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Energieeffizienz

Neue Technik bei der Klimatisierung von Schaltschränken spart Geld ein

| Autor/ Redakteur: Ralf Schneider / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Bei der Schaltschrank-Klimatisierung, der Rackkühlung in den IT-Abteilungen sowie bei der Prozesskühlung von Werkzeugmaschinen ist die „Herausforderung Energie-Einsparung“ ein Zukunftsthema. Angesichts steigender Klima- und Umweltprobleme müssen Ressourcen effektiv, ökonomisch und sozial verträglich genutzt werden. Intelligente Klimatechnik leistet dazu einen wichtigen Beitrag.

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Innovative Technik spart bei der Schaltschrankklimatisierung Geld ein und schont die Umwelt. Bild: Rittal
Innovative Technik spart bei der Schaltschrankklimatisierung Geld ein und schont die Umwelt. Bild: Rittal
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Energiepreise haben einen Wert erreicht, der selbst Worst-Case-Szenarien der zurückliegenden Jahre noch übertrifft. Kurzzeitige Einbrüche beim Rohölpreis kompensieren nicht die langfristige Tendenz eines stetigen Anstiegs. Über die – ernst zu nehmenden – Erfordernisse zur Erhaltung einer lebenswerten Umwelt hinaus ist es deshalb ein Gebot der wirtschaftlichen Vernunft, alle sich bietenden Einsparungspotenziale zu nutzen; denn nicht in Anspruch genommene Energie entlastet die Umwelt. Gleichzeitig, quasi als Belohnung, lassen sich damit die Betriebskosten kräftig senken. Die Zeit, in der man Klimatisierungskomponenten „quasi aus dem Bauch heraus“ dimensionierte, und dies gleich mit gehörigen Sicherheitszuschlägen nach oben, sollten deshalb der Vergangenheit angehören: Solche Lösungen sind Energieverschwender.

Hohe Kälteleistungszahlen sind bei der Schaltschrank-Klimatisierung entscheidend

Auch gerätetechnisch gilt es aufzurüsten: Hohen Kälteleistungszahlen, die im Dauerbetrieb aufrecht erhalten werden, ist bei Investitionen ein höherer Stellenwert einzuräumen als einem vordergründig niedrigen Preis. Denn wie bei Haushaltsgeräten – Stichwort Energieeffizienzklasse – wird der günstigere Beschaffungspreis in kürzester Zeit durch den höheren Verbrauch aufgefressen.

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Dies soll jedoch nicht als Freibrief für überteuerte Kühlgeräte und Wärmetauscher verstanden werden. Energieeffiziente Geräte lassen sich in Großserie und unter Nutzung der Plattformstrategie preiswert fertigen.

GS-Zeichen für energieeffiziente Klimatisierung

Das GS-Zeichen auf Kühlgeräten ist ebenfalls eine wichtige Entscheidungshilfe: Es stellt sicher, dass die auf dem Typenschild angegebenen Kälteleistungszahlen auch tatsächlich erreicht und eingehalten werden. Der folgende Beitrag zeigt am Beispiel von Rittal innovative Lösungen zur effektiven Klimatisierung auf.

Dass die Herborner Kühltechnikspezialisten traditionell auch Pioniere und Trendsetter sind, wenn es gilt, Verantwortung für die Umwelt zu übernehmen, haben sie durch ihre Pro-Ozon-Initiative schon vor Jahren gezeigt – und beweisen es mit energiesparenden Innovationen kontinuierlich aufs Neue.

Für Energieeffizienz gibt es kein zu früh

Die Weichenstellung für energiesparende Klimalösungen erfolgt lange vor der Installation der Kühlsysteme. Dazu stehen leistungsfähige Planungs- und Hilfsmittel zur Verfügung: Rechnergestützte Projektierungshilfen, die Simulation per CFD (Computational Fluid Dynamics), die Erprobung im Wärmelabor und die Optimierung per Thermografie führen zu optimal dimensionierten und damit energieeffizienten Kühllösungen (Bild 1).

Je nach Anwendungsfeld sollten die ausgewählten Kühlkomponenten skalierbar sein, damit gegebenenfalls eine nachträgliche Erweiterung möglich ist, wenn in den Schrank zusätzliche Verbraucher eingesetzt werden. Kühlgeräte erfahrener Systemlieferanten bieten solche Möglichkeiten.

IT und Elektronik stellen hohe Anforderungen an energieeffiziente Klimatisierung

Die beschriebenen Projektierungs- und Optimierungswerkzeuge für Lüftersysteme, Luft/Luft- und Luft/Wasser-Wärmetauscher, Rückkühlanlagen und aktive Kühlgeräte sind also keine Betätigungsfelder für theorieverliebte Wissenschaftler, sondern praktische Notwendigkeit: sowohl zur Energieeinsparung als auch für die Überlebensbedingungen der Elektronik und der Verfahrenstechnik selbst. IT-Serverracks mit 40 kW Verlustleistung sowie mit Leistungselektronik vollgepackte Schaltschränke stellen an die Kühltechnik hohe Anforderungen. Aus einem Volumen von etwa 0,6 m × 0,6 m × 2 m müssen Leistungen abgeführt werden, die zwei bis drei Einfamilienhäuser komplett mit Wärme versorgen könnten.

Weil ein Schaltschrank selten allein, sondern meist im Verbund aufgestellt wird, gilt es, eine sinnvolle Energierückgewinnung in Betracht zu ziehen. Die Tatsache, dass einerseits mühsam Wärme vernichtet und andererseits, fast unmittelbar daneben, aus knapper und teuer werdenden Rohstoffen Wärme zum Heizen erzeugt wird, ist weder sinnvoll noch ökonomisch zu vertreten. Rittal sieht aus diesem Grund bei seinen Rückkühlanlagen bereits jetzt Schnittstellen zur Weiternutzung der Abwärme vor. Gemeinsam mit Planern und Ingenieuren können diese in Pilotaktionen und -projekten einer allgemeinen Nutzung erschlossen werden (Bild 2).

Konstante Kälteleistung ist wichtiger Faktor zum Energiesparen

Kühlgeräte mit einer hohen Kälteleistungszahl zu bauen, ist eine technische Herausforderung. Genauso wichtig ist es jedoch, die Kühlleistung über die Betriebszeit konstant hoch zu halten; denn mit der Verschmutzung der Kühllamellen und der vorgeschalteten Luftfilter fällt die Kühlleistung von Klimageräten schnell und stark ab. Bei herkömmlichen Schaltschrank-Kühlgeräten ist bei belasteter Umgebung bereits nach kurzer Betriebszeit mit Leistungsverlusten von 30 bis 50% und einem adäquaten Anstieg des Stromverbrauchs zu rechnen.

Dass dies auch anders geht, zeigt Rittal bei seinen Toptherm-Plus-Kühlgeräten durch die innovative, blau schimmernde Rinano-Lackierung auf der Oberfläche des Verflüssigerpaketes (Bild 3). Durch sie ergibt sich eine feine Versiegelung der Kühllamellen: Nanopartikel mit sich einander ergänzenden Eigenschaften ordnen sich so an, dass eine Polymerstruktur entsteht, die durch einen hohen Kohlenstoffanteil (Diamanteffekt) besonders hart und glasartig glatt ist.

Aufgrund der geringeren Schmutzhaftung bleibt der Verflüssiger sauber. Auf Filtermatten kann oft gänzlich verzichtet werden. Aber auch dort, wo dies nicht möglich ist, können an Stelle der sich schnell zusetzenden Vliesfilter langlebige, seltener zu reinigende und wiederverwendbare Metallfilter eingesetzt werden.

Wartungsarbeits-Intervalle der Kühlanlagen verlängern sich

Was bedeutet dies in der Praxis? Die Intervalle für Wartungsarbeiten verlängern sich und die Kühlleistung bleibt länger auf einem konstant hohen Wert, nahe oder gleich der Nennkühlleistung. Universitätsuntersuchungen bestätigen die Eigenschaften der Rinano-Oberfläche. Die Rasterelektronenmikroskopie zeigt, dass an die Stelle einer „zerklüfteten“ Aluminiumoberfläche eine spiegelglatt versiegelte Struktur tritt.

Auch Langzeittests bei Automobilherstellern, wie Audi und VW, unterstreichen den hohen, kostensparenden Nutzen. Selbst in staub- und öldampfbelasteten Umgebungen war dabei ein nennenswerter Abfall der Kühlleistung über den Beobachtungszeitraum von mehreren Monaten und ohne zusätzliche Reinigung nicht festzustellen.

Insgesamt leisten derartig ausgestattete Kühlgeräte einen aktiven Beitrag zur CO2-Reduktion. Darüber hinaus zeichnet sie ihre konstruktiv verwirklichte Energieeffizienz aus, die über dem Branchendurchschnitt liegt. Ein Vergleich soll veranschaulichen, dass sich daraus stattliche Geld- und CO2-Einsparungen ergeben.

Rittal-Klimageräte haben Kälteleistungszahlen bis 2,30. Bei vielen herkömmlichen Kühlgeräten liegen diese Werte dagegen bei nur 1,64. Dadurch ergeben sich beim Betrieb von 200 Geräten – einer Stückzahl, die in modernen Fertigungsstraßen- und Fabriksteuerungen nicht ungewöhnlich ist – Energiemehrkosten von über 34000 Euro in einem Jahr (bei einem kWh-Preis von 11 Cent, einer Laufzeit von 16 h pro Tag an 250 Tagen und mit einem Verhältnis Volllast zu Leerlauf von 60 zu 40%).

Auch die CO2-Bilanz unterscheidet sich deutlich: Die Klimageräte mit der höheren Kälteleistungszahl erzeugen, unter sonst gleichen Bedingungen, 203 t pro Jahr weniger CO2 als die Vergleichsgeräte. Dort liegt also der wahre Gewinn – nicht nur monetär, sondern vor allem für die Umwelt; denn rund 97% des Treibhauseffektes durch Schaltschrankkühlgeräte gehen auf den Energieverbrauch und den damit verbundenen Kohlendioxydausstoß bei der Stromerzeugung zurück, nur 3% entfallen auf das Kältemittel.

Rittal betreibt seit Jahrzehnten umfangreiche Grundlagenforschung und neue Wege erschließende Vorausentwicklungen. Vorausschauend sind Studien über den „lebensverlängernden und besonders energieeffizienten gleitenden Betrieb“ von Kühlgeräten in Arbeit. Die energiesparende Abschaltung der Innenlüfter über ein Mastersignal bei Produktionsstillstand wird bereits umgesetzt. MM

Ralf Schneider ist Leiter internationales Produktmanagement Schaltschrank-Klimatisierung bei der Rittal GmbH & Co. KG in 35726 Herborn

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