Aby se zabránilo vnikání nežádoucích látek, jako například mastného a vlhkého okolního vzduchu nebo prachu dovnitř skříně, musí mít rozvaděče vysoký stupeň krytí.  Ovšem vysoký stupeň krytí zabraňuje přirozenému odvodu tepla mimo rozvaděčovou skříň. Vysoká teplota je největším nepřítelem pro výkonovou mikroelektroniku a elektronické komponenty v rozvaděčové skříni: např. zvýšení teploty o 10K vzhledem k maximální povolené provozní teplotě může zkrátit jejich životnost na polovinu a zdvojnásobit výskyt poruch.


Ztrátový výkon elektronických komponent se sice v posledních letech výrazně zmenšil, zároveň se však značně zvýšila hustota zástavby v rozvaděčových skříních, takže ztrátový výkon na jednotkovou plochu celkově vzrostl o 50 až 60 procent. Tím se také mění požadavky na odvod tepla z rozvaděčových skříní. Moderní chlazení rozvaděčových skříní musí být kombinací nejlepšího technického řešení s maximální možnou energetickou účinností.

Tři možnosti odvodu tepla
Existují tři různé způsoby přenosu (sdílení) tepla: vedení (kondukce), proudění (konvekce) a sálání tepla (radiace). V rozvaděčových skříních a skříních pro elektroniku převažuje kondukce a konvekce. Sálání tepla hraje vedlejší roli, protože teplo je zde přenášeno ve formě sálavé energie bez nosného média z tělesa na těleso. U otevřených skříní, které propouštějí vzduch, lze teplo odvádět zevnitř ven pomocí výměny vzduchu (konvekce). Musí-li zůstat skříň zavřená, tedy neprodyšná, může být teplo odváděno jen přes stěnu skříně.

Aby docházelo k odvodu tepla z rozvaděče jeho povrchem, musí být teplota okolního vzduchu nižší než požadovaná vnitřní teplota v rozvaděčové skříni (doporučená teplota je 35°C). Vnitřní teplota je jeden ze základních údajů pro návrh chlazení rozvaděčů. Dalším důležitým faktorem návrhu je druh instalace: volně stojící skříň může prostřednictvím svého povrchu odvést více ztrátového výkonu, než rozvaděčová skříň zabudovaná do výklenku nebo do stroje.

Volba způsobu chlazení pro různé požadavky
Pro aktivní odvod tepla z rozvaděčové skříně existují nejrůznější metody. Při nuceném oběhu se používají cirkulační ventilátory pro zlepšení sdílení tepla, tedy přenos tepla skrz stěny rozvaděče. Ventilátory zajišťují cirkulaci vzduchu uvnitř skříně a zajišťují tak lepší rozdělení tepla ve skříni a na stěnách. Toto řešení má však svoje omezení.

Ve většině případů totiž samotný prostup tepla stěnou rozvaděče nestačí zajistit požadovanou konstantní teplotu uvnitř skříně (standardně 35°C). Nejjednodušším řešením je použití ventilátorů s filtrem. Diagonální ventilátory nabízejí konstantní aerodynamický výkon s optimalizovaným vedením vzduchu a velmi malou montážní hloubkou, takže v porovnání s běžnými axiálními ventilátory potřebují menší instalační prostor.

V závislosti na požadavku lze tyto ventilátory s filtrem zabudovat do rozvaděčové skříně jako ventilátory tlačné nebo nasávací. Doporučované je řešení s tlačnými ventilátory, aby v rozvaděčové skříni nevznikal podtlak. Při podtlaku totiž proudí přívodní vzduch nekontrolovaně dovnitř, a to nejen sáním přes filtr, ale také všemi kabelovými průchodkami a jinými netěsnými místy. Nefiltrovaný okolní vzduch s nečistotami a vlhkostí proudící dovnitř může způsobit problémy. Ve variantě s tlačnými ventilátory je vzduch cíleně veden do rozvaděčové skříně a nekontrolované proudění okolního vzduchu do rozvaděče je vyloučeno.


Jednoduchý princip s velkým účinkem
Musí-li být pro rozvaděčovou skříň dodržen stupeň krytí IP 54, lze použít výměník tepla vzduch/vzduch. Jeho princip funkce je jednoduchý, ale velmi účinný. Teplý vnitřní vzduch je v horní části rozvaděčové skříně nasáván ventilátorem a veden křížovým výměníkem tepla. Studenější okolní vzduch je rovněž nasáván ventilátorem a také veden tímto výměníkem tepla, proudy vzduchu se však nemísí. Proud okolního vzduchu ochlazuje přes výměník tepla vnitřní proud vzduchu a odvádí ztrátové teplo do okolí. Vnitřní vzduch je ve výměníku tepla ochlazován a veden do spodní části rozvaděčové skříně. Výměník tepla vzduch/vzduch lze v závislosti na potřebě místa a požadavcích instalovat na rozvaděčovou skříň nebo dovnitř skříně.

Úspěšný rozvoj výměníků tepla vzduch/voda
Vedle chladicích jednotek pro rozvaděčové skříně se velmi úspěšně prosadilo používání výměníků tepla vzduch/voda, také proto, že díky nim lze na velmi malém prostoru dosáhnout vysokého chladicího výkonu. Užitečný chladicí výkon závisí na vnitřní teplotě rozvaděčové skříně, vstupní teplotě vody a objemovém průtoku vody výměníkem tepla. Plně uzavřená rozvaděčová skříň dosahuje stupně krytí IP 55. Vnitřní vzduch lze přitom ochladit pod teplotu okolního prostředí.

Ztrátový výkon rozvaděče je odváděn do kapaliny, která cirkuluje v uzavřeném okruhu. Výměník tepla je napojen na centrální nebo samostatný zdroj chladu (chiller), kde dochází k opětovnému ochlazení ohřáté kapaliny. V závislosti na typu rozvaděče je možné použít nástěnnou nebo střešní variantu.

Vyšší energetická účinnost díky chlazení kapalinou
Chlazení kapalinou nabízí tyto výhody:

• vyšší energetická hustota než např. u vzduchu umožňuje u pohonů vyšší trvalý výkon při stejném konstrukčním objemu,

• jednoduchý transport energie např. z budovy ven,

• kompaktní konstrukce při současném odvádění vyšších tepelných zátěží,

• vysoká akumulace tepla (např. možné pokrytí krátkodobých špičkových zatížení),

• volně rozšiřitelný chladicí výkon: modulární, otevřený, možnost sestavení do stavebnicových systémů.

Ze srovnávacích výpočtů vyplynulo, že použití více výměníků tepla vzduch/voda může být v porovnání s chladicími jednotkami investičně i provozně zajímavou alternativou. Ve vzorovém řešení s výměníky tepla vzduch/voda a centrálním chillerem tak byly energetické náklady nižší o 40 procent. Vyšší investiční náklady se díky úspoře energie amortizovaly během necelého roku.

Specialista na vysoké ztrátové výkony
Stále více jsou v průmyslových aplikacích požadovány výměníky tepla vzduch/voda, které dokáží zajistit až 10kW chladicího výkonu. Speciálně proto vyvinula firma Rittal výkonné průmyslové výměníky tepla LCP (Liquid Cooling Package), které umožňují nejenom vysoký chladicí výkon, ale také se dají snadno a flexibilně integrovat do systému rozvaděčových skříní TS 8 firmy Rittal. Umístění výměníku je možné na okraji sestavy rozváděčů nebo i kdekoliv uvnitř sestavy. Proudění vzduchu je totiž možné nastavit na jednu nebo i obě strany výměníku.


Aktivní chlazení chladicími jednotkami pro rozvaděčové skříně
Celosvětově nejrozšířenější a nejflexibilnější řešení pro odvádění tepla z elektrických rozvaděčů je použití chladicích jednotek. Chladicími jednotkami lze dosáhnout vnitřní teploty v rozvaděči nižší než je teplota okolního vzduchu. Pracují na stejném principu jako např. domácí chladnička za použití teplonosného média - chladiva. Plynné chladivo je stlačováno kompresorem do výměníku tepla (kondenzátoru), kde dochází ke kondenzaci par chladiva (zkapalnění) a zároveň předání kondenzačního tepla do okolního vzduchu. Následně kapalné chladivo proudí přes redukční prvek (expanzní ventil) do výměníku tepla (výparníku), kde dochází k vypařování chladiva a tím ochlazování okolního vzduchu (vzduchu uvnitř rozvaděče). Dále pak vypařené chladivo nasává kompresor a celý oběh se opakuje.

Všechny chladicí jednotky pro rozvaděčové skříně mají dva oddělené okruhy vedení vzduchu a ve vnitřním okruhu splňují stupeň krytí IP 54. Jejich průmyslové použití má zpravidla svůj limit při teplotě okolního vzduchu +55°C.

Inovativní technika zajistí úsporu dvou třetin energie
Zvýšené nároky na energetickou účinnost splňují chladicí jednotky „Blue e“ firmy Rittal. V porovnání s o pět let staršími zařízeními spotřebují až o 70 procent méně energie, především díky nejnovější technologii kompresorů a ventilátorů s EC motory. Pomocí nanotechnologie použité u výměníku tepla ve vnějším okruhu a optimalizovaného provozního bodu se významně prodloužila životnost jednotlivých komponent chladicího okruhu.


Podle analýzy nákladů (Total Cost of Ownership) pro chladicí rozvaděčovou jednotku představují v pětiletém uvažovaném horizontu jen náklady na energie a údržbu zhruba 60 procent celkových nákladů. Povrchový nanonátěr kondenzátoru ve vnějším okruhu se zde osvědčil jako optimální řešení pro další snížení nákladů na údržbu a energii. Snižuje usazování průmyslových nečistot na lamelách, což usnadňuje čištění tepelných výměníků a prodlužuje intervaly údržby. Konstantně vysoká tepelná vodivost navíc zvyšuje bezpečnost provozu.

Řízení ventilátoru dle potřeby
Nový vývoj ukazuje, že i drobná energeticky účinná opatření vedou k nadprůměrným úsporám a realizace nemusí být spojena s velkými investicemi. Typickým příkladem je nová regulace v režimu „Eco“ firmy Rittal pro chladicí jednotky rozvaděčových skříní série „Blue e“. Výparníkové ventilátory (vnitřní ventilátory) jsou obvykle po zapnutí napájení v permanentním provozu a zajišťují tak nepřetržitou cirkulaci vzduchu uvnitř skříně. A to i tehdy, když kompresorové chlazení není vlivem teploty dočasně v provozu. Regulace v režimu „Eco“ zde nabízí efektivní řešení. Vypne nebo zapne ventilátor dle potřeby v závislosti na teplotě v rozvaděčové skříni. Nachází-li se vnitřní teplota o 10°C pod nastavenou teplotou, ventilátor se vypne. Pro efektivní měření teploty uvnitř rozvaděčové skříně se ventilátor vždy po deseti minutách zapne na 30 vteřin, a zajistí tak cirkulaci vzduchu v rozvaděčové skříni.


Elektrické odpařování eliminuje riziko úrazu
V automobilovém průmyslu byl stanoven požadavek zamezit nebezpečí úrazu v důsledku shromažďování vody (kondenzátu) na jednom místě, avšak bez nutnosti instalace odpadního potrubí pro odvod kondenzátu. Proto byly vyvinuty chladicí jednotky s integrovaným elektrickým odpařováním kondenzátu. Jedná se o účinný topný element PTC s automatickým přizpůsobením topného výkonu podle množství kondenzátu. Výkon odpařovače je cca 120ml vody za hodinu a v případě, že tento výkon nestačí, je kondenzát bezpečně odváděn mimo rozvaděč.


Společnost Rittal přináší svým zákazníkům stále něco nového. Promyšlený koncept „Rittal – The System.“ poskytuje řešení v oblasti rozvaděčů, rozvodů proudu, chlazení a IT infrastruktury, včetně softwaru a služeb, napříč všemi sektory průmyslu. Celosvětovou dostupnost nabízených produktů a řešení zajišťuje více jak 10.000 zaměstnanců, 11 výrobních závodů a 64 dceřiných společností.

Letní měsíce jsou z hlediska kontroly klimatu v rozvaděčích tím nejnáročnějším obdobím. Nečekejte na okamžik, kdy vlivem teploty dojde k výpadku výroby. Zajistěte si léto bez „teplotních“ stresů.