DE4409500A1 - Verfahren zur Klimatisierung von Schaltschränken o. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung eines Schaltschrankes oder dgl., bei dem mit mindestens einem Klimagerät ein Luftstrom klimatisiert und dem Innenraum des Schaltschrankes zugeleitet wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 41 35 894 C1 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Schaltschrank mit einer Kühleinheit beschrieben. Die Kühleinheit weist einen Lüfter und einen Wärmetauscher auf.

Wenn im Innenraum des Schaltschrankes die Temperatur einen maximal zulässigen Wert überschreitet, wird das Klimagerät aktiviert. Der Lüfter saugt dann über eine Ansaugöffnung Luft aus dem Innenraum des Schaltschrankes und führt diese dem Wärmetauscher zu. Der Wärmetauscher erniedrigt das Temperaturniveau des Luftstromes. Der so klimatisierte Luftstrom wird dann wieder in den Innenraum des Schaltschrankes eingeblasen. Unterschreitet die Temperatur im Innenraum des Schaltschrankes einen bestimmten Schwellenwert, so schaltet das Klimagerät ab. Die von elektrischen Einbauten in einem Schaltschrank in Form von Wärme abgegebene Verlustleistung ist nicht konstant hinsichtlich des Zeitverlaufes, so daß das Klimagerät zur Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit eines Schaltschrankes auf die Leistungsspitzen, bei denen die höchste Verlustleistung auftritt, ausgelegt sein müssen. Dies ist jedoch hinsichtlich des Kosten- und Materialaufwandes nachteilig, da leistungsstarke Klimageräte eingesetzt werden müssen.

Bei einem Stromausfall werden die elektrischen Einbauten im Schaltschrank teilweise mittels einer Notstromversorgung in Betrieb gehalten. Ein Betrieb des Klimagerätes in diesem Betriebszustand ist nicht vorgesehen, da der Energieaufwand hierfür erheblich ist. Hierbei besteht die Gefahr, wenn die Stromhauptversorgung nicht schnellstmöglich wieder zugänglich ist, daß sich die Einbauten infolge von Erwärmung selbst zerstören.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. einen Schaltschrank der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem Leistungsspitzen mit hoher Wärmeentwicklung mit geringem Aufwand sicher abgefahren werden können und bei dem bei Stromausfall für eine ausreichende Kühlung im Notbetrieb gesorgt ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß von dem Klimagerät ein Klimagerät-Wärmestrom einer Wärmer-Speichervorrichtung zugeleitet wird. Hierdurch wird ein Wärme-Reservoir geschaffen. Bei einem Stromausfall kann dieses Wärme-Reservoir dazu genutzt werden, den Innenraum des Schaltschrankes oder dgl. auf Betriebstemperatur zu halten. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß mittels Lüftern ein Luftstrom durch die Wärme-Speichervorrichtung gleitet, hierin klimatisiert und dem Innenraum des Schaltschrankes zugeführt wird. Die Lüfter benötigen einen geringen Energiebedarf und können von der Notstromversorgung gespeist werden.

Abhängig von dem Einsatzfall eines Schaltschrankes ist entweder eine Erwärmung oder eine Abkühlung des Innenraumes gefordert. Auf den Einsatzfall angepaßt muß also die Wärme-Speichervorrichtung mit dem Klimagerät gegenüber der Umgebung auf ein erniedrigtes oder ein erhöhtes Temperaturniveau gebracht werden.

Mit der Ausbildung einer Wärme-Speichervorrichtung können Klimageräte geringerer Leistung verwendet werden, als dies bei Klimatisierungsverfahren ohne Wärme-Speichervorrichtung möglich ist. Dadurch, daß mit der Wärme-Speichervorrichtung eine zusätzliche Energiequelle geschaffen ist, können Leistungsspitzen mit beispielsweise hoher Wärmeentwicklung im Schaltschrank mit geringerem Energieaufwand abgefahren werden. Beim Auftreten einer Leistungsspitze wird der Wärme-Speichervorrichtung ein bestimmter Energiebetrag entzogen. Dies kann beispielsweise durch den Durchsatz eines erhöhten Luftmassenstromes erfolgen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der zu klimatisierende Luftstrom durch das Klimagerät geleitet und mit dem Klimagerät- Wärmestrom erwärmt bzw. abkühlt wird, daß der so erwärmte bzw. abgekühlte Luftstrom der Wärme-Speichervorrichtung zugeführt wird, daß die Wärmespeicherkapazität der Wärme-Speichervorrichtung mit dem Luftstrom auf ein vorgebbares Niveau gebracht wird und daß nach dem Abschalten des Klimagerätes der zu klimatisierende Luftstrom an der Wärme-Speichervorrichtung klimatisiert und dem Innenraum des Schaltschrankes zugeführt wird.

Die Wärmeübertragung zwischen dem Klimagerät und der Wärmespeichervorrichtung erfolgt somit über den zu klimatisierenden Luftstrom. Nach dem Abschalten des Klimagerätes, beispielsweise infolge eines Stromausfalles kann mittels Lüftern der Luftstrom durch die Wärmespeichervorrichtung geführt werden. Hierbei nimmt der Luftstrom von der Wärmespeichervorrichtung Energie auf.

Sind in den Innenraum des Schaltschrankes feuchtigkeitsempfindliche elektrische Einbauten untergebracht, so ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, daß der Luftstrom vor dem Eintritt in den Innenraum des Schaltschrankes getrocknet wird.

Eine optimale Durchlüftung des Innenraumes des Schaltschrankes wird dadurch erreicht, daß dem Innenraum des Schaltschrankes im oberen Bereich Luft mit dem Klimagerät entnommen und der Umgebung oder der Wärme-Speichervorrichtung zugeleitet wird und daß dem Innenraum des Schaltschrankes der klimatisierte Luftstrom in seinem unteren Bereich zugeleitet wird. Somit ist im Innenraum des Schaltschrankes eine zirkulierende Luftbewegung erreicht.

Ein erfindungsgemäßer Schaltschrank oder dgl. mit einem Klimagerät, in dem ein Luftstrom klimatisierbar und dem Innenraum des Schaltschrankes über Lüftungskanäle zuführbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Klimagerät eine Wärmespeichervorrichtung aufweist, die mit dem Klimagerät erwärmbar bzw. abkühlbar ist und daß die Wärmespeichervorrichtung Speicherelemente aufweist, zwischen denen die Lüftungskanäle verlaufen. Die Speicherelemente sind dabei günstigerweise so ausgelegt, daß sie eine hohe Speicherkapazität aufweisen und gleichzeitig eine große Angriffsfläche für die vorbeistreichende Luft bereitstellen.

Zur Reduzierung des Energiebedarfes ist vorgesehen, daß die Wärme-Speichervorrichtung gegenüber der Umwelt und dem Schaltschrank wärmeisoliert ist. Die Wärmespeichervorrichtung weist lediglich eine Verbindung zu dem Klimagerät auf, von dem ihr ein Wärmestrom zugeführt wird und stellt Eintrittsöffnungen bzw. Austrittsöffnungen bereit, die eine Ein- bzw. Ausleitung des Luftstromes ermöglichen.

Ein erfindungsgemäßer Schaltschrank ist dadurch gekennzeichnet, daß das Klimagerät einen Lüfter und einen Wärmetauscher aufweist, daß der Lüfter über eine Einsaugöffnung des Klimagerätes Luft aus dem Innenraum des Schaltschrankes absaugt und dem Wärmetauscher zuführt und daß die an dem Wärmetauscher klimatisierte Luft über eine Lufteintrittsöffnung der Wärme-Speichervorrichtung zugeführt ist. Der Wärmetauscher kann hierbei beispielsweise nach dem Prinzip eines Kühlgerätes aus einem Verdampfer und einem Kondensator gebildet sein, durch die ein Kühlmittel gepumpt wird. Zur optimalen Zirkulation des Luftstromes ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Lüfter über die Einsaugöffnung Luft aus dem Dachbereich des Schaltschrankes absaugt und daß der in der Wärmespeichervorrichtung klimatisierte Luftstrom dem Innenraum des Schaltschrankes im Bodenbereich wieder zugeführt wird. Hierdurch wird eine optimale Durchlüftung des Innenraumes des Schaltschrankes erreicht.

Ist es vorgesehen, daß von dem der Wärmespeichervorrichtung zugeführten Luftstrom ein Teilluftstrom mittels einer Steuereinheit abtrennbar und dem Innenraum des Schaltschrankes zuleitbar ist, dann dient der von dem Klimagerät bereitgestellte, klimatisierte Teilluftstrom zur Temperierung des Innenraumes des Schaltschrankes. Der der Wärmespeichervorrichtung zugeführte Luftstrom wird dann dazu verwendet, der Wärme-Speichervorrichtung Wärme zuzuführen bzw. dieser Wärme zu entziehen.

Im Bedarfsfall kann die in der Wärme-Speichervorrichtung gespeicherte Energie zur Klimatisierung des Schaltschrankes genutzt werden. Es ist aber auch möglich, den gesamten Luftstrom dann durch die Wärme-Speichervorrichtung zu leiten, wenn diese ein vorgegebenes Temperaturniveau erreicht hat. Der Luftstrom wird dann aus der Wärme-Speichervorrichtung dem Innenraum des Schaltschrankes zugeleitet. Diese Ausgestaltung ist vor allem im Startbetrieb von Vorteil. Solange die Wärme-Speichervorrichtung noch nicht genügend Wärmeenergie gespeichert hat, erfolgt die Klimatisierung des Innenraumes des Schaltschrankes mittels des Teilluftstromes.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärme-Speichervorrichtung sieht vor, daß die Speicherelemente plattenförmig ausgebildet und zueinander beabstandet angeordnet sind. Mit der plattenförmigen Ausbildung der Speicherelemente wird eine große Oberfläche geschaffen, an der der Luftstrom vorbeistreichen kann. Zwischen den zueinander beabstandeten Speicherelementen sind die Lüftungskanäle gebildet.

Die Speicherelemente können vorteilhafterweise aus Beton oder Metall oder einem anderen Material mit hoher Wärme-Speicherkapazität gebildet sein.

Es ist auch denkbar, daß die Speicherelemente der Wärme-Speichervorrichtung als Hohlkammerteile ausgebildet sind, die mit Speichermedien mit hoher Wärmekapazität gefüllt bzw. befüllbar sind.

Als Speichermedien eignen sich insbesondere solche Stoffe, die bei einer bestimmten Temperatur einen Aggregatzustandswechsel unter Zu- bzw. Abfuhr von größeren Wärmemengen vollziehen. Als Beispiel für ein solches Speichermedium kann beispielsweise Wasser genannt werden. Es ist aber auch möglich, Salze zu verwenden, die beispielsweise im Bereich etwa der Raumtemperatur ihren Schmelzpunkt haben. Dies wird beispielsweise durch eine Litium-Brom-Salzmischung erreicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von den in den Zeichnungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Schemadarstellung mit einem Klimagerät, einer Wärme-Speichervorrichtung und einem Schaltschrank,

Fig. 2 eine Wärme-Speichervorrichtung mit zwei daran geschlossenen Klimageräten, teilweise im Schnitt und in der Vorderansicht,

Fig. 3 die Darstellung nach Fig. 2 in Seitenansicht,

Fig. 4 die Darstellung nach Fig. 2 in Draufsicht und

Fig. 5 eine Anbausituation eines Klimagerätes und einer Wärme-Speichervorrichtung an einem Schaltschrank in Seitenansicht.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein Klimagerät 20, eine Wärme-Speichervorrichtung 30 und ein Schaltschrank 10 dargestellt. In dem Klimagerät 20 wird unter Zugabe von technischer Arbeit Wt ein Klimagerät-Wärmestrom Q_kab erzeugt. Dieser Klimagerät-Wärmestrom Q_kab kann gegenüber der Umgebung ein erhöhtes bzw. ein erniedrigtes Temperaturniveau aufweisen. Der Klimagerät- Wärmestrom Q_ab wird der Wärme-Speichervorrichtung 30 zugeleitet. Im Idealfall ist der der Wärme-Speichervorrichtung zugeleitete Speicher-Wärmestrom Q_szu gleich dem Klimagerät-Wärmestrom Q_kab. Infolge von Leitungsverlusten ist jedoch mit einer Veränderung des Energieniveaus zu rechnen. Diese Veränderung kann durch optimierte Isolierung geringgehalten werden. Die Wärme-Speichervorrichtung 30 wird von einem Luftstrom durchsetzt. Dieser Luftstrom entzieht der Wärme-Speichervorrichtung 30 Energie. Diese entzogene Energie wird in Form eines Wärmestromes Q_sab aus der Wärme-Speichervorrichtung 30 abtransportiert und dem Schaltschrank 10 zugeleitet. Unter Berücksichtigung der Verlustleistung erreicht den Schaltschrank 10 von diesem Wärmestrom Q_sab nur der Schaltschrankwärmestrom Q_sch. Der den Schaltschrank 10 durchsetzende Luftstrom nimmt beim Durchtritt durch den Innenraum des Schaltschrankes 10 Wärme auf bzw. gibt Wärme ab und tritt dann wieder aus dem Schaltschrank 10 aus. Die mit dem Luftstrom abgeführte Wärmeenergie ist in der Darstellung nach Fig. 1 mit Q_schab bezeichnet.

In den Fig. 2 bis 4 ist eine nach dem in Fig. 1 dargestellten Prinzip arbeitende Wärme-Speichervorrichtung 30 mit zwei daran angeschlossenen Klimageräten 20 in verschiedenen Ansichten gezeigt.

Die Vorderansicht nach Fig. 2 zeigt die Wärme-Speichervorrichtung 30 mit den beiden seitlich angeschlossenen Klimageräten 20. Die Wärme-Speichervorrichtung 30 ist aus plattenförmigen Speicherelementen 32 gebildet, die zueinander beabstandet angeordnet sind. Zwischen den plattenförmigen Speicherelementen 32 sind Lüftungskanäle 33 gebildet. Die Wärme-Speichervorrichtung 30 weist zwei durch eine Trennwand 31 voneinander getrennte Kammern auf. Die einzelnen Kammern werden jeweils von den zugehörigen Klimageräten 20 versorgt.

Durch eine Schaltschrank-Luftaustrittsöffnung 36 wird einem an die Wärme-Speichervorrichtung 30 angeschlossene Schaltschrank ein Luftstrom entzogen. Der Luftstrom wird durch einen Zuluftkanal 37 dem Klimagerät 20 zugeführt. In diesem wird der Luftstrom klimatisiert, beispielsweise abgekühlt. Nach der erfolgten Klimatisierung wird der Luftstrom durch eine Lufteintrittsöffnung 35 der Wärme-Speichervorrichtung im unteren Bereich zugehört. Der Luftstrom durchströmt dann die Lüftungskanäle 33 der Wärme-Speichervorrichtung 30. Befinden sich die Speicherelemente 32 auf einem höheren Temperaturniveau als das des Luftstromes, so werden diese von dem Luftstrom abgekühlt. Weist der Luftstrom ein niedrigeres Temperaturniveau auf, so erwärmen sich die Speicherelemente 32. Nach dem Durchtreten der Lüftungskanäle 33 wird der Luftstrom durch eine Speichervorrichtung-Luftaustrittsöffnung 34 dem angeschlossenen Schaltschrank 10 zugeführt. Hierdurch ist ein Kreislaufsystem geschaffen. Dem Schaltschrank 10 wird also Luft durch die Schaltschrank-Luftaustrittsöffnung 36 entzogen, die dann in dem Klimagerät 20 klimatisiert und über die Wärme-Speichervorrichtung 30 wieder dem Schaltschrank 10 zugeleitet wird.

Es ist aber auch möglich, daß System so auszulegen, daß der dem Schaltschrank 10 entzogene Luftstrom an die Umgebung abgegeben wird. Der durch die Wärme-Speichervorrichtung 30 durchgesetzte Luftstrom kann aus der Umgebung aufgenommen werden. Die Durchsetzung der Luftströme durch die Zuluftkanäle 37, die Klimageräte 20 und die Wärme-Speichervorrichtung 30 kann mit Lüftern, beispielsweise Axiallüftern erfolgen. Diese erfordern nur einen geringen Energiebedarf. Bei einem Stromausfall wird der energieintensive Betrieb der Klimageräte 20 unterbrochen. Die Klimatisierung des Schaltschrankes 10 erfolgt in diesem Betriebszustand mittels der Wärme-Speichervorrichtung 30. Mit den Lüftern wird ein Luftstrom durch die Wärme-Speichervorrichtung 30 durchgesetzt. Hierbei nimmt der Luftstrom die erforderliche Energie auf und gibt diese an den Innenraum des Schaltschrankes 10 ab. Der Betrieb der Lüfter kann über eine Notstromversorgung erfolgen. Die Wärme-Speicherkapazität der Wärme-Speichervorrichtung 30 ist so ausgelegt, daß entweder genügend Zeit zur Wiederinbetriebnahme der Stromversorgung vorhanden ist oder daß der Schaltschrank 10 geregelt heruntergefahren und abgeschaltet werden kann.

Zur Reduzierung der Wärmeverluste ist die Wärme-Speichervorrichtung 30 mit Isolierungen 40, 41 sowie 42 versehen. Die Anordnung der Wärmeisolierung 42 ist in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 3 ist die Wärme-Speichervorrichtung 30 mit dem daran angeschlossenen Klimagerät 20 in Seitenansicht gezeigt. Die Klimageräte 20 weisen seitliche Lüftungsschächte auf, die mit Lüftungsgittern 21, 22 überdeckt sind.

Die Anbindung eines Schaltschrankes 10 an eine Vorrichtung wie sie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, ist in Fig. 5 näher erläutert. Der Schaltschrank 10 weist ein Rahmengestell auf, daß aus vertikalen und horizontalen Tragprofilen 11, 12 zusammengesetzt ist. An die Tragprofile 11, 12 sind Seitenwände bzw. Deckel- 13 und Bodenplatten 14 angeschlossen. Vorderseitig ist der Schaltschrank 10 mit einer Tür 14 verschlossen. Somit ist ein gekapselter Innenraum im Schaltschrank 10 geschaffen. Rückseitig ist an den Schaltschrank 10 die Wärme-Speichervorrichtung 30 mit den daran seitlich angeschlossenen Klimageräten 20 gezeigt. Dem Innenraum des Schaltschrankes 10 wird über die Schaltschrank-Luftaustrittsöffnung 36 Luft entzogen die dann durch die Klimageräte 20 und die Wärme-Speichervorrichtung 30 geleitet wird. Die klimatisierte Luft wird dem Schaltschrank 10 über die Speichervorrichtung-Luftaustrittsöffnung 34 wieder zugeführt. Damit ist eine Luftzirkulation im Innenraum des Schaltschrankes 10 erreicht.

Zwischen dem Schaltschrank 10 und der Wärme-Speichervorrichtung 30 und den Klimageräten 20 ist die Isolierung 42 eingesetzt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Klimatisierung eines Schaltschrankes oder dgl., bei dem mit mindestens einem Klimagerät ein Luftstrom klimatisiert und dem Innenraum des Schaltschrankes zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Klimagerät (10) ein Klimagerät-Wärmestrom (Q_Kab) einer Wärme- Speichervorrichtung (30) zugeleitet wird und daß der zu klimatisierende Luftstrom mittels eines Speicher-Wärmestromes (Q_Sab) an der Wärme-Speichervorrichtung (30) erwärmt bzw. abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu klimatisierende Luftstrom durch das Klimagerät (20) geleitet und mit dem Klimagerät-Wärmestrom (Q_Kab) erwärmt bzw. abkühlt wird, daß der so erwärmte bzw. abgekühlte Luftstrom der Wärme-Speichervorrichtung (30) zugeführt wird daß die Wärmespeicherkapazität der Wärme-Speichervorrichtung (30) mit dem Luftstrom auf ein vorgebbares Niveau gebracht wird und daß nach dem Abschalten des Klimagerätes (20) der zu klimatisierende Luftstrom an der Wärme-Speichervorrichtung (30) klimatisiert und dem Innenraum des Schaltschrankes (10) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom vor dem Eintritt in den Innenraum des Schaltschrankes (10) getrocknet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Innenraum des Schaltschrankes (10) im oberen Bereich Luft mit dem Klimagerät (20) entnommen und der Umgebung oder der Wärme-Speichervorrichtung (30) zugeleitet wird und daß dem Innenraum des Schaltschrankes (10) der klimatisierte Luftstrom in seinem unteren Bereich zugeleitet wird.

5. Schaltschrank oder dgl. mit einem Klimagerät, in dem ein Luftstrom klimatisierbar und dem Innenraum des Schaltschrankes über Lüftungskanäle zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Klimagerät (20) eine Wärme-Speichervorrichtung (30) aufweist, die mit dem Klimagerät (20) erwärmbar bzw. abkühlbar ist und daß die Wärme-Speichervorrichtung (30) Speicherelemente (32) aufweist, zwischen denen die Lüftungskanäle (33) verlaufen.

6. Schaltschrank nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme-Speichervorrichtung (30) gegenüber der Umwelt und dem Schaltschrank (10) wärmeisoliert ist.

7. Schaltschrank nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Klimagerät (20) einen Lüfter und einen Wärmetauscher aufweist, daß der Lüfter über eine Einsaugöffnung (23) des Klimagerätes (20) Luft aus dem Innenraum des Schaltschrankes absaugt und dem Wärmetauscher zugeführt und daß die an den Wärmetauscher klimatisierte Luft über eine Lufteintrittsöffnung (35) der Wärme-Speichervorrichtung (30) zugeführt ist.

8. Schaltschrank nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß von dem der Wärme-Speichervorrichtung (30) zugeführten Luftstrom ein Teilluftstrom mittels einer Steuereinheit abtrennbar und dem Innenraum des Schaltschrankes (10) zuleitbar ist.

9. Schaltschrank nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelemente (32) der Wärme-Speichervorrichtung (30) plattenförmig ausgebildet und zueinander beabstandet angeordnet sind.

10. Schaltschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelement (32) der Wärme-Speichervorrichtung (30) aus Beton oder Metall gefertigt sind.

11. Schaltschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelemente (32) der Wärme-Speichervorrichtung (30) als Hohlkammerteile ausgebildet sind, die mit Speichermedien mit hoher Wärmekapazität befüllt sind.

12. Schaltschrank nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium aus einem Stoff gebildet ist, der bei einer bestimmten Temperatur einen Aggregatzustandswechsel unter Zu- bzw. Abfuhr von großen Wärmemengen vollzieht.

13. Schaltschrank nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Salz ist.

14. Schaltschrank nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium Wasser ist.