Verbrauch kühl geregelt

Der Projektauftrag

Bereits im niedrigen Prozentbereich führen heute Verbesserungen der Energieeffizienz zu Kostenersparnissen. Ein Beispiel, wie sich dies realisieren lässt, ist die effiziente Kühlung von Schaltschränken. So startete BMW mit Rittal die Entwicklung einer neuen Energiespar-Lösung für Kühlgeräte, mit dem Ziel, deutliche Drosselung der Ausgaben bei über 200 Schaltschrank-Kühlgeräten zu erreichen, ohne auf eine komplett neue Gerätetechnik umzusteigen. Am Anfang stand die Frage: Wie lässt sich der Energieverbrauch reduzieren, wenn die Geräte nicht im Kühlbetrieb sind? Herkömmlich arbeiten diese nach folgendem Prinzip: Nach dem Einschalten der Stromversorgung laufen die Verdampfer-Ventilatoren (Innenlüfter) kontinuierlich durch und wälzen damit die Schrank-Innenluft permanent um – auch dann, wenn die Kompressorkühlung zeitweise temperaturbedingt nicht im Betrieb ist. Allein das Öffnen der Schaltschranktür sorgt für ein punktuelles Abschalten der Kühlgeräte. Die Anforderung bestand nun darin, eine intelligente Steuerungslösung für ein bedarfsgerechtes, energiesparendes Abschalten der Kühlgeräte-Innenlüfter zu entwickeln, und gleichzeitig eine ausreichende Kühlung der Schaltschränke weiterhin sicherzustellen.

Die Projektdurchführung

Als Lösung kam eine Eco-Mode-Regelung zum Einsatz, die den Lüfter des Kühlgerätes bedarfsgerecht in Abhängigkeit von der Temperatur im Schaltschrank aus- beziehungsweise anschaltet. Ist ein Dauerbetrieb des Innenlüfters nicht nötig, erfolgt automatisch dessen Abschaltung. Dahinter steht folgende Logik: Liegt die Innentemperatur um 10 °C unter der eingestellten Temperatur – in der Regel bei 35 °C – schaltet der Lüfter ab. Um die effektive Schaltschrank-Innentemperatur zu messen, schaltet die Regelung den Lüfter alle zehn Minuten für 30 Sekunden ein und sorgt so für eine Zirkulation der Luft im Schaltschrank. Dieser Zyklus wiederholt sich so oft, bis wieder eine Innentemperatur erreicht ist, die um 5 °C unter der Solltemperatur liegt. Der Lüfter läuft dann solange im Dauerbetrieb, bis wieder eine Innentemperatur um 10 °C unter der Solltemperatur erreicht ist. Damit verbunden ist auch die Funktion des Ausschaltens über den Türendschalter, sobald die Schaltschranktür geöffnet wird. Ferndiagnose und ein Master-Slave-Betrieb mehrerer Kühlgeräte sind ebenfalls möglich. Damit wird auch dafür gesorgt, dass die Kühlung in einer ganzen Schaltschrank-Reihe möglichst effizient abläuft. Außerdem lassen sich alle Lüfter gleichzeitig abschalten, wenn eine Tür in der Schaltschrank-Reihe geöffnet wird.

Aufschlussreiche Erkenntnisse, ob sich die Erwartungen der Neuentwicklung auch in der Praxis bestätigen, zeigte ein zwölf Monate dauernder Energieverbrauchstest im Montage-Werk 1. Hierbei wurden drei Gerätevarianten von Rittal jeweils mit Comfort-Regelung verglichen – unter identischen Umgebungs- und Einbaubedingungen mit Frequenzumrichtern und mit auf 35 °C eingestellter Sollwerttemperatur.

Die Ergebnisse der Verbrauchsmessungen überraschten, wie die Grafik zeigt. Das über vier Jahre alte Kühlgerät ohne Abschaltung des Innenlüfters – mit alter Platine – verzeichnete einen Jahresverbrauch von 719 kWh. Demgegenüber bewies ein vergleichbar altes Gerät mit neuer Eco-Mode-Steuerung – neue Platine – einen niedrigeren Verbrauch von insgesamt 302 kWh. Das bedeutet eine Energieersparnis von 417 kWh zwischen zwei vergleichbaren Kühlgeräten mit unterschiedlicher Software. Durch eine einfache Umrüstung der Platinen ließen sich die Stromkosten pro Kühlgerät um insgesamt 57 % reduzieren. Bei einer noch höheren Auslastung der Testgeräte wäre der Unterschied noch größer gewesen. Ein komplettes Umstellen auf Neugeräte hätte eine Ersparnis von 63 % zur Folge.

Das Projektfazit

Das Umrüsten auf die Eco-Mode-Steuerung konnte im Montage-Werk 1 bei 167 Kühlgeräten durchgeführt werden, da diese bereits über das notwendige Comfort-Regelungskonzept von Rittal verfügten. Allein durch den Austausch von Platinen spart der Automobilhersteller nach einem Jahr knapp 70.000 kWh Strom ein, das bedeutet eine Kostenreduzierung von insgesamt 7.682 Euro und eine CO₂-Reduzierung von circa 42 t. Bei einer Ausstattung mit neuer Gerätetechnik liegen die Einsparungen noch höher: bei 8.395 Euro und circa 45 t CO₂ im Jahr. Mittlerweile wurde im Montage-Werk 1 die Hälfte der bestehenden Geräte auf die neue Eco-Mode-Steuerung erfolgreich umgerüstet.

Alle Beteiligten sind über das Ergebnis der Test zufrieden und überzeugt, eine ökonomische Lösung gefunden zu haben. In dreilerei Hinsicht: Erstens wurden mit einer preisgünstigen Lösung ältere Kühlgeräte auf eine höhere Effizienz getrimmt, zweitens neue Geräte auf Herz und Nieren getestet und drittens technische Verbesserungen für Rittal aufgezeigt. So haben nun die neue Eco-Mode-Steuerung sowie die Optimierungen bei der Kondensatverdunstung in die Serienproduktion Eingang gefunden.

(hw)