Je nach Art und Menge der in einem Schaltschrank verbauten Komponenten kommt es teilweise zu beträchtlichen Wärmeentwicklungen, hervorgerufen durch die Verlustleistung der Komponenten. Um Beschädigungen und Ausfällen vorzubeugen, muss diese Wärme aus dem Schaltschrank abgeführt werden. Bei der Umsetzung einer möglichst effizienten Schaltschrank-Klimatisierung sind Anlagenbetreiber deshalb darauf angewiesen, dass die Angaben zur Kühlleistung und Energieeffizienz eines Kühlgeräts exakt stimmen. Um seinen Kunden eine definierte Leistung zu garantieren und höchstmögliche Sicherheit bei Kaufentscheidungen zu geben, hat sich Rittal als weltweit erster Hersteller dazu entschlossen, sämtliche Kühlgeräte der TopTherm-Serie für den weltweiten Einsatz von einer unabhängigen Stelle prüfen zu lassen. Hintergrund: Prüfungen sowohl im unternehmenseigenen Labor wie auch in externen Prüflaboren hatten in der Vergangenheit ergeben, dass Geräte von Marktbegleitern die angegebene Kühlleistung im tatsächlichen Betrieb teilweise deutlich unterschreiten.
Prüfung gemäß der aktuellen Norm
Mit der Prüfung der Kühlgeräte wurde der TÜV Nord beauftragt. Sämtliche Messungen wurden gemäß der aktuellen Norm DIN EN 14511-2 in der Prüfstelle für Kälte-, Klima- und Lüftungstechnik des TÜV Nord in Essen durchgeführt. Die Prüfbedingungen, bei denen die Kühlleistung und die Energieeffizienz bestimmt werden, sind klar definiert. In einem sogenannten Kalorimeter-Prüfverfahren müssen die Messungen bei konstanter Temperatur von 35 °C – sowohl im Inneren des Schaltschranks als auch in der Umgebung – durchgeführt werden. Die relative Luftfeuchtigkeit im Schaltschrank ist bei konstant 40 Prozent zu halten. In der DIN EN 14511-2 ist außerdem festgelegt, dass die angegebene Kühlleistung um maximal -8 Prozent von der gemessenen Kühlleistung abweichen darf.
Auf einen Blick
Unter latenter Kühlleistung versteht man den Anteil der Kühlleistung, der zur Entfeuchtung des Schaltschrankes aufgewendet wird. Die eigentliche Kühlung der Komponenten im Schaltschrank erfolgt über die sensible Kühlleistung. Die sensible Kühlleistung wird somit über die Gesamtkühlleistung eines Gerätes bestimmt, abzüglich der latenten Leistung. Die sensible Kühlleistung bezogen auf die Geamtkühlleistung ist umso größer, je geringer die Luftfeuchtigkeit im Schaltschrank ist.
Während der Messung befindet sich der Schaltschrank mit dem montierten Kühlgerät in einer Klimakammer, deren Temperatur auf den vorgegebenen Wert geregelt wird. Eine Heizung und ein Ultraschallverdampfer im Inneren des Schaltschranks regeln Temperatur und Luftfeuchte auf die vorgegebenen Werte, während das Kühlgerät unter Volllast läuft. Misst man die Leistungen, während die Regelung Luftfeuchte und Temperatur konstant hält, lässt sich die Kühlleistung bestimmen. Das anfallende Kondensat läuft über einen Schlauch nach außen ab, wo eine Waage die Kondensatmenge misst. Mit Hilfe einer exakten Zeitmessung kann ein Prüfer daraus den Kondensatmassenstrom ermitteln. Auf diese Weise lässt sich zusätzlich die latente Kühlleistung separat bestimmen. Wird dieser Wert von der Gesamtkühlleistung abgezogen, so erhält man die sensible Kühlleistung. Neben der Kühlleistung sowie dem latenten und dem sensiblen Anteil der Kühlleistung wurde auch die elektrisch Leistungsaufnahme des Kühlgeräts bestimmt, um daraus den EER (Energy Efficiency Ratio) zu berechnen.
Kühlleistung und Energieeffizienz garantiert
Bei den umfangreichen Prüfungen des TÜV Nord konnten alle Kühlgeräte der TopTherm-Serie, zu denen auch die „Blue e“-Kühlgeräte gehören, die angegebenen Leistungsdaten erreichen. Teilweise lag die Kühlleistung sogar um bis zu zehn Prozent über dem vom Hersteller angegebenen Wert. So hatte zum Beispiel das Wandanbaukühlgerät der TopTherm-Serie mit einer Nennkühlleistung von 2000 W in der Messung eine Gesamtkühlleistung von etwa 2200 W. Auch die hohe Energieeffizienz der Geräte hat der TÜV Nord zertifiziert. Das obengenannte Gerät in der 230-V-Ausführung bei 50 Hz hat einen EER von 2,40 – die elektrische Leistungsaufnahme beträgt also nur gut 900 W. Alle TopTherm-Kühlgeräte dürfen ab sofort das Prüfzeichen des TÜV Nord tragen. Durch das Anbringen des Prüfzeichens verpflichtet sich Rittal gleichzeitig regelmäßige Produktkontrollen durchführen zu lassen. Weiterhin hat sich das Unternehmen durch das Prüfzeichen dazu verpflichtet, alle leistungsrelevanten Änderungen an den Geräten dem TÜV Nord zu melden und gegebenenfalls prüfen zu lassen. Damit hat der Kunde die Sicherheit, dass er die angegebene Kühlleistung und Energieeffizienz auch tatsächlich zur Verfügung hat.
Kältemaschinen passgenau verfügbar
Zusätzlich zu seiner zertifizierten Kühlgerätetechnik zeigte das Unternehmen auf der Hannover Messe 2013 eine zweite Generation an modularen Rückkühlanlagen, sogenannte Chiller, auf Basis des TS-8-Schaltschranksystems. Um noch stärker auf die Belange einzelner Industriebranchen vor allem dem Maschinenbau eingehen zu können und die Verfügbarkeit zu erhöhen, wurden die Rückkühlanlagen mit optimierter Thermodynamik und umfangreichen Optionspaketen weiterentwickelt, zum Beispiel mit 24 VDC Steuerspannung, wassergekühltem Verflüssiger oder buntmetallfreiem Wasserkreislauf.
Die Baureihe ist aus wenigen modularen Einheiten wie Wasser- und Kältemodule sowie einem Elektromodul mit Steuerung aufgebaut. Mit sieben Leistungsgrößen sind die gängigen Kühlleistungsbereiche von 8 bis 40 kW abgedeckt. Um die Chiller auch in bestehende Schaltanlagen integrieren zu können, wird diese Rückkühler-Generation statt in bisher 800 jetzt in 600 mm tiefen Schränken im Industriestandard angeboten. Eine optimierte Thermodynamik erzielten die Entwickler durch den Aufbau des Verflüssigerlüfters auf das Schrankdach statt wie bisher durch den Einbau im Schrankinneren. Dadurch lässt sich die Wärme nach außen abführen und eine Wärmebelastung des Elektronikmoduls im Inneren des Schranks vermeiden. Zur Standardausführung gehören die Einstellung der Temperaturregelung über Festwert oder Differenzwert sowie eine Mikrocontroller-Regelung. Die neue Controller-Logik verringert dabei die An/Aus-Schaltzyklen der Hauptkomponenten wie Kompressor, Verflüssigerlüfter und Mediumpumpe und steigert damit die Energieeffizienz. Um Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage zu erhöhen, wurden eine Überwachungsfunktion zum Vereisungsschutz am Plattenwärmetauscher sowie ein Berührungsschutzgitter am Lufteintritt integriert. Die CE-Konformität sowie eine bifrequente Ausführung in 400 V/50 Hz und 460 V/60 Hz sind eine wichtige Voraussetzung für den weltweiten Einsatz.
Mit weiteren umfangreichen Optionspaketen lassen sich Kundenanforderungen jetzt noch flexibler realisieren. So erfüllt etwa eine 24 VDC Steuerspannung die Anforderungen der Automobilindustrie. Der Einsatz eines wassergekühlten Verflüssigers mit Wassermengenregler verbessert die Energieeffizienz der Kälteanlage und vermeidet zudem die thermische Belastung der Umgebungsluft. Muss bei Werkzeugmaschinen-Anlagen die Temperatur der Kühlflüssigkeit präzise geregelt werden, ist als zusätzliches Optionspaket eine Heißgas-Bypass-Regelung im Angebot. Zur Auswahl stehen zudem verstärkte Pumpen mit vier und sechs bar, Strömungswächter, Wasserstandüberwachung, buntmetallfreie Verrohrung, Medium-Bypass, raumgeführte Temperaturregelung, vormontierte Sockel sowie RAL-Standardfarben für die Schrank- und Gehäuseteile außen. Weitere Optionen sind Anlagen für Umgebungstemperaturen von bis zu -5 beziehungsweise -20 °C mit Drehzahl-geregelten Verflüssigerlüftern sowie elektrische Komponenten in UL-Ausführung.
Berechnung von Kühlleistung und EER
Die Kühlleistung ist eine erste wichtige Bezugsgröße zur Beurteilung von Kühlgeräten. Dabei ist die genaue Definition der Arbeitspunkte im Verhältnis zur Kühlleistung zu beachten. Als Beispiel: Eine Kühlleistung von 2000 W (L35 L35) besagt, dass diese bei einem Betriebspunkt von 35 °C im Schrankinnenbereich und einer Umgebungstemperatur von 35 °C erreicht wird. Gemessen wird dabei jeweils am Verdampfer- beziehungsweise Verflüssigereintritt. Steigt die Außentemperatur auf 50 °C, so sinkt die Gesamtkühlleistung des Beispiels bei gleichbleibender Innentemperatur, unter sonst gleichen Bedingungen auf 1650 W – dies entspricht dem Arbeitspunkt L35 L50. Anhand der angegebenen Kühlleistung trifft der Planer beziehungsweise Anwender eine Vorauswahl des Kühlgeräts, das der installierten Verlustleistung im Schrank entspricht. Für die endgültige Auswahl des Kühlgeräts müssen die Umgebungsbedingungen wie Schrankauswahl, Aufstellungsart und maximale Außentemperatur mit in die Planung einfließen. Hilfestellung bei der Berechnung bietet hierbei etwa das Klimaberechnungsprogram RiTherm oder für eine schnelle Vorauswahl auch die RiTherm APP.
In den letzten Jahren hat die Betrachtung der Energieeffizienz auch bei Kühlgeräten stark zugenommen, daher ist eine weitere wichtige Kennzahl zur Beurteilung die EER (Energy Efficiency Ratio). Die Effizienz der Kühlgeräte, angegeben in der Leistungskennzahl EER, errechnet sich aus dem Quotienten von Kühlleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung. Mit dieser Angabe bestimmt der Hersteller, wie wirtschaftlich das Kühlgerät arbeitet. Je höher der Wert ist, desto besser ist die Effizienz. Bei dem vorgenannten Beispiel zeichnet sich das energieeffiziente Kühlgerät der Serie TopTherm durch einen EER von 2,40 aus. Werte anderer Kühlgeräte derselben Leistungsklasse liegen teilweise nur bei einem EER von 1,5 bis 1,9. Ein niedriger EER bedeutet folglich höhere Betriebskosten.
Hans-Robert Koch
Verena Schneider
(ah)
