Um die Energieeffizienz bei Schaltschrank-Kühlgeräten zu erhöhen, setzt Rittal bei seiner neuen Kühlgeräteserie erstmals auf eine neuentwickelte Hybridtechnik mit Inverterregelung. Was das Unternehmen an seinen Kühlgeräten verbessert hat, erfahren Sie auf den nächsten Seiten.

Rittal hat eine neue Kühlgeräte-Generation entwickelt. Das Herzstück der neuen Blue e+ Kühlgeräte von Rittal ist die Kombination einer Heat Pipe mit dem klassischen Kompressor-Kältekreislauf. Die Heat Pipe ist ein Wärmerohr, das mit einem Arbeitsmedium (Kältemittel R134a) gefüllt ist. Im Rohr befindet sich das Medium zu einem kleinen Teil im flüssigen und zu einem größeren Teil im dampfförmigen Zustand. Der Heat-Pipe-Wärmetauscher hat je eine Wärmeübertragungsfläche für Wärmequelle und Wärmesenke. Bei Wärmeeintrag auf der Schaltschrankinnenluftseite beginnt das Arbeitsmedium in der Heat Pipe zu verdampfen. Dadurch wird über dem Flüssigkeitsspiegel der Druck im Dampfraum lokal erhöht, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb des Wärmerohres führt. Der entstandene Dampf steigt auf und strömt zu einer Stelle mit niedrigerer Temperatur, d.h. zur Wärmesenke im Außenluftbereich, wo er kondensiert. An dieser Stelle erhöht sich die Temperatur durch die frei werdende Kondensationswärme. Die zuvor aufgenommene latente Wärme wird an die Umgebung abgegeben. Das nun flüssige Arbeitsmedium fließt durch die Schwerkraft wieder zurück an die Stelle, an der die Wärme eingeleitet wird (Wärmequelle).

Zwei-Phasen-Thermosyphon

Bei dem Heat Pipe System handelt es sich um ein sogenanntes „Zwei-Phasen-Thermosyphon“, in dem das Medium ausschließlich aufgrund der Schwerkraft kreist. D.h. das flüssige Arbeitsmedium fließt allein durch die Schwerkraft zurück zur Wärmequelle. Damit das Schwerkraftprinzip für das Kühlgerät richtig funktioniert, befindet sich der wärmeaufnehmende Teil unterhalb des wärmeabgebenden Teils der Heat Pipe. Bei einer positiven Temperaturdifferenz (∆T) von z. B. +15 Kelvin zwischen Schaltschrankinnentemperatur (z. B. = +35°C) und Umgebungstemperatur (z. B. = +20°C) können so über die Heat Pipe circa 60 Prozent der gesamten Wärmelast eines Schaltschrankes mit 1,5 kW Verlustleistung passiv, d.h. ohne zusätzliche Umwälzpumpe, abgeführt werden. Der Vorteil des Schwerkraftprinzips liegt darin, dass bei einer Umkehr der Temperaturbedingungen mit einer negativen Temperaturdifferenz von z. B. -10 Kelvin (z. B. Schaltschrankinnentemperatur = +35°C; Umgebungstemperatur = +45°C) keine Wärmeenergie von außen über die Heat Pipe in den Schaltschrank eingetragen werden kann. In diesem Fall kann das dampfförmige Kältemittel nicht weiter aufsteigen. Es kommt zu keiner Verflüssigung des Kältemittels und der Flüssigkeitsstrom kommt zum Erliegen. Bei kleiner werdenden Temperaturdifferenzen (∆Ts) wird also die Leistung der Heat Pipe immer geringer und das Blue e+ Kühlgerät arbeitet nun im aktiven Kompressorbetrieb.

Hohe Energieeffizienz

Auch die Energieeffizienz der reinen Kompressor-Kühlung der neuen Geräteserie ist 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 von bis zu 75 Prozent möglich, wie erste Testergebnisse in der Automobilindustrie zeigen. Die Regelungstechnik der Blue e+ Kühlgeräte wurde auf die Hybrid-Technik abgestimmt. Ist die Umgebungstemperatur deutlich niedriger als die Solltemperatur im Schaltschrank, so arbeiten nur die Lüfter im Innen und Außenkreislauf. Der Kompressor bleibt ausgeschaltet und die Kühlung geschieht passiv über die Heat Pipe. Bei kleiner werdendem ∆T wird die Drehzahl der Lüfter von der Regelung über den integrierten Inverter kontinuierlich erhöht. Reicht die dadurch erhöhte Luftmenge nicht mehr aus, um die komplette Wärmeenergie über die Heat Pipe abzuführen, schaltet die Regelung den Kompressor hinzu. Das Kühlgerät arbeitet nun im Hybrid-Betrieb. Steigt die Umgebungstemperatur weiter an und erreicht einen Wert über dem Sollwert der Schaltschrankinnenluft, so arbeitet das Kühlgerät im reinen Kompressorbetrieb.
Die Regelelektronik misst ständig, wie viel Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden muss und passt dabei die Drehzahl der Lüftermotoren und des Kompressors auf den optimalen Wert an. Hierdurch wird nicht nur eine sehr hohe Energieeffizienz erreicht. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist auch die sehr genaue Temperaturkonstanz im Schaltschrank.

Inverter sorgt für Mehrspannungsfähigkeit

Bei der Neuentwicklung wurde aber auch in anderen Bereichen auf die Wirtschaftlichkeit ein besonderes Augenmerk gelegt. So sind jetzt sämtliche Geräte mehrspannungsfähig und können mit praktisch allen weltweit üblichen Netzspannungen und Frequenzen betrieben werden. Der mögliche Eingangsspannungsbereich geht von 110 V (einphasig) bis 480 V (dreiphasig) bei Netzfrequenzen von 50 Hz oder 60 Hz. Möglich wird diese Mehrspannungsfähigkeit durch die eingesetzte Inverter-Technologie. Der große Vorteil, der insbesondere bei Maschinenbauern von Interesse ist, die ihre Maschinen weltweit vertreiben, ist der geringere Logistikaufwand. Das Kühlgerät ist immer das gleiche, egal ob die Maschine nach Japan, in die USA oder innerhalb Europas ausgeliefert werden soll. Außerdem erhalten alle neuen Kühlgeräte ein UL-Listing, was die Abnahme einer Maschine auf dem US-amerikanischen Markt deutlich vereinfacht.

Einfache Bedienung mit Echtzeitanbindung

Bei der Bedienung der neuen Kühlgeräte setzt Rittal jetzt ein Bedienpanel ein, das mit einem Touchdisplay ausgestattet ist. Es handelt sich hierbei um ein resistives (druckempfindliches) Touch-Display, welches speziell für eine rauhe Industrieumgebung ausgelegt wurde. Auf der Multicolour-TFT-Anzeige mit einer Auflösung von 480 x 276 Pixeln werden alle Systemmeldungen jetzt in Klartext statt der bisherigen üblichen Codes dargestellt. Der Startbildschirm erscheint stets im normalen Betrieb des Kühlgerätes und zeigt die aktuelle Innentemperatur entweder in °C oder °F sowie den aktuellen EER-Durchschnittswert  und die durchschnittliche Innentemperatur der letzten 24 Stunden an. Die intuitive Bedienlogik erlaubt durch seine mehrsprachige Klartextausgabe eine leichtere Bedienung, schnellere Reaktionszeit sowie genauere Fehlerbeschreibungen im Störfall. Dies führt zu einer deutlich erhöhten Betriebssicherheit.
In vielen Fällen kann sich das Bedienpersonal selbst helfen, ohne dass Spezialisten hinzugezogen werden müssten. Auch präventive Wartungshinweise sind in das Bedienkonzept integriert. So wird z. B. angezeigt, wenn eine eventuell verwendete Filtermatte oder der Verflüssiger zu stark verschmutzt ist. Außerdem kann über die Reglerelektronik erfasst werden, ob sich die Stromaufnahme der Lüfter im Vergleich zu ihrer Drehzahl noch innerhalb der Grenzwerte befindet oder nicht. Ein Wert außerhalb der Grenzwerte deutet auf einen beginnenden Lagerschaden hin, da hierbei die Stromaufnahme im Vergleich zur Drehzahl deutlich ansteigt. Dadurch lassen sich Wartungen optimal planen und Stillstandszeiten können vermieden werden, da der Lüfter bereits vor dem eigentlichen Totalausfall gewechselt werden kann. Die Textanzeigen sind generell zweisprachig, wobei sich die beiden Sprachen frei wählen lassen. Auch asiatische und kyrillische Schriftzeichen sind dabei möglich.

Intelligente Kommunikationsschnittstellen

Um mit übergeordneten Systemen zu kommunizieren, stehen bei den Geräten der Serie Blue e+ mehrere Möglichkeiten zur Auswahl. Neu ist eine NFC-Anbindungen (Near Field Communication), mit der sich die wichtigsten Daten mit einem Smartphone übertragen lassen. Ideal geeignet ist diese Möglichkeit, um mit der passenden Smartphone-App Set-up-Daten an eine ganze Reihe von Kühlgeräten zu übertragen. Gleichzeitig lassen sich auch Auswertungen – zum Beispiel aus der Temperaturregelung – ganz einfach auf dem Smartphone visualisieren und speichern. Über die integrierte USB-Schnittstelle lässt sich ein PC anschließen, auf dem in der Diagnosesoftware RiDiag alle Daten aus dem Kühlgerät ausführlich dargestellt und ausgewertet werden können.
Mit einem optionalen Add-on-Modul ist auch die Echtzeitanbindung beispielsweise an eine SPS möglich. Standardisierte Kommunikationsschnittstellen sorgen für einfachste Einbindung in die Leitsysteme der Produktionsanlagen. Darüber hinaus erlauben verschiedene Protokolle wie z.B. CAN Bus , Modbus TCP oder Ethernet/Profinet einen Datentransfer in Echtzeit über die CAN- bzw. Ethernet-Schnittstelle. Als Protokolle stehen dazu CAN und Ethernet/Profinet zur Verfügung. Gerade im Umfeld der Diskussionen zum Thema Industrie 4.0 ist solch eine Echtzeitanbindung von großer Bedeutung.