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Mehr Effizienz bei der Schaltschrank-Klimatisierung

Bild 1. Schaltschrank-Kühlgeräte der „Blue e“-Generation von Rittal bei der Daimler AG

Bild 2. „Die Testergebnisse haben uns überzeugt: Mit den Kühlgeräten der „Blue e“-Generation von Rittal können wir deutlich Energie einsparen“, bestätigt Dipl.-Ing. Harald Bölle, Leiter Anlagen¬technik Elektrik bei der Daimler AG in Sindelfingen

Bild 3. Mittlerweile sind 50 Kühlgeräte der „Blue e“-Generation an zwei Schneidpressenanlagen bei der Daimler AG in Sindelfingen in Betrieb

Bild 4. Für ein sicheres Kondensatmanagement verfügt die Kühlgerätetechnik über eine integrierte, elektrische Kondensatverdunstung

Das Innovationspotenzial bei Schaltschrank-Kühlgeräten ist keineswegs ausgeschöpft. Dass hier noch Effizienzsteigerungen möglich sind, belegt eine Pilotanwendung im größten Presswerk der Daimler AG in Sindelfingen. Der Automobilhersteller prüfte die neuen Energiespar-Kühlgeräte der „Blue e“-Generation von Rittal im Livebetrieb. Mit dem Ergebnis: Durch eine geplante Umrüstung von über 250 Kühlgeräten auf die neue energiesparende Gerätetechnik lassen sich 490 t CO 2 pro Jahr einsparen – und Betriebs-kosten im sechsstelligen Bereich.

Umweltschutz ist für die Daimler AG integraler Bestandteil der -Unternehmensstrategie. Ausdrücklich bekennt sich der Automobilhersteller in seiner Umwelterklärung zum Prinzip der Nachhaltigkeit. Neben der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften untermauert der Konzern seinen Anspruch auf „Green Technology Leadership“ durch freiwillige Selbstverpflichtungen, wie etwa der „Corporate Governance Policy“ und der freiwilligen Teilnahme am Öko-Audit-System nach EMAS und DIN EN ISO 14001. Ganz oben auf der Agenda steht dabei die aktive und stetige Weiterentwicklung des Umweltschutzes in der Produktion sowie die Investition in energieeffiziente Technologien. Dies beginnt bei der Fahrzeugtechnik – den Hybrid-, Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeugen – und reicht bis in die Produktionsanlagen.
Potenziale zur Optimierung gibt es vor allem bei den großen Energiever-brauchern: der Lackieranlage und dem Presswerk. Letzteres hat einen Energieverbrauch von 40 000 MWh/a. Im Presswerk Sindelfingen werden Pressteile für nahezu die gesamte Fahrzeugpalette von Smart, Mercedes-Benz und Maybach gefertigt. Verbesserungen der Energieeffizienz im niedrigen Prozentbereich führen hier zu Kosteneinsparungen in einer beachtlichen Größenordnung. Dazu setzt die Daimler AG spezielle Gremien ein, die mögliche Einsparpotenziale untersuchen und gegebenenfalls umsetzen. „Jede Anlage im Presswerk wird auf ihre Effizienz hin überprüft. Insbesondere die großen Verbraucher stehen dabei im Fokus“, betont Dipl.-Ing. Harald Bölle, Leiter Anlagentechnik Elektrik bei der Daimler AG in Sindelfingen.

Daimler AG als Partner für Pilotversuch
Ein Beispiel, wie sich deutliche Einsparungen erzielen lassen, ist etwa die effiziente Kühlung von Schaltschränken und ganzen Schaltanlagen (Bild 1). Bei Kühlgeräten hat die Daimler AG bisher bis auf wenige Ausnahmen durchweg auf die Technik von Rittal gesetzt. Im Presswerk sind Geräte in den Leistungsklassen 500 W bis 2 660 W im Betrieb. Aufschlussreiche Erkenntnisse, wie sich Energiekosten reduzieren lassen, ergaben sich durch einen Pilotversuch mit den Kühlgeräten der Blue e-Generation. Ein Feldtest über elf Monate – von Januar bis November 2009 – sollte sicherstellen, ob die Energiespar-Kühlgeräte die Erwartungen hinsichtlich der Energieeinsparung von 30 % bis 50 % auch im rauen Industrieeinsatz erfüllen. Direkt verglichen wurde ein Kühlgerät der Blue e-Generation mit einem Standard-Kühlgerät Toptherm Plus mit jeweils 1000 W Kühlleistung. Beide kamen unter realistischen Bedingungen zur Kühlung der Steuerungselektronik von Schrottförderbändern im Untergeschoss des Presswerks zum Einsatz. Zugrunde gelegt wurden dabei folgende Parameter: durchschnittliche Laufzeit unter Volllast zu 70 %, durchschnittliche Laufzeit im Leerlauf zu 30 %, Laufzeit 24 Stunden pro Tag an 310 Tagen im Jahr.

Bis zu 70 % weniger Energie
Die Ergebnisse der Verbrauchsmessungen übertrafen die Werte der im Labor geprüften Geräte deutlich: Die Toptherm- und Energiespar-Kühlgeräte unterschieden sich im Gesamtverbrauch, unter identischen Voraussetzungen, um 70 %. Während erstere 1169,6 kWh Primärenergie verbrauchten, waren es bei den neuen Geräten lediglich 345,8 kWh. Bei einem Großabnehmerarbeitspreis von 11,5 Cent pro kWh errechnen sich daraus mehr als 100 € Ersparnis pro Schrank und Jahr. In diesem Fall hätten sich die Mehrkosten für eine Neuinvestition bereits nach 1,5 Jahren amortisiert. „Die Testergebnisse haben uns überzeugt: Mit den Kühlgeräten der ‚Blue e‘-Generation können wir deutlich Energie einsparen“, bestätigt H. Bölle (Bild 2). Aufgrund der klaren Testergebnisse entschied sich die Daimler AG, den Austausch der alten Kühlgeräte gegen neue Kühlgeräte möglichst schnell auf den Weg zu bringen und alle Schaltanlagen im Presswerk bis 2012 umzurüsten. Der Automobilhersteller gab dabei über 250 Neugeräte in den Leistungsklassen von 500 W bis 2 000 W in Auftrag – noch bevor die Kühlgeräte komplett bei Rittal verfügbar waren. „Dies verdeutlicht das hohe Engagement und den Investitionswillen in Sachen Umweltschutz bei der Daimler AG“, betont der Leiter der Anlagentechnik. „Hier wird die Daimler AG, allen voran mit der Premium-Marke Mercedes-Benz einmal mehr ihrer Vorreiterrolle gerecht.“

Deutliche Einsparungen bei Strom und CO 2
Mittlerweile sind 50 Kühlgeräte der Blue e-Generation an zwei Schneidpressenanlagen in Betrieb (Stand Januar 2011 – Bild 3). Die übrigen Geräte im Presswerk werden schrittweise im Laufe dieses Jahres eingebaut. Dabei kann der Autohersteller jetzt auch Geräte mit kleineren Leistungsklassen einsetzen.
So lassen sich etwa 1 500-W-Geräte durch 1 000-W-Geräte sowie 2 660-W-Geräte durch 2 000-W-Geräte ersetzen. Der Grund: Die bisherigen Geräte benötigten Filter, durch deren Verschmutzung sich die Leistung über den Betriebszeitraum reduzierte. Demgegenüber gewährleisten die Energiespar-Kühlgeräte durch nanobeschichtete Wärmetauscherlamellen eine konstante Kühlleistung. Die neuen Geräte zeichnet insgesamt der besonders effektive Umgang mit elektrischer Primärenergie und damit hohe Wirtschaftlichkeit aus. So liegt die Einsparung des Stromverbrauchs bei dem Austausch von 251 Geräten bei ca. 754 000 kWh pro Jahr, das entspricht etwa 490 t CO 2. Eine Vergleichsberechnung belegt, dass sich dadurch 116 000 € im Jahr an Betriebskosten einsparen lassen. Die Amortisationszeit der Anschaffungskosten aller Geräte liegt damit im Durchschnitt bei 2,2 Jahren.

Auf Effizienz getrimmt
In ihren Abmessungen und dem äußeren Erscheinungsbild entsprechen die Kühlgeräte der Blue e-Generation den bewährten Toptherm-Kühlgeräten, die auch weiterhin ein Bestandteil des Produktprogramms bleiben. Die höhere Kälteleistungszahl (COP, Coefficient of Performance) – die z. B. beim Testgerät um 42 % höher liegt (von 1,2 auf 1,7) – ist das Ergebnis jahrelanger Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Sie resultiert aus dem optimalen Zusammenwirken aller für die Kälteleistung verantwortlichen Komponenten.
Der erste Schritt zur Effizienzsteigerung der neuen Kühlgeräte umfasst die gesamte Geometrie des kältetechnischen Aufbaus. Dabei wurden die Komponenten der bestehenden Geräte systematisch analysiert und – wo möglich – in Richtung Effizienzsteigerung angepasst. Dies betrifft zum Beispiel die Auslegung der Verflüssiger, Verdampfer, Kühllamellen, Rohrbögen und alle weiteren Kältekomponenten.

Ein zweiter Schritt umfasst die Optimierung der Lüftertechnik. Bei einem Großteil der Lüftermotoren kommt die EC (electronic commutation)-Technologie zum Einsatz. Die als Außenläufer aufgebauten Motoren ersetzen die übliche mechanische Polwendung durch elektronisches Kommutieren, das verschleiß-, funken- und störungsfrei arbeitet. Die Motoren haben einen dynamisch gewuchteten Rotor mit mehrpoligen Magneten. Die Rotorlage wird über mehrere Hallsensoren erfasst. Die Motorversorgung und Regelung übernimmt eine spezielle Betriebselektronik, die einen hohen Wirkungsgrad im gesamten Drehzahlbereich ermöglicht. Präzisionskugellager sorgen für eine hohe Lebensdauer und geringe Geräuschentwicklung.
Als dritter wesentlicher Schritt ist schließlich die Regelelektronik durch die neue Eco-Mode-Steuerung ideal ausgelegt. Wird ein Dauerbetrieb des Innenlüfters nicht benötigt, erfolgt automatisch dessen Abschaltung – und damit eine Einsparung der Stromkosten.

Bild 5. Die Energiespar-Kühlgeräte der Generation „Blue e“ – die bis zu 70 % je nach Anwendung an Energiekosten einsparen – werden zur Hannover Messe 2011 als Serie auf den Markt gebracht

Weniger Aufwand bei der Wartung
Der Aufwand für die Wartung von herkömmlichen Kühlgeräten war bislang für die Daimler AG groß. Dies bestätigt H. Bölle: „Wir betreiben viel Aufwand mit dem häufigen Wechseln der Filter. Aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen müssen diese wöchentlich ausgetauscht werden“. Minimale Wartungskosten garantieren dagegen die nanobeschichteten Verflüssiger der neuen Kühlgeräte. Deren Oberfläche ist mit einer glasharten und besonders glatten Beschichtung („RiNano“) veredelt, die Staub- und Schmutzpartikeln weniger Halt bieten. Dies wiederum gewährleistet, dass der hohe Wirkungsgrad während des Betriebs unverändert erhalten bleibt. „Mit den nanobeschichteten Geräten wird der Wartungsaufwand deutlich reduziert. Es reicht ein einfaches Ausblasen der Kühllamellen“, versichert der Leiter der Anlagentechnik. Und für die Zukunft stehen die Standards im Presswerk bereits fest: Bei Neuanlagen sind die neuen Kühlgeräte von Rittal vorgeschrieben.
Für ein sicheres Kondensatmanagement, das gleichzeitig die Unfallgefahr durch Pfützenbildung ausschließt, verfügt die Kühlgerätetechnik über eine integrierte, elektrische Kondensatverdunstung (Bild 4). Auf Kondensat-Auffangbehälter kann verzichtet werden.

Neuer Standard bei Kühlgeräten
Zur Hannover Messe plant Rittal den Serien-Rollout der Blue e-Kühlgerätegeneration für den Leistungsbereich von 500 W bis 4 000 W (Bild 5). Als Premiumlinie mit dem leistungsfähigen Regelungssystem Comfort-Controller sind sie verfügbar in Form von Wandanbau- und Dachaufbaugeräten. Varianten mit ein- und dreiphasigen Spannungsversorgungen werden ebenso realisiert wie der Betrieb bei 50 Hz oder 60 Hz. Bestellungen mit Basis-Controller werden dagegen weiterhin als die Toptherm-Geräte – ebenfalls mit „RiNano“-Beschichtung – ausgeliefert. Alle Gerätefamilien sind in den Abmessungen identisch, sodass ein gegenseitiger Austausch ohne mechanische Bearbeitung des Schaltschranks möglich ist.

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