Kühlgerät Kühltechnik im Hybridverfahren: cooler Effizienzschub

Bei der neuen Kühlgerätegeneration Blue e+ setzt Rittal erstmals auf ein patentiertes Hybridverfahren. Erste Teststellungen zeigen überraschende Ergebnisse.

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Das Herzstück der neuen Kühlgerätegeneration Blue e+ ist die patentierte Integration einer Heat Pipe in den klassischen Kompressor-Kältekreislauf. Sie ermöglicht eine passive Kühlung von Schaltschränken. Falls eine Kühlung der Heat Pipe für den Schaltschrank aufgrund gestiegener Außentemperaturen nicht mehr ausreicht, verfügen die Geräte zusätzlich über ein herkömmliches Kühlsystem mit Kompressor. Dabei ist das aktive Kühlsystem stufenlos regelbar und lässt sich somit genau auf die individuellen Anforderungen einstellen. Ergebnisse aktueller Teststellungen zeigen, dass dieses Hybridsystem einen enorm positiven Effekt auf den Energieverbrauch hat.

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Bei Audi im Leistungscheck

Seit Januar 2015 befindet sich ein Testgerät der Serie Blue e+ von Rittal im Leistungscheck in der Endkontrolle der Audi AG. Bei der Teststellung an drei Schaltschränken erfolgt eine Vergleichsmessung der Neuentwicklung mit zwei weiteren Kühlgeräten von Rittal. Verglichen wird Blue e+ mit einem Kühlgerät der aktuellen Serie Toptherm Blue e und einem älteren Kühlgerät. Die Teststellung soll über ein Jahr laufen. Bereits jetzt bestätigen die ersten Ergebnisse des Feldtests exakt die Leistungsmessungen aus der Rittal Entwicklung. „Im direkten Vergleich mit dem aktuellen Toptherm Blue e und unter gleichen Bedingungen haben wir mit dem neuen Blue-e+-Gerät bisher 75 % Energieeinsparung bei der Kühlung der Produktionssteuerung erzielen können“, erklärt Andreas Korn, Dipl. Wirtschaftsingenieur (FH), Planung Automatisierungstechnik Ingolstadt, von der Audi AG.

Wärmemanagement

Neue Kühlgeräte-Generation Blue e+ von Rittal spart bis zu 75 % Energie

Wärmemanagement

In vier Schritten zum Chiller

Thermischen Stress vermeiden

Herkömmliche Kühlgeräte arbeiten gewöhnlich mit einer Zweipunktregelung, die den Kompressions-kältekreislauf bei Bedarf an- und ausschaltet. Das heißt: Das System kühlt so lange unter Volllast, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. Dann wird die Kühlung komplett ausgeschaltet. Steigt die Temperatur erneut, muss der Motor unter höchster Leistung wieder anlaufen, was neben einem hohen Energieverbrauch auch eine enorme Belastung für Motor, Lüfter und sonstige Bauteile bedeutet. Zudem werden zu kühlende Schaltschrank-Komponenten dadurch einem permanenten thermischen Stress ausgesetzt.

Bei einem Delta T von nur 15°C zwischen Umgebungstemperatur und Schaltschranktemperatur sind die neuen Geräte in der Lage, alleine über die Heat Pipe circa 60 % der Wärmelast passiv, abzuführen. Da Schaltschrankkühlgeräte überwiegend nur im Teillastbetrieb arbeiten, können somit die meisten Schaltschränke auch bei einem kleinere Delta T mit sehr geringem Energieaufwand gekühlt werden. Wirkungsgrade zwischen 5 bis 10 sind hier eher die Regel als die Ausnahme. Bei 15 % Last arbeitet das Blue-e+-Gerät passiv, also im reinen Heat-Pipe-Modus. Damit ist es sechsmal effizienter als ein herkömmliches Kühlgerät. Bei 65 % Auslastung arbeiten beide Systeme miteinander, das Gerät ist dann immer noch rund viermal effizienter als ein herkömmliches. Selbst bei Volllast und einem Delta T von 0 °C ergibt sich immer noch ein Effizienzvorteil gegenüber herkömmlichen Kühlgeräten. Durch den Einsatz von drehzahlgeregelten DC-Motoren sowohl bei den Lüftern als auch beim Kompressor wird die Kühlleistung dem aktuellen Bedarf angepasst, sodass auch die Energieeffizienz der reinen Kompressor-Kühlung gesteigert werden konnte. Ihr Wirkungsgrad steigt gegenüber den modernsten bisherigen Systemen je nach Gerätetyp noch einmal um 7 % bis 30 %.

Schränke

Der Standard-Schaltschrank wird zum Schaltschrank-Standard

Moderne Regelungsstrategien ermöglichen Effizienzsprung

Der entscheidende Hebel für den Effizienzsprung liegt in der richtigen Regelstrategie und -technik für den Hybridbetrieb. Diese ist auch entscheidend für die hohe Energieeinsparung. Durch die drehzahlvariablen Antriebe der Lüfter und des Kompressors lassen sich moderne Regelungsstrategien realisieren, die im Vergleich zur klassischen Zwei-Punkt-Regelung deutlich effizienter sind. Wenn die vorgegebene Schaltschrank-Innentemperatur erreicht ist, verringert der Inverter automatisch die Drehzahl des Kompressors und senkt damit die Kühlleistung. Die Regelelektronik misst ständig, wie viel Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden muss und kann dadurch das System auf einen optimalen Wert regeln. Mit dieser leistungsgeregelten Kühlung lässt sich auch die Lebensdauer des Kompressors verlängern, denn diese hängt in erster Linie von der Anzahl der Einschaltvorgänge ab.

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Ein Gerät, weltweit einsatzbereit

Aber auch in anderen Bereichen fasste Rittal bei der Neuentwicklung die Wirtschaftlichkeit ins Auge. So sind sämtliche Geräte mehrspannungsfähig und können mit praktisch allen weltweit üblichen Netzspannungen und Frequenzen betrieben werden. Der mögliche Eingangsspannungsbereich reicht von 110 V (einphasig) bis 480 V (dreiphasig) bei Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz. Möglich macht dies die eingesetzte Inverter-Technologie. Der große Vorteil, der insbesondere bei Maschinenbauern von Interesse ist, die ihre Maschinen weltweit vertreiben, ist der geringere Logistikaufwand. Das Kühlgerät ist immer das gleiche, egal ob die Maschine nach Japan, in die USA oder innerhalb Europas ausgeliefert werden soll. Außerdem erhalten alle neuen Kühlgeräte ein UL-Listing, was die Abnahme einer Maschine auf dem US-amerikanischen Markt deutlich vereinfacht.

Passende Smartphone-App

Um mit übergeordneten Systemen zu kommunizieren, stehen bei den Geräten der Serie Blue e+ mehrere Möglichkeiten zur Auswahl. Neu ist eine NFC-Anbindung (Near Field Communication), mit der sich die wichtigsten Daten mit einem Smartphone übertragen lassen. Diese Möglichkeit eignet sich vor allem, um mit der passenden Smartphone-App Set-up-Daten an eine ganze Reihe von Kühlgeräten zu übertragen. Gleichzeitig lassen sich auch Auswertungen – zum Beispiel aus der Temperaturregelung – auf dem Smartphone visualisieren und speichern. Über die integrierte USB-Schnittstelle lässt sich ein PC anschließen, auf dem in der Diagnosesoftware Ridiag alle Daten aus dem Kühlgerät ausführlich dargestellt und ausgewertet werden können. Mit einem optionalen Add-on-Modul ist auch die Echtzeitanbindung beispielsweise an eine SPS möglich. Als Protokolle stehen dazu CAN und Ethernet/Profinet zur Verfügung. Gerade im Umfeld der Diskussionen zum Thema Industrie 4.0 ist solch eine Echtzeitanbindung von großer Bedeutung. (sh)

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