v tomto ohledu zcela samostatnou skupinou (oborem) chlazení. V tomto příspěvku se seznámíme se základními požadavky nutnými pro výpočet chlazení elektrických rozvaděčů a technickými možnostmi jak dosáhnout optimálního klimatu ve skříni rozvaděče, nutného pro správnou funkčnost a životnost elektrických komponent.

Základní údaje nutné pro návrh nejvhodnějšího způsobů chlazení rozvaděčů jsou:
•    Teplota uvnitř rozvaděče
•    Teplota okolí (teplota okolního vzduchu) oproti požadované teplotě v rozvaděči
•    Potřebný chladicí výkon
•    Umístění rozvaděče s ohledem na okolní prostředí
•    Rozložení elektrických komponent v rozvaděči


Požadovaná teplota v rozvaděči
Požadovaná teplota je dána technickou specifikací jednotlivých elektrokomponent umístěných v rozvaděči. Teplota má vliv na funkčnost jednotlivých komponent a jejich životnost. U některých elektrických prvků dochází s nárůstem teploty ke zhoršování jejich základních parametrů. Například, u jističů s vyšší teplotou klesá hodnota jištění. Naopak příliš nízké teploty mohou způsobovat kondenzaci vzdušné vlhkosti v rozvaděči. Nejběžnější pracovní teploty jsou v rozsahu od 20°C až 55°C. Z hlediska energetické náročnosti chlazení je nutné mí také na zřeteli, že čím nižší teplota tím je menší účinnost chladicího zařízení a zároveň se snižuje celkový chladicí výkon.

Teplota okolí (teplota okolního vzduchu) oproti požadované teplotě v rozvaděči
Teplota okolí zásadní způsobem ovlivňuje volbu chlazení. Při teplotě okolí nižší než je teplota požadovaná v rozvaděči lze použít přirozený odvod tepla bez jakýchkoliv aktivních prvků nebo podpořit výměnu tepla ventilátory, kdy dochází k výměně vnitřního vzduchu v rozvaděči nebo v případě prašného prostředí a požadavku na oddělení vnitřního prostředí rozvaděče od okolí lze použít výměníky tepla vzduch/vzduch.


Potřebný chladicí výkon
Hlavním zdrojem tepla v elektrických rozvaděčích je tzv. ztrátové teplo elektrických komponent. Dalším zdrojem tepla je prostup tepla stěnami rozvaděče dovnitř rozvaděče. Potřebný chladicí výkon se tedy vypočítá součtem ztrátových tepel jednotlivých prvků. Jestliže výrobce ztrátová tepla neudává, máme k dispozici rozsáhlou databázi s těmito údaji. K výpočtu slouží software RiTherm, kde po zadání všech instalovaných prvků, velikosti rozvaděčové skříně, teploty uvnitř a vně obdržíme potřebný chladicí výkon zároveň s nabídkou všech relevantních možností chlazení. Další možností zjištění chladicího výkonu u již instalovaných a provozovaných rozvaděčů je možnost měření teplot a následného výpočtu potřebného chladicího výkonu.

Umístění rozvaděče s ohledem na okolní prostředí
Vzhledem k tomu že rozvaděče jsou provozovány v různých typech provozů, s různou prašností, a s různými typy prachu, je nutné použít takové řešení, které ochrání elektrické komponenty před jejich znečištěním nebo případným zničením. Při možnosti chladit rozvaděč okolním vzduchem, ale v prostředí s agresivními látkami ve vzduchu je nutné oddělit vnitřní a vnější prostor, k tomu byly vyvinuty tepelné výměníky vzduch/vzduch.  V případě, že teplota okolního vzduchu je vyšší než teplota požadovaná v rozvaděči, použije se chladicí jednotka. Jako ochrana před znečištěním chladicích jednotek je povrch teplosměnné plochy kondenzátoru upraven tzv. RiNano vrstvou, která zabraňuje ulpívání prachu na lamelách kondenzátoru, případně umožňuje jeho snadné čištění.

Dalšími možnostmi ochrany výměníků před prachem jsou různé typy filtru, které se aplikují dle typu prachu v prostředí. Kovový filtr je vhodný do prostředí, kde je ve vzduchu velké množství oleje (obráběcí centra, těžký strojní průmysl). Standardní filtr použít v prostředí s jemným prachem.


Rozložení elektrických komponent v rozvaděči
Velmi důležité je rozmístění komponent tak, aby docházelo k rovnoměrnému proudění vzduchu kolem chlazených elektrických komponent a aby v rozvaděči nevznikaly teplé „kapsy“.  V některých případech může docházet k tomu, že chlazení je dostatečné co se týká chladicího výkonu, ale chladicí vzduch je špatně ditribuován ke komponentům, které produkují největší ztrátové teplo. K tomu účelu jsou k dispozici vzduchovody, které vedou studený vzduch do kritických míst v rozvaděči.

Důraz především při použití chladicích jednotek je nutné klást na utěsnění rozvaděče a použití odpovídajících průchodek tak, aby z okolí do rozvaděče vnikalo pokud možno co nejmenší množství vzduchu, případně kontrolovat např. dveřním spínačem otevření dveří. Vnikající okolní vzduch zvyšuje množství kondenzátu, snižuje účinnost chlazení a v neposlední řadě neutěsněnými otvory se vnáší do rozvaděče prach.

Odvod tepla z elektrických rozvaděčů
Pasivní chlazení - některé elektrické rozvaděče, vzhledem ke vnitřní tepelné zátěži, nemusíme chladit žádnými aktivními prvky a k odvodu tepla dochází pouze sdílením tepla stěnami rozvaděče a okolním prostředím. Pro zvýšení odvodu tepla lze použít úpravy rozvaděčové skříně tak, aby bylo dosaženo komínového efektu tj. vytvoření otvorů
ve spodní a zároveň v horní části rozvaděčové skříně. Nejčastěji se využívá perforovaných podstavců a montáž střechy na distančních podložkách.

Aktivní chlazení – pro vyšší tepelnou zátěž v rozvaděčích je nutné použít aktivních chladicích prvků. Jejich volba je závislá na tom, zda je možné využít pro chlazení okolní vzduch (ventilátor, výměníky tepla vzduch/vzduch) nebo zda je nutné použít zařízení, které umožňuje chlazení na nižší teplotu než je teplota okolního vzduchu (chladicí jednotky, výměníky tepla voda/vzduch).

Chlazení okolním vzduchem
Ventilátory s filtrem - Asi mezi nejznámější způsob chlazení je použití ventilátoru a výfukové mřížky. Základní řada ventilátorů nabízí ventilátory o výkonu 20 až 900m3/h v napájecích variantách 230, 115, 400VAC a 24 a 48VDC, všechny varianty lze dodat i s EMC odstíněním. Ventilátory Rittal jsou konstruovány jako diagonální, což umožňuje mnohem lepší distribuci vzduchu v rozvaděči ve srovnání se standardními axiálními ventilátory. Diagonální ventilátory výrazně snižují nebezpečí nedostatečného chlazení v některých místech elektrického rozvaděče – zabraňují vytváření horkých kapes.

Krytí IP54 je v případě použití standardní vložky, v případě vyššího požadavku na krytí je možné použít jemnou filtrační vložku. Pak je dosaženo IP55. S ochranným krytem proti stříkající vodě je dosaženo IP56.

Dalším typem ventilátoru je střešní ventilátor o vzduchovém výkonu 1500m3/h s velmi nízkou úrovní hluku 40dB. Jeho uplatnění je na rozvaděčích umístěných např. v kancelářích.


Výměníky tepla vzduch/vzduch
V případě potřeby oddělení vnějšího prostředí a vnitřku rozvaděče, například z důvodu vysoké prašnosti nebo agresivního prostředí vůči elektrickým komponentám lze použít výměník tepla vzduch/vzduch, kde je oddělen vnější a vnitřní prostor rozvaděče. Velikost výměníku je v rozsahu 17,5W/K až 90W/K. (Výkon je závislý na rozdílu vnitřní a vnější teploty tj. například výkon výměníku o nominální hodnotě 90W/K je 900W při rozdílu teplot 10K). Výměníky tepla jsou řízeny termostatem s možností poruchového hlášení bezpotenciálovým kontaktem.


Chladicí jednotky
Chladicí jednotky se používají tam, kde okolní teplota je vyšší než požadovaná teplota v rozvaděči. Chladicí jednotky pracují na principu kompresorového okruhu s ekologickým chladivem R134a. Ztrátové teplo z rozvaděče (vnitřní okruh) se předává do chladiva (vypařování chladiva ve výparníku), kompresorem je v plynné fázi stlačováno do kondenzátoru, kde se odebrané teplo předává do okolního prostředí (kondenzace chladiva v kondenzátoru, vnější okruh).
Vnější okruh je ochlazován okolním vzduchem a je zapotřebí zajistit, aby nedocházelo ke znečišťování lamelové plochy kondenzátoru, které má za následek pokles chladicího výkonu nebo úplnou nefunkčnost chladicí jednotky. Firma Rittal vyvinula povrchovou úpravu lamel kondenzátoru RiNano, která zabraňuje usazování prachu a tím zvyšuje účinnost chladicí jednotky. Dalšími možnostmi ochrany lamelové plochy před okolním prachem je použití filtrů. Typ filtru je zvolen s ohledem na znečištění okolního vzduchu.

Jednotky jsou řízeny komfortním regulátorem, který umožňuje nastavení teplot v rozsahu 20°C až 55°C. Regulátor má připravené dva kontakty pro hlášení poruch do monitorovacího zařízení. Při ochlazování vzduchu na studené ploše výparníku dochází ke kondenzaci vzdušné vlhkosti. Její množství je závislé na utěsnění nebo na frekvenci otevírání dveří vlastního rozvaděče. Chladicí jednotky jsou vybaveny integrovaným automatickým elektrickým odpařovačem kondenzátu (nástřešní jednotky všechny modely, nástěnné od výkonu 1kW). Další možností je odvod kondenzátu do sběrné láhve případně svedením do odpadu. Rozlišujeme dvě základní provedení chladicích jednotek a to dle jejich umístění (střešní, nástěnné).

Střešní chladicí jednotky
Střešní chladicí jednotky nabízíme v 6 různých velikostech s výkonem 500W až 4kW. Všechny typy jsou sériově vyráběny s úpravou povrchu RiNano a integrovaným odpařovačem kondenzátoru. Jednotky jsou řízeny komfortním regulátorem. U těchto jednotek pro cílené vedení vzduchu je možné použít vzduchotechnických nástavců, které zajistí proudění chladného vzduchu ke kritickým komponentům v rozvaděči.

Nástěnné chladicí jednotky
Nástěnné chladicí jednotky se vyrábí v 8 výkonových stupních ve výkonech od 300W do 4kW. Jednotky od výkonu 1kW mají standardně integrovaný odpařovač kondenzátu. Všechny jednotky mají povrch kondenzátoru ošetřen RiNano vrstvou.
 
Firma Rittal jako jediný výrobce chladicích jednotek poskytuje certifikaci TÜV chladicího výkonu a elektrického příkonu.  Toto je jediný způsob jakým lze jednoznačně prokázat tyto základní parametry chladicích jednotek.

Chladicí dveře
Chladicí dveře je další varianta chladicích jednotek, které se instalují místo dveří rozvaděče. Chladicí dveře se nabízejí ve dvou výkonových variantách 1,5kW a 2,5kW v různých velikostech (šířka rozvaděčů 600, 800, 1200mm, levý, pravý modul, výšky 1800mm a 2000mm). Jednotky jsou řízeny komfortním regulátorem, jsou vybaveny odpařovačem kondenzátu a kondenzátor je ošetřen povrchovou vrstvou RiNano).

Nepřímé chlazení
Jako nepřímé chlazení označujeme způsob chlazení, kdy ochlazujeme další teplonosnou látku (nejčastěji vodu nebo směs vody s glykolem), kterou odvádíme teplo z rozvaděče nebo případně jiné technologie. Pro „výrobu“ chlazené vody používáme tzv. chillery (chladiče kapaliny). Z těchto chladičů je studená voda vedena do výměníku tepla voda/vzduch umístěného na rozvaděči. Tento typ chlazení je vhodný všude tam, kde je velké znečištění okolního vzduchu (tyto výměníky nejsou chlazeny okolním vzduchem) dále tam, kde vysoké okolní teploty znemožňují použití chladicích jednotek (ocelárny) nebo tam, kde teplo musí být odváděno mimo okolí rozvaděče (nejčastěji malé prostory jako jsou např. kontejnery). Stupeň krytí je standardně IP55 na vyžádání dokonce IP 65.

Chladicí desky
Dalšími způsobem odvodu ztrátového tepla jsou chladicí desky. Chladicí desky jsou zároveň montážní deskou elektrických komponent. Jejich využití je u rozvaděčů s požadavkem na vysoké krytí (IP69) nebo pro umístění do výbušného prostředí (neobsahují žádný elektrický prvek).


Topení
V některých případech, s ohledem na teplotu okolí a případné odstranění vlhkosti v rozvaděči, je nutné použít topení. Toto je možné řešit elektrickým samoregulačním topením o výkonu v rozsahu výkonů 10 až 800W.

RiTherm – software pro návrh systému chlazení (topení)
Software RiTherm usnadňuje výpočet chlazení rozvaděčů. Na základě zadaných údajů software poskytne výpočet ztrátového tepla a zároveň nabídne optimální zařízení pro dosažení požadovaných teplot v rozvaděči. Součástí softwaru je databáze ztrátových tepelných výkonů jednotlivých elektrických prvků. 

Závěr
Firma Rittal nabízí ucelený systém klimatizace elektrických rozvaděčů a chlazení dalších technologických celků (včetně chlazení IT) od návrhu až po konečnou instalaci optimálního zařízení a zprovoznění včetně technické podpory a následného celosvětového servisu.