Quantensprung der Effizienz

Titel

Kühlgeräte – Unter dem Namen Blue e+ bringt Rittal eine komplett neue Kühlgerätegeneration auf den Markt. Die Geräte sparen vor allem sehr viel Energie ein und sind darüber hinaus sicher und flexibel sowie leicht zu bedienen.

20. Mai 2015

Europaweit sind Schätzungen zufolge rund zwei Millionen Schaltschrank-Klimageräte am Netz, die mit einer angenommen Anschlussleistung von zwei Gigawatt ein gesamtwirtschaftlich relevantes Verbrauchspotenzial darstellen und für einen CO2-Ausstoß von etwa vier Millionen Tonnen pro Jahr verantwortlich sind. Dieser Situation will Rittal aktiv entgegenwirken. Das Unternehmen hat sich vorgenommen, einen positiven Beitrag zum Klimaschutz zu leisten und den steigenden Energiepreisen zu begegnen.

Als deutliches Bekenntnis, den Energiebedarf von Kühlgeräten signifikant zu senken, bringt Rittal unter dem Namen Blue e+ eine komplett neue Kühlgerätegeneration auf den Markt. »Damit unterstreichen wir einmal mehr unseren Anspruch, weltweiter Technologieführer für die Systemklimatisierung zu sein«, sagt Dr. Thomas Steffen, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung. »Neben einem Quantensprung bei der Energieeffizienz überzeugen die neuen Kühlgeräte auch dank ihres hohen Kundennutzens bei Engineering, Logistik, Betrieb und Wartung.«

Nach vier Jahren Entwicklungszeit soll der Start der Serienproduktion bereits im Juni 2015 erfolgen. Laut Rittal ist Blue e+ die derzeit wirtschaftlichste Kühlgeräteserie der Welt. Sie bietet eine hohe Energieeffizienz, konstante Temperaturen und hohe Betriebssicherheit. Die Geräte decken einen erweiterten Leistungsbereich von 1.500 bis 6.000 Watt ab, der Anwender hat die Wahl zwischen drei Montagearten. Auch der Temperaturbereich ist größer geworden und liegt jetzt zwischen –30 bis 60 Grad Celsius.

Patentierte Hybridtechnologie

Grundlage für die hohe Temperaturkonstanz und die damit verbundene Energieeffizienz ist eine erstmals für Schaltschrank-Kühlgeräte entwickelte, patentierte Hybridtechnologie. »Diese arbeitet mit einer einzigartigen Kombination aus einem Kompressor-Kühlgerät und einer Heat Pipe«, sagt Steffen Wagner, Leiter Produktmanagement Climatisation bei Rittal. »Letztere sorgt für eine passive Kühlung, die von drehzahlgeregelten Lüftern optimal und bedarfsgerecht unterstützt wird. Der Kompressor kommt nur dann zum Einsatz, wenn die passive Kühlung nicht mehr ausreicht. Damit lässt sich nicht nur Energie sparen, sondern auch die Lebensdauer des Kompressors verlängern.«

Wesentlichen Einfluss auf die enorme Wirkungsgradsteigerung hat die Regelstrategie für den Hybridbetrieb, der auf Energieeffizienz im Teillastbetrieb optimiert ist. Durch diese technische Maßnahme ist das Blue e+ Gerät bei Teillast von 15 Prozent im reinen Heat-Pipe-Modus sechsmal effizienter als ein herkömmliches Kühlgerät. Bei Teillast von 65 Prozent arbeiten beide Systeme im Hybridbetrieb und damit viermal effizienter als ein herkömmliches Gerät.

Auch die Energieeffizienz der reinen Kompressor-Kühlung der neuen Geräteserie ist sehr hoch. Zum Einsatz kommen DC-Motoren sowohl bei den Lüftern als auch beim Kompressor. Dank der Inverter-Technologie, mit der über eine Spannungsregelung die Drehzahl von Kompressor und Lüfter eingestellt werden kann, wird immer exakt die Kühlleistung zur Verfügung gestellt, die aktuell benötigt wird. Der Energieverbrauch sinkt dadurch gegenüber einer herkömmlichen Lösung deutlich.

»Durch die hohe Energieeffizienz der neuen Kühlgeräte sind Einsparungen – wie erste Teststellungen in der Automobilindustrie zeigen – von bis zu 75 Prozent möglich«, betont Steffen Wagner.

Durch die Inverter-Technologie sind die Geräte der Serie Blue e+ mehrspannungsfähig und somit weltweit problemlos einsetzbar. Das UL-Listing ermöglicht den Betrieb der Kühlgeräte in den USA auch ohne zusätzliche Zertifizierung. Der mögliche Eingangsspannungsbereich geht von 110 Volt (einphasig) bis 480 Volt (dreiphasig) bei Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hertz.

Vor allem weltweit tätige Maschinenbauer haben dank der Mehrspannungsfähigkeit einen geringeren Logistikaufwand, denn das Kühlgerät ist immer das gleiche und für alle Spannungsbereiche weltweit zugelassen. Darum ist es egal, ob die Maschine nach Japan, in die USA oder innerhalb Europas ausgeliefert werden soll. Dies führt nicht nur zu einer deutlichen Reduktion der Gerätevarianten, sondern auch zu einer erheblichen Vereinfachung in der Ersatzteillogistik und Lagerhaltung.

Durch die leistungsgeregelte Kühlung entfällt für alle Komponenten im Schaltschrank der thermische Stress. Ständige Temperaturschwankungen, wie bei der klassischen Zwei-Punkt-Regelung der Fall, gehören der Vergangenheit an. »Mit dem Blue e+ schonen wir die Komponenten in einer Anlage, denn wir schaffen konstante Bedingungen bei 35 Grad Celsius. Und je konstanter dieser Wert aufrechterhalten wird, desto länger ist die Lebensdauer. Da ein Ausfall einer einzigen Komponente im Schaltschrank zum Ausfall einer ganzen Anlage führen kann, ist diese Eigenschaft von hoher Bedeutung für die Prozesssicherheit der Anwender«, sagt Dr. Thomas Steffen.

Jederzeit volle Kontrolle

Das neue grafische Touchdisplay bietet alle relevanten Informationen auf einen Blick. Systemmeldungen werden als Klartext und mehrsprachig angezeigt. Standardisierte Kommunikationsschnittstellen sorgen für die einfache Einbindung in die Leitsysteme sowie die Anlagenvisualisierung und -bedienung der Produktionsanlagen. Darüber hinaus erlauben verschiedene Protokolle wie CANbus oder Modbus TCP einen Datentransfer in Echtzeit über die CAN- beziehungsweise Ethernet-Schnittstelle.

Eine Near-Field-Communication-Schnittstelle (NFC) ermöglicht eine einfache Parametrierung mehrerer Kühlgeräte über ein technisch geeignetes Smartphone oder Tablet. Dazu hat das Team von Rittal auch eine App entwickelt. »Wir unterstützen unsere Kunden bei der Instandhaltung deutlich«, sagt Steffen Wagner. »Dazu stellen wir ihnen, die über eine Ethernet-Schnittstelle direkt aus der Steuerung ausgelesenen Daten, im Fehlerfall per App zur Verfügung. So kommen wir schon in den Bereich der vorausschauenden Wartung.«

Deutlich werde der Nutzen auch beim Parametrieren: Bei Dachkühlgeräten zum Beispiel kann das einfach vom Boden aus geschehen und mit einem Klick bei vielen Kühlgeräten gleichzeitig.

Für die Ermittlung der Total Cost of Ownership (TCO) stellt Rittal einen Energieeffizienzrechner bereit. »Wenn der Kunde dort seine Leistungsparameter definiert, bekommt er angezeigt, wieviel Energie pro Jahr er in Euro mit den neuen Geräten einsparen kann«, nennt Dr. Steffen den unmittelbaren Nutzen des Werkszeugs.

Rittal hat die neuen Kühlgeräte aber nicht einfach im stillen Kämmerlein entwickelt. »Einige unserer Kunden bekamen den Blue e+ vorab zum Testen, damit sich die Geräte im Feld bewähren können und wir ein profundes Feedback erhalten«, erklärt Dr Thomas Steffen. »Und es hat sich gelohnt; die Rückmeldungen sind sehr positiv. Es zeigt sich, dass die Neuentwicklung die erwarteten Energieeinsparungen auch unter realen Einsatzbedingungen in der Industrie erfüllt«, sagt der Geschäftsführer.

Ergebnisse bestätigt

Zur Teststellung ist das Gerät zum Beispiel bei der Audi AG in Ingolstadt, denn Rittal stuft den Automobilbau als ein wichtiges Einsatzgebiet für die Neuentwicklung ein. Dort erfolgt derzeit eine Vergleichsmessung des Blue e+ mit der aktuellen Serie TopTherm Blue e und einem älteren Kühlgerät von Rittal. Bereits jetzt bestätigen die ersten Ergebnisse des Feldtests exakt die Leistungswerte, die das Entwicklerteam bei Rittal in seinen theoretischen Berechnungen ermittelt hatte.. »Im direkten Vergleich mit dem aktuellen TopTherm Blue e Kühlgerät von Rittal unter gleichen Bedingungen haben wir mit dem Blue e+ Gerät bisher 75 Prozent Energieeinsparungen bei der Kühlung erzielen können«, sagt Andreas Korn von der Planung Automatisierungstechnik. »Mit den neuen Kühlgeräten setzt Rittal neue Maßstäbe für Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung.«

Im Maschinenbau ist die hohe Lebensdauer von Anlagen sehr wichtig. Um Ausfällen vorzubeugen, müssen Steuerungskomponenten bedarfsgerecht klimatisiert werden, die in der Maschine oft thermischem Stress ausgesetzt sind. Seit Januar 2015 befindet sich ein Wandanbaukühlgerät des Blue e+ unter realen Einsatzbedingungen im Leistungscheck beim Maschinenbauer Kapp in Coburg. Das Ergebnis: Mit dem Blue e+ reduzieren sich die thermischen Belastungen durch Temperaturschwankungen um 95 Prozent gegenüber dem derzeitig eingesetzten zweipunktgeregelten Kühlgerät. Hier betrug die Temperaturdifferenz zum Sollwert fünf Kelvin, bei der Neuentwicklung war in gleicher Zeit dank der bedarfsgerechten Regelung nur eine Abweichung von 0,2 Kelvin zu verzeichnen.

»Dieses Ergebnis hat mich wirklich überrascht und auch beeindruckt«, sagt Alfred Tenner, Leiter der Abteilung Messen, Steuern, Regeln bei Kapp. »Mit der Temperaturgenauigkeit der neuen Rittal Blue e+ Kühlgeräte können wir den thermischen Stress für unsere Steuerungen signifikant senken und erhöhen damit automatisch die Lebensdauer unserer Anlagen. Ein absolutes Plus für uns im Maschinenbau.«

Um den Vorteil der Mehrspannungsfähigkeit im Feld zu bestätigen, testet Rittal das neue Gerät beim Maschinenbauer J.G. Weisser Söhne GmbH & Co. KG in St. Georgen. Unter realen Produktionsbedingungen muss es sich im direkten Vergleich mit einem aktuellen Kühlgerät an identischen Steuerungsschränken beweisen.

Zeit und Kosten einsparen

Thorsten Rettich, Geschäftsführer Technik von J.G. Weisser, zieht ein erstes Fazit: »Dadurch, dass wir zukünftig nur mit einem Gerät planen und damit gleichzeitig alle Netzspannungen und Frequenzen unserer Kunden weltweit abdecken können, sind die neuen Blue e+ Kühlgeräte von Rittal ein absoluter Benefit für uns.« Die Reduzierung in der Lagerhaltung und Stammdatenverwaltung auf nur noch eine Artikelnummer pro Leistungsklasse spare Zeit und Kosten ein – von der Planung über den Einkauf bis zur Lagerhaltung. »Die sehr hohen Einsparungsmöglichkeiten beim Energieverbrauch können wir auch selbst als Werbung bei unseren Kunden nutzen.«

Auf einen Blick

Merkmale des Blue e+

- Patentierte Hybridtechnologie aus Heat Pipe und Kompressortechnik.

- Energieeinsparung bis zu 75 Prozent im Test.

- Mehrspannungsfähigkeit für alle Netze weltweit.

- Inverter-Technologie, für leistungsgeregelte Kühlung und höhere Prozesssicherheit.

- Kommunikation und Schnittstellen in einer neuen Dimension.

- Montage- und Wartungsfreundlichkeit.

»Neue Maßstäbe setzen«

Vier Jahre hat das Team am Blue e+ gearbeitet. Produktmanager Steffen Wagner erzählt, ob sich die Arbeit gelohnt hat und was das neue Kühlgerät kann.

Herr Wagner, aus welcher Motivation beziehungsweise Anforderungslage heraus ist der Startschuss für die neue Kühlgerätegeneration gefallen?

Die aktuelle Rittal TopTherm Kühlgeräteserie galt bisher als das effizienteste Kühlgeräteprogramm. Trotzdem haben wir uns zum Ziel gesetzt, neue Maßstäbe bei der Energieeffizienz zu setzen und eine komplette Neuentwicklung mit deutlich höheren wirtschaftlichen Vorteilen auf den Markt zu bringen. Rittal hat den Anspruch, seine Technologieführerschaft bei der Schaltschrank-Kühlgerätetechnik weiter auszubauen.

Welchen Anteil an der Entwicklung hat die durchgeführte Kundenbefragung?

Unsere weltweit durchgeführte Kundenbefragung war Basis für die Erstellung des Lastenheftes und somit entscheidend für die technische Entwicklung der Blue e+ Kühlgeräte. Wir haben dabei die zukünftigen Anforderungen an Kühlgeräten bei insgesamt 64 Kunden aus Nord- und Südamerika, Asien und Europa in den Bereichen Maschinenbau, Elektrotechnik, Verkehrstechnik, Fertigung, Energieproduktion und Infrastruktur analysiert. Das Ergebnis: Neben einfacher Bedienung und Montage sowie Mehrspannungsfähigkeit war Energieeffizienz die wichtigste Anforderung an eine Neuentwicklung.

Welche besonderen Herausforderungen hatten Entwickler und Produktmanager zu bewältigen?

Unsere Entwickler standen vor der Herausforderung, dass mit der bisherigen Kühlgeräte-Technologie eine wesentliche Erhöhung der Energieeffizienz nicht möglich war. Es musste somit ein komplett neues Konzept entwickelt werden – mit einem hohen Nutzen für den Anwender. Technologisch ist vieles machbar, aber es muss letztlich für den Kunden auch bezahlbar bleiben. So bestand zudem die Herausforderung zu entscheiden, auf welche technischen, durchaus realisierbaren Details verzichtet werden kann.

Was ist anders und besser an den neuen Geräten?

Um in völlig neue Bereiche der Energieeffizienz vorzudringen, kombiniert Rittal bei der neuen Kühlgeräte-Generation Blue e+ erstmals zwei bisher stets getrennte Kühlverfahren zu einer Hybridtechnologie: die oft zur Kühlung von zum Beispiel Computer-Prozessoren verwendete Heat Pipe und ein Kompressor-Kühlaggregat, wie man es auch aus bisherigen Schaltschrank-Kühlgeräten kennt. Klingt einfach, ist es aber nicht, denn die unterschiedlichen Verfahren sollen sich ergänzen, dürfen einander aber nie stören.

Die Kunst liegt in der richtigen Regelstrategie für den Hybridbetrieb. Diese ist auch entscheidend für die hohe Energieeinsparung. Aktuelle Teststellungen in der Automobilindustrie wie bei der Audi AG in Ingolstadt bestätigen Energieeinsparung von bis zu 75 Prozent. Neben der Mehrspannungsfähigkeit, mit der sich die Geräte bei allen Netzspannungen und Frequenzen weltweit einsetzen lassen, ist auch die bedarfsgerechte Kühlung mit hoher Temperaturgenauigkeit ein deutliches Plus für unsere Kunden. Damit lässt sich der thermische Stress für Steuerungen und andere Komponenten signifikant reduzieren.

Welche Stellung sollen diese in Zukunft im Rittal-Programm spielen?

Unser Ziel ist, die bisherigen Geräte der Rittal TopTherm Blue e Serie durch die neuen Blue e+ Geräte mittelfristig zu ersetzen und natürlich weltweit weitere Marktanteile zu gewinnen. Blue e+ soll zum Kernprodukt der Rittal-Klimatechnik werden.

Video zum neuen Blue e+: www.rittal.com/de

Erschienen in Ausgabe: 04/2015