Schaltschrankkühlung | Peltier Kühlgerät & Co.
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Bei der Schaltschrankkühlung kommen verschiedene Kühlgeräte zum Einsatz wie Peltier Kühlgeräte oder die Kompressor Technik. Weil im Zuge der Industrie 4.0 immer mehr Elektronik in die Maschinen und Anlagen einzieht, wird auch der Schaltschrank zunehmend mehr bestückt. Das wiederum erhöht die Wärme und Feuchtebildung in seinem Inneren. Beide müssen abgeführt werden, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Welche neuen Geräte und Technologien es hierfür am Markt gibt, erfahren Sie in diesem Beitrag:
Inhalt
- Schaltschrankkühlung 2024 – Das Wichtigste in Kürze
- Neuheiten für die Schaltschrank Kühlung
- Archiv für Neuheiten zu Schaltschrankkühlung
- Häufig gestellte Fragen
Schaltschrankkühlung 2024 – Das Wichtigste in Kürze
Die Schaltschrankkühlung hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt und die Anfrage nach modernen Kühllösungen steigt. Diese bieten eine präzise Temperaturregelung und hohe Energieeffizienz, um den wachsenden Anforderungen der Industrie 4.0 gerecht zu werden. Diese Systeme nutzen fortschrittliche Sensortechnologien und intelligente Steuerungen, um optimale Betriebsbedingungen sicherzustellen und Ausfallzeiten zu minimieren.
Der Einsatz von Kältemitteln mit niedrigerem GWP (Global Warming Potential) und die Integration von IoT-Funktionalitäten verbessern sowohl die Umweltbilanz als auch die Überwachungsmöglichkeiten. Zukünftig wird die Schaltschrankkühlung weiter an Bedeutung gewinnen, insbesondere durch steigende Anforderungen an die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit der elektrischen Komponenten. Die fortschreitende Digitalisierung und der Ausbau von Hochleistungsrechenzentren werden die Nachfrage nach effizienten und nachhaltigen Kühllösungen weiter antreiben.
Auch die Künstliche Intelligenz (AI) stellt die Anbieter von Geräten und Technologien zur Schaltschrankkühlung vor neue Herausforderungen. Sie birgt enorme Potenziale, doch ist die IT-Infrastruktur bereit dafür? Betreiber von Rechenzentren und ihre Technologie-Partner begeben sich in unerschlossenes technologisches Terrain. Die Dichte der Kühlleistungen für KI-Anwendungen wie beim Betrieb von Large Language Models (LLMs) in zukünftigen Rechenzentren oder das High Performance Computing bringen die derzeit übliche Luftkühlung schnell an ihre Grenzen. Ultraschnelle Grafikprozessoren (GPUs) produzieren so viel Wärme, dass Hersteller sie für leistungsfähige direkte Flüssigkeitskühlung auslegen, berichtet Schaltschrankspezialist Rittal.
Neuheiten für die Schaltschrankkühlung
Welche innovativen Kühllösungen es für den sicheren Schaltschrank und Server Rack Betrieb gibt, erfahren Sie nachfolgend:
Megawatt Schaltschrankkühlung für Künstliche Intelligenz
06.06.2024 | Die rapide steigende Nachfrage nach Rechenleistung erfordert neue Dimensionen in Skalierung, Kühlung, Stromverteilung und Energieeffizienz. Als globaler Systemanbieter setzt Rittal jetzt neue Maßstäbe in der IT-Kühlung und präsentiert eine innovative Kühllösung mit über 1 MW Kühlleistung. Damit ebnet das Unternehmen den Weg für AI-Anwendungen.
Mc Kinsey prognostiziert für 2023 einen möglichen wirtschaftlichen Mehrwert durch Generative AI von bis zu 4,4 Bill. USD jährlich. Philipp Guth, CTO bei Rittal International, betont die Notwendigkeit einer raschen und technologisch fortschrittlichen Anpassung der IT-Infrastruktur, um dieses Potenzial zu realisieren: „Wenn auch nur ein Teil davon realisiert werden soll, muss die IT-Infrastruktur schnellstens wachsen und an entscheidenden Stellen technologisch neu gedacht werden“.
Rittal hat deshalb in Abstimmung mit Hyperscalern eine modulare Cooling-Lösung entwickelt, die mit direkter Wasserkühlung eine Kühlleistung von mehr als 1 MW bringt. „Um den schnellen Infrastruktur-Ausbau technisch, wirtschaftlich und organisatorisch zu ermöglichen, braucht es hochgradige Standardisierung sowie Skalierbarkeit durch modularen Aufbau und weltweite Verfügbarkeit“, sagt Herr Guth.
Single Phase Direct Liquid Cooling Modulplattform
Für die einphasige direkte Flüssigkeitskühlung mit Wasser nutzt Rittal Coolant Distribution Units. Diese sind auf einfache Skalierbarkeit ausgelegt. Das geling mit Modularisierung und den Design-Vorteilen des Open Rack V3. Wie bei der Stromversorgung wird der Server im Rack mit standardisierten Anschlüssen an die zentralen Zu- und Abläufe des Wasserkreislaufs gekoppelt. Funktionseinheiten wie Kühlmittel-Fördereinheiten (CCUs) und die zentrale Controller Unit sind vollständig modular und werden einfach ins Rack geschoben. Sie sind durch n+1 redundante Auslegung hoch verfügbar. Leckagen werden auf Komponenten-Ebene überwacht.
Die Liquid-to-Liquid-Lösungen kühlen als Anreihlösung zu Racks über 1 MW, im Einzelschub für das Rack bis 100 kW. Für Rechenzentren ohne Wasseranschluss gibt es Liquid-to-Air Varianten. Sie geben die Wärme an der Rack-Rücktür oder über einen Seitenkühler an die Luft im Rechenzentrum ab.
Peltier Kühlgerät jetzt 15% leichter, einfach installierbar, ökologisch
19.01.2023 | Elmeko hat seine PK 300 Schaltschrank-Kühlgeräte mit effizienter Peltier Technik komplett überarbeitet. Durch Optimierung der Kühlkörper und Luftführung konnte das Gewicht der Peltier-Kühlgeräte bei gleicher Kühlleistung um 15 % reduziert werden. Eingebaut erzielt das Kühlgerät jetzt Schutzart IP67. Damit eignet es sich für die Schaltschrank Kühlung auch unter widrigen Umgebungsbedingungen. Der lageunabhängige Betrieb gestattet den Einbau in mobile Anwendungen.
Auf der Innenseite vom Peltier Kühlgerät sorgen zwei leistungsstarke Lüfter für eine bessere Durchströmung des Kühlkörpers. Dadurch steht am Kühlgerät mehr Platz zur Verfügung. Dieser kann für Anschlussklemmen und die integrierte Regleraufnahme für die Temperatur Regler TES 60 oder TRP 205 genutzt werden. Die Einbautiefe vom Peltier-Kühlgerät ist durch die neue Anschlussklemmen Positiongeringer, wodurch die Klemme besser zugänglich ist. Der Anschluss kann je nach Regelung flexibel erfolgen.
Bei der Aufbaugehäuse Variante kann bei vertikaler Montage das durch die Kühlleistung entstehende Kondensat direkt über ein OUT-FIT Element aus den Schaltschränken nach außen abgeleitet werden, ohne in den Innenraum zu gelangen. Die OUT-FIT Komponenten sorgen gleichzeitig für Druckausgleich in Gehäusen oder Schaltschränken. Dadurch wird das Eindringen von Wasser verhindert.
Integriertes Netzteil und Temperaturregler
Als komplett einbau- und anschlussfertige Einheit für den direkten Anschluss an die Netzspannung 100-240 VAC gibt es das PK 300-PS Kühlgerät. Diese Ausführung verfügt über ein auf der Außenseite verbautes Netzteil mit hoher Schutzart.
Das PK 300-PS gibt es in zwei Varianten: Das PK 300-PS-TRP mit integriertem Zweipunktregler fürs Heizen und für die Kühlung sowie als PK 300-PS-TCP mit einem Peltier Controller von Elmeko. Dieser bietet verschiedene Regelungsprogramme und eine Überwachungsfunktion für Peltier Elemente und Lüfter bietet. Über eine Schnittstelle lässt sich das PK 300-PS-TPC mit der übergeordneten Steuerungsebene verbinden und fernüberwachen.
Moderne Server Rack Lösungen für die IT Infrastruktur
Bei der Weiterentwicklung der Kühlgeräte-Serie hat Elmeko großen Wert auf die Ökologie gelegt: Verwendet werden recyclingfähige Materialien. Die Edelstahl- und Alu-Oberflächen benötigen keine umweltbelastende Oberflächenbehandlung. Dank der Peltier Technik verzichten die PK-Geräte im Betrieb auf ozonbelastendes Kältemittel.
Alte Geräte sind problemlos gegen das neue PK 300 austauschbar. Für die wartungsfreie Peltier Technik garantiert der Hersteller eine Betriebsdauer von 60.000 h. Die Umgebungstemperatur kann zwischen -20° bis +60 °C liegen.
Schaltschrank-Klimatisierung mit Regler und Entwässerung
16.06.2020 | Temperatur und Feuchte sind wesentliche Kenngrößen für die zuverlässige Schaltschrank-Klimatisierung und müssen daher permanent überwacht werden So werden Kondensatbildung verhindert und ein sicherer Betrieb gewährleistet. Zur Umsetzung beitet Elmeko ein umfassendes Portfolio wie Temperaturregler und Feuchteregler, Schaltschrank-Heizung oder Bauteilen zu Entwässerung und Druckausgleich.
Bei Über- oder Unterschreitung von Grenzwerten müssen Klimageräte, Heizungen, Lüfter oder Entfeuchter entsprechend angesteuert werden. So werden Signalkontakte geschaltet oder Warnmeldungen generiert. Dazu hat Elmeko neue Doppelregler ETUH22 und THRV22 für die Schaltschrank Klimatisierung entwickelt.
Der elektronische Thermo-Hygrostat ETUH22 überwacht die Schaltschrank Innentemperatur und Luftfeuchte in Schaltschränken und Gehäusen. Ein Wechslerkontakt wird bei hoher Luftfeuchtigkeit oder niedrigen Temperaturen geschaltet, um Heizung oder Lüfter direkt anzusteuern. Am Regler stellt der Bediener die Temperatur von 0° bis +60 °C und die Feuchte zwischen 20 und 90 % relativer Feuchte über den roten und blauen Drehregler ein. Sensoren für Temperatur und Feuchte wurden integriert.
Druckausgleichselemente für den Schaltschrank
Im kompakten Doppelthermostat TRV22 sind zwei unabhängig voneinander schaltende Thermostate mit hoher Schaltleistung untergebracht. Über sie lassen sich Schaltschrankheizungen und Lüfter exakt ansteuern. Ein Kontakt kann zur Generierung einer Störmeldung an die Leitwarte eingesetzt werden. Der linke Kontakt öffnet bei steigender Temperatur, während der rechte Kontakt hier schließt. Beide Bimetall Temperaturregler lassen sich von 0° bis +60 °C über zweifarbige Drehregler frontseitig einstellen.
Die für über 100.000 Schaltzyklen ausgelegten Doppelregler werden über eine integrierte Halteklammer auf DIN-Tragschiene 35 mm im Schrank befestigt. Der Anschluss erfolgt von unten an berührungsgeschützten Schraubklemmen. Zusätzliche LEDs zeigen den Schaltzustand beim Thermo-Hygrostat ETUH22 an.
Schaltschrank Klimatisierung durch Entwässerung und Druckausgleich
In Schaltschränken und Gehäusen mit hoher Schutzart wird die Bildung von Feuchtigkeit oft unterschätzt und kann problematisch werden. Schon ein Tropfen Wasser nahe der empfindlichen Elektronik kann zu erheblichen Schäden führen. Das neue Kombibauteil ermöglicht einen wirkungsvollen Druckausgleich inklusive Entwässerung.
Die Out-Fit-Serie besteht aus einem Druckausgleichselement, welches mit einer Kondensat Ableitung versehen ist. Über den integrierten Anschluss wird das Wasser sicher aus dem Schrank herausgeführt. Für den sicheren Druckausgleich verfügt diese All in One-Lösung über eine leistungsfähige EPTFE-Membran. Diese hält Staub und Schmutz sicher außerhalb des Schaltschranks.
Getrennte Kanäle für Luft und Wasser leiten die Feuchtigkeit gut ab. Zudem sorgen sie für eine möglichst trockene Luft im Schrank. Ein universeller Anschluss erlaubt die Montage verschiedener Kondensatschläuche, welche die Kühl- und Entfeuchtungsgeräte miteinander verbinden.
Die Out-Fit-Komponenten ergänzen die Schaltschrankklimatisierung von Elmeko. Die Kühl- und Entfeuchtungsgeräte des Spezialisten arbeiten auf Basis der Peltiertechnik sehr zuverlässig und energiesparend. Es gibt mehrere Ausführungen zur Befestigung im Boden des Gehäuses oder in den Seitenwänden.
Dank des niedrigen Öffnungsdruck des Ventils leiten die auf der Schrankunterseite verbauten Varianten auch bodenstehendes Wasser annähernd komplett ab. Bei fachgerechter Montage wird durch die verwendete Membran und das Rückschlagventil die Schutzart des Schaltschranks bis zu IP68/69 vollständig gewährleistet.
Schaltschrank Heizung für bessere Wärme Verteilung
Mit der sehr kompakten Schaltschrank-Heizung ML 150 (150 W) mit integriertem Lüfter lässt sich einem Ausfall kälteempfindlicher Elektronik Komponenten in Schaltschränken vorbeugen. Zudem minimiert sie das Risiko von Feuchtebildung bei Kälte und Temperaturschwankungen.
Die Heizung ML 150 bietet eine Heizleistung von 150 W. Sie ist nur 66 mm breit, 86 mm hoch und 97 mm tief. Trotzdem ist in ihr ein Lüfter integriert, der die Luftzirkulation im Schrank verbessert und die Wärme Verteilung im Schaltschrank optimiert. Zudem reduziert sie die Oberflächentemperatur der Heizung selbst.
Die Schaltschrank-Klimatisierung wiegt nur 360 g. Sie lässt sich per Halteklammer auf Tragschienen montieren und über Zugfederklemmen einfach anschließen. Das Gehäuse aus temperaturbeständigem Kunststoff erreicht Schutzart IP20 und Schutzklasse II. Die Einsatztemperatur beträgt -40° bis +70 °C. Die Lebensdauer beträgt 50.000 h bei +25 °C Umgebungstemperatur.
Schaltschrank-Heizungen von Elmeko gibt es in verschiedenen Bauformen mit und ohne Lüfter mit Heizleistungen von 10 bis 1500 W. Die Heizungen verfügen über selbstregelnde PTC-Heizelemente, wobei die Heizleistung der Komponenten bei höherer Umgebungstemperatur absinkt. Einsatzbereiche sind neben Maschinen z. B. Ampelsteuerungen, Verkehrsüberwachungen, Windkraftanlagen oder Maschinen für die Lebensmittelindustrie.
Peltier Controller überwacht Temperatur + Feuchte
03.12.2019 | Wenn Schaltschränke in einer Umgebung mit wechselnden klimatischen Bedingungen montiert sind, können sich dort schnell Hotspots oder unliebsame Feuchte bilden. Elmeko hat dafür nun den Peltier-Controller TPC 300 Kühl- und Entfeuchtungsgeräte entwickelt, mit dem sich die kritischen Parameter überwachen und Klimageräte optimal regeln lassen.
Neben verschiedenen Regelungsprogrammen gibt es umfangreiche Überwachungsmöglichkeiten sowie eine serielle Schnittstelle zur Kommunikation und Visualisierung. Der TPC 300 überwacht die Funktion der Lüfter, der Peltierelemente und die Temperatur im Schaltschrank oder Gehäuse. Für eine umfassende Kontrolle können zwei weitere Temperaturfühler je nach Anforderung platziert werden, z. B. am Kühlkörper.
Der Peltier-Controller verfügt über verschiedene Regelungsprogramme, die abhängig von der Anwendung ausgewählt werden. Bei Einsatz in einem Schaltschrank wird die Zweipunktregelung genutzt. Dabei wird eine obere und eine untere Auslöseschwelle eingestellt, z. B. +35 °C und +10 °C. Bei Überschreiten des oberen Wertes wird die Kühlung eingeschaltet und bei Unterschreiten des unteren Wertes wird der Schaltschrank geheizt.
Bei der Funktion Zielwertregelung wird ein Temperatur-Sollwert vorgegeben, der exakt eingehalten wird. Dazu kann eine Hysterese für die zulässige Schwankung eingestellt werden. Die exakte Regelung auf einen konstanten Zielwert kann bei messtechnischen Anwendungen oder besonders empfindlichen Einbauten erforderlich sein. Über den TPC 300 lässt sich auch die Feuchte im Schaltschrank überwachen. Bei Anschluss eines Entfeuchtungsgerätes wird der Schrank entsprechend entfeuchtet und das Kondensat nach außen geführt.
Feuchte zu hoch – Schaltschrank heizt
Bei Anschluss der Peltier Kühlgeräte an den Peltier-Controller kann die Feuchte ebenfalls bei deren Regelung berücksichtigt werden. Bei zu hoher Feuchte wird dann die Kühltemperatur angehoben oder – falls erforderlich – der Schrank geheizt. Über die Software TPC-Monitor mit grafischer Oberfläche lassen sich am Computer-Bildschirm sehr komfortabel alle erforderlichen Parameter rund um die Klimatisierung einstellen. Dazu wird der Controller über eine RS 485-Schnittstelle angeschlossen. Die wichtigsten Betriebsdaten sowie alle Fehlermeldungen werden im Klartext angezeigt. Damit sind eine optimale Einstellung und Überwachung des Systems möglich.
Der TPC 300 ist speziell für den Anschluss der Peltier-Kühlgeräte an 24 V DC und Leistungen bis 300 W ausgelegt. Es können bis zu 3 Temperatursensoren und optional ein Feuchtefühler angeschlossen werden. Zusätzlich steht ein Eingang zur Schranktür-Überwachung und ein weiterer freier Eingang zur Verfügung. Als Ausgänge werden Lüfter und Peltierelemente direkt am Controller angeschlossen und per Halbleiterrelais geschaltet. Zusätzlich gibt es einen potentialfreien Kontakt für die Störmeldung sowie ein Display und Tasten für die wichtigsten Einstellungen, so dass die Bedienung auch ohne PC möglich ist. Der TPC 300 ersetzt die bekannten Typen TRP 260 und TC 3215 mit einem größeren Funktionsumfang.
Häufig gestellte Fragen
Wie funktioniert eine Peltier Kühlung?
Eine Peltier-Kühlung basiert auf dem Peltier-Effekt, bei dem elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Durch Anlegen einer Gleichspannung an die Peltier-Elemente, bestehend aus Halbleitermaterialien, wird eine Seite des Elements gekühlt und die andere erhitzt. Diese Temperaturdifferenz ermöglicht die gezielte Kühlung von elektronischen Komponenten.
Wie kalt wird ein Peltier Element?
Ein Peltier-Element kann Temperaturdifferenzen von bis zu 70 °C erzeugen. Die Kälteleistung vn diesem Schaltschrankkühler hängt von den spezifischen Betriebsbedingungen ab, kann aber Temperaturen bis etwa -30 °C erreichen, wenn die Wärme effizient abgeführt wird.
Wie warm darf es im Schaltschrank sein?
Die optimale Temperatur im Schaltschrank sollte zwischen 35° und 40 °C liegen, um eine zuverlässige Funktion der elektrischen Komponenten zu gewährleisten. Überschreitet die Temperatur 40 °C, können die Lebensdauer und die Leistung der Bauteile erheblich beeinträchtigt werden.
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Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.