Schaltschrank-Klimatisierung Energie-Effizienzsprung unter Beweis gestellt

Autor / Redakteur: Steffen Wagner und Hans-Robert Koch * / Kristin Rinortner

Rittal hat sich mit der Kühlgeräteserie Blue e+ zum Ziel gesetzt, den Energiebedarf von Kühlgeräten zu senken. Erste Teststellungen bestätigen eine bis zu sechs Mal höhere Energieeffizienz.

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Kühlgeräte: Um die Energieeffizienz deutlich zu erhöhen, setzt Rittal bei seiner aktuellen Kühlgeräte-Generation Blue e+ erstmals auf ein patentiertes Hybridverfahren.
Kühlgeräte: Um die Energieeffizienz deutlich zu erhöhen, setzt Rittal bei seiner aktuellen Kühlgeräte-Generation Blue e+ erstmals auf ein patentiertes Hybridverfahren.
(Bild: Rittal)

Das Herzstück des Kühlgerätes Blue e+ ist die patentierte Integration einer Heat Pipe in den klassischen Kompressor-Kältekreislauf. Sie ermöglicht eine passive Kühlung von Schaltschränken. Falls diese Kühlung nicht ausreichen sollte, verfügen die neuen Geräte zusätzlich über ein herkömmliches aktives Kühlsystem mit Kompressor. Dabei ist das aktive Kühlsystem stufenlos regelbar und lässt sich somit genau auf die individuellen Anforderungen einstellen.

Dieses Hybridsystem aus Heat Pipe und drehzahlgeregeltem Kompressor hat dabei einen enorm positiven Effekt auf den Energieverbrauch. Aktuelle Messungen bei Teststellungen in der Automobilindustrie bestätigen Energieeinsparungen um bis zu 75% gegenüber bisherigen Kühlgeräten des Herstellers Rittal.

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Herkömmliche Kühlgeräte arbeiten gewöhnlich mit einer Zweipunktregelung, die den Kompressionskältekreislauf bei Bedarf an- und ausschalten. Das heißt: Das System kühlt so lange unter Volllast, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist, und wird dann komplett ausgeschaltet. Steigt die Temperatur erneut, muss der Motor unter höchster Leistung wieder anlaufen, was neben einem hohen Energieverbrauch auch eine enorme Belastung für Motor, Lüfter und sonstige Bauteile bedeutet. Zudem werden zu kühlende Schaltschrank-Komponenten dadurch einem permanenten thermischen Stress ausgesetzt.

Mit Heat Pipe bis zu sechs Mal effizienter

Bei einer Temperaturdifferenz (ΔT) von 15°C zwischen Umgebungstemperatur und Schaltschranktemperatur sind die Blue e+-Geräte in der Lage, alleine über die Heat Pipe circa 60% der Wärmelast passiv abzuführen. Da Schaltschrankkühlgeräte überwiegend im Teillastbetrieb arbeiten, können somit die meisten Schaltschränke auch bei einem kleineren (ΔT) mit sehr geringem Energieaufwand gekühlt werden. Wirkungsgrade zwischen 5 bis 10 sind hier eher die Regel als die Ausnahme. Bei 15% Last arbeitet das Blue e+-Gerät passiv, also im reinen Heat-Pipe-Modus. Damit ist es sechs Mal effizienter als ein herkömmliches Kühlgerät.

Bei einer Auslastung von 65% arbeiten beide Systeme miteinander, das Gerät ist dann immer noch rund vier Mal effizienter als ein herkömmliches. Selbst bei Volllast und einem (ΔT) von 0°C ergibt sich immer noch ein Effizienzvorteil gegenüber herkömmlichen Kühlgeräten.

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CO2-Ausstoß bei herkömmlicher Schaltschrank-Klimatisierung

Europaweit sind Schätzungen zufolge circa 2 Millionen Schaltschrank-Klimageräte am Netz, die mit einer angenommen Anschlussleistung von 2 Gigawatt (Ø 1 kW pro Gerät) für einen CO2-Ausstoß von etwa 4 Millionen Tonnen pro Jahr verantwortlich sind.

Durch den Einsatz von drehzahlgeregelten DC-Motoren sowohl bei den Lüftern als auch beim Kompressor wird die Kühlleistung dem aktuellen Bedarf angepasst, sodass auch die Energieeffizienz der reinen Kompressor-Kühlung gesteigert werden konnte. Ihr Wirkungsgrad steigt gegenüber den modernsten bisherigen Systemen je nach Gerätetyp noch einmal um 7 bis 30%.

Funktionsweise der Heat Pipe

Die Heat Pipe basiert auf der Verdampfung eines Arbeitsmediums in einem evakuierten Rohr. Der Transport des Dampfes einerseits und der kondensierten Flüssigkeit andererseits geschieht ohne aktive Komponenten und basiert rein auf physikalischen Prinzipien, wie Schwerkraft und Kapillarkräften. Da weder ein Kompressor noch eine Pumpe notwendig sind, beschränkt sich der Energieverbrauch auf die Lüfter.

Die Heat Pipe ist besonders dann interessant, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen Schaltschrankinnenraum und Umgebung besteht. Beispielsweise kann das Kühlgerät mit einer Kühlleistung von 1,5 kW alleine 900 W Kühlleistung mit der Heat Pipe bereitstellen, wenn die eingestellte Schaltschrank-Innentemperatur 35°C beträgt und die Außentemperatur bei 20°C liegt.

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