Um die Energieeffizienz zu erhöhen, setzt Rittal bei seiner neuen Kühlgeräten erstmals auf ein Hybridverfahren aus Heat Pipe und Kompressorkühlung.

Um die Energieeffizienz zu erhöhen, setzt Rittal bei seiner neuen Kühlgeräten erstmals auf ein Hybridverfahren aus Heat Pipe und Kompressorkühlung.Rittal

Teil eins des patentierten Hybridverfahrens der Kühlgeräte ist eine Heat Pipe. Sie basiert auf der Verdampfung eines Arbeitsmediums in einem evakuierten Rohr. Der Transport des Dampfes einerseits und der kondensierten Flüssigkeit andererseits geschieht ohne aktive Komponenten und basiert rein auf physikalischen Prinzipien, wie Schwerkraft und Kapillarkräften. Da weder ein Kompressor noch eine Pumpe notwendig sind, beschränkt sich der Energieverbrauch auf die Lüfter. Eine Heat Pipe ist dann interessant, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen Schaltschrankinnenraum und Umgebung besteht. Beispielsweise kann das neue Kühlgerät mit einer Kühlleistung von 1,5 kW alleine 900 W Kühlleistung mit der Heat Pipe bereitstellen, wenn die eingestellte Schaltschrank-Innentemperatur 35 °C beträgt und die Außentemperatur bei 20 °C liegt.

Auf Effizienz bei Teillast getrimmt

Wenn die Kühlung durch die Heat Pipe alleine nicht ausreicht, schaltet sich die Kompressorkühlung dazu. Auch ihre Energieeffizienz ist hoch. Denn zum Einsatz kommen DC-Motoren, sowohl bei den Lüftern als auch beim Kompressor. Mit der Inverter-Technik, bei der über eine Spannungsregelung die Drehzahl von Kompressor und Lüfter eingestellt werden, lässt sich exakt die Kühlleistung zur Verfügung stellen, die aktuell benötigt wird. Dadurch sinkt der Energieverbrauch gegenüber einem herkömmlichen Gerät. Neben dem Energieverbrauch verringern sich entsprechend auch die CO2-Emissionen. Das Kühlgerät ist bei Teillast von 15 % im reinen Heat-Pipe-Modus sechsmal effizienter als ein herkömmliches Gerät. Bei Teillast von 65 % arbeiten beide Systeme im Hybrid-Modus viermal effizienter als herkömmliche Geräte.

Am besten lässt sich die Energieeffizienz mit der sogenannten Seasonal Energy Efficiency Ratio (Seasonal EER) beschreiben. Dabei werden bei der Energy Efficiency Ratio (EER), die als Quotient aus bereitgestellter Kühlleistung und eingesetzter elektrischer Leistung definiert ist, die Umgebungsbedingungen mit einbezogen. Liegt der herkömmliche EER bei effizienten Kühlgeräten bei etwa 2, kann der Seasonal EER zum Beispiel in Mitteleuropa bei Werten von mehr als 10 liegen. Hintergrund dieser hohen Effizienz ist die Tatsache, dass die Spitzenkühlleistung eines Kühlgeräts nur an wenigen Tagen im Jahr benötigt wird. Zusammen mit der Hybridtechnologie wird der EER der neuen Kühlgeräte bei etwa 5 liegen. Die Investition in ein solch energieeffizientes Kühlgerät amortisiert sich innerhalb weniger Monate durch die Energiekosten. Durch die hohe Energieeffizienz sind Einsparungen von etwa 75 % möglich. Das zeigen Praxistests bei Audi in Ingolstadt, wo die Kühlgeräte seit Januar laufen. „Im direkten Vergleich mit dem aktuellen Kühlgerät Toptherm Blue e von Rittal und unter gleichen Bedingungen haben wir mit dem Blue-e+-Gerät bisher 75 Prozent Energieeinsparung bei der Kühlung erzielen können“, erklärt Andreas Korn, Planung Automatisierungstechnik Ingolstadt bei Audi.

Regelungstechnik sorgt für längere Lebensdauer

Die Regelungstechnik in den neuen Kühlgeräten wurde grundlegend überarbeitet. Durch die drehzahlvariablen Antriebe der Lüfter und des Kompressors lassen sich moderne Regelungsstrategien realisieren, die effizienter sind als die klassische Zwei-Punkt-Regelung. 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 nicht nur Energie sparen, auch die Lebensdauer des Kompressors verlängert sich, denn diese hängt in erster Linie von der Anzahl der Einschaltvorgänge ab. Mit Drehzahlregelung sind diese seltener, sodass der Verschleiß sinkt. Auch für die Komponenten im Schaltschrank ist die konstantere Temperatur besser. Denn die ständigen Temperaturschwankungen bei der klassischen Zwei-Punkt-Regelung verursachen thermischen Stress in den Komponenten, der bei der modernen Regelung entfällt. Dadurch steigt auch die Lebensdauer der verbauten Komponenten. Im Test bei dem Unternehmen Kapp Werkzeugmaschinen in Coburg wurde ein Wandanbaukühlgerät der neuen Serie mit einem aktuellen Wandanbaukühlgerät an identischen Steuerungsschränken verglichen. Die Temperaturdifferenz bei dem herkömmlichen Zwei-Punkt-geregeltem Kühlgerät betrug 5 K zum Sollwert, was der normalen Regelcharateristik entspricht. Bei dem neuen Kühlgerät war eine Abweichung von nur 0,2 K gegenüber der Sollwerteinstellung zu verzeichnen.

Die Regelungselektronik kann standardmäßig auf die Ausblas- oder Ansaugtemperatur regeln. Es kann aber auch noch ein externer Temperaturfühler als Sollwertgeber angeschlossen werden. Dieser lässt sich dann beispielsweise an der empfindlichsten Komponente innerhalb des Schaltschranks platzieren, um dort das Entstehen eines Wärmenestes zu vermeiden.

Weniger Varianten und einheitliche Montage

Bei der Neuentwicklung wurde aber auch in anderen Bereichen auf die Wirtschaftlichkeit Wert gelegt. So sind jetzt sämtliche Geräte mehrspannungsfähig und lassen sich mit praktisch allen weltweit üblichen Netzspannungen betreiben. Der mögliche Eingangsspannungsbereich reicht von 110 V (einphasig) bis 480 V (dreiphasig) bei Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hz. Möglich wird dies durch die eingesetzte Inverter-Technologie. Daraus ergibt sich ein geringerer Logistikaufwand für Maschinenbauer, die ihre Maschinen weltweit vertreiben. 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 vereinfacht.

Nicht nur durch die Mehrspannungsfähigkeit nimmt die Zahl der Varianten ab; auch die Leistungsbereiche wurden so angepasst, dass jetzt drei Geräte den gesamten Bereich von 1,5 bis 6 kW abdecken. Dies verringert den logistischen Aufwand beim Maschinenbauer weiter. Auch im Engineering ergeben sich hierdurch Vorteile. Die Ausschnitte in der Seitenwand oder der Tür des Schaltschranks ist für alle Geräte gleich. Dadurch muss die Maschine nicht angepasst werden, wenn beispielsweise ein Kühlgerät mit einer größeren Kühlleistung notwendig ist. Auch bei der Montage an sich gibt es Neuerungen: Bei Teileinbau, was in rund 30 % der Fälle die Regel ist, müssen Lüfter, Erdungskabel und Bedienteil nicht mehr abgeklemmt werden. Fehler bei der Montage, die dann während der Inbetriebnahme zu einer kostenintensiven Fehlersuche führen können, sind damit unwahrscheinlicher.

Die Near-Field-Communication-Schnittstelle (NFC) ermöglicht das einfache Parametrieren mehrerer Kühlgeräte über ein NFC-fähiges mobiles Endgerät.

Die Near-Field-Communication-Schnittstelle (NFC) ermöglicht das einfache Parametrieren mehrerer Kühlgeräte über ein NFC-fähiges mobiles Endgerät.Rittal

Per Touchdisplay oder App bedienen

Bei der Bedienung der neuen Kühlgeräte setzt Rittal ein Bedienpanel mit einem Touchdisplay ein. Das Display zeigt Systemmeldungen in Klartext statt der üblichen Codes an. Im Servicefall kann dadurch schneller reagiert werden; in vielen Fällen kann sich das Bedienpersonal selbst helfen, ohne dass Spezialisten hinzugezogen werden müssten. Auch präventive Wartungshinweise sind in das Bedienkonzept integriert. Dadurch lassen sich Wartungen besser planen und Stillstandszeiten vermeiden. Die Textanzeigen sind generell zweisprachig, wobei sich die beiden Sprachen frei wählen lassen. Auch asiatische und kyrillische Schriftzeichen sind möglich.

Schnelle Geräteanalyse per Software via USB-Schnittstelle.

Schnelle Geräteanalyse per Software via USB-Schnittstelle.Rittal

Um mit übergeordneten Systemen zu kommunizieren, gibt es mehrere Möglichkeiten. Neu ist eine NFC-Anbindung (Near Field Communication), mit der sich die wichtigsten Daten mit einem Smartphone übertragen lassen. Mit der passenden Smartphone-App kann der Anwender so Set-up-Daten an eine ganze Reihe von Kühlgeräten 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 Diagnose-Software Ri Diag alle Daten aus dem Kühlgerät 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 Profinet zur Verfügung.