Wärmemanagement im Schaltschrank Rittal hat neues Energie-Effizienz-Label nach DIN EN ISO 14021 eingeführt

Nach der neuen VDE-Studie „Effizienz- und Einsparpotenziale elektrischer Energie in Deutschland“ erhöht sich der Stromverbrauch bis 2025 um fast 30 Prozent. Vor allem die Industrie ist angehalten, alle Energie-Einsparmöglichkeiten konsequent zu nutzen. Rittal zeigt sowohl mit der Einführung eines neuen „Efficiency-Labels“ für Schaltschrank-Kühlgeräte als auch bei Effizienz-Maßnahmen in der Produktion, dass dies in die Praxis umgesetzt werden kann.

Anbieter zum Thema

Bürklin GmbH & Co. KG

CSA Group Bayern GmbH

Schneider Electric GmbH

Rittal GmbH & Co. KG

Wie hoch das Thema Energieeffizienz derzeit in Deutschland auch politisch angesiedelt ist, zeigt die aktuell durchgeführte Expertenbefragung „Effpro – Untersuchung zur Energieeffizienz in der Produktion“. Diese wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bei der Fraunhofer Gesellschaft mit Beteiligung führender Industrieunternehmen in Auftrag gegeben.

Das Ziel der Untersuchung ist, zukünftige Forschungspotenziale im Bereich der Energieeffizienz in der Produktion zu identifizieren. Dabei geht es u.a. darum, Prozessketten zu optimieren, die zu einer Effizienzsteigerung der Produktionsprozesse von etwa 20 bis 30% führen können, den Primärenergiebedarf zu reduzieren, den CO2-Ausstoß zu senken und dadurch Wettbewerbsvorteile zu schaffen.

Einsparmöglichkeiten bei Klimageräten

Deutliche Effizienzsteigerungen sind im Bereich der System-Klimatisierung realisierbar. Jedes Kühlgerät verbraucht während seines Produktlebens ein Mehrfaches seines Beschaffungspreises an Energie- und Betriebskosten. Immer größere Bedeutung gewinnt deshalb die Effizienz, mit der die Kühlleistung mittels elektrischer Primärenergie erzeugt wird. Je höher die auf Dauer eingehaltene Kälteleistungszahl ist, desto geringer fallen die Betriebskosten aus. Intelligente Kühltechnik kann hierzu einen wichtigen Beitrag leisten.

Wirkungsgrad der Kühltechnologie steigern

Den rasant steigenden Verlustleistungen durch immer leistungsfähigere Technik in Produktionsprozessen lässt sich nur mit hocheffizienten Kühlsystemen begegnen. Dabei stehen Klimaschutz und Energiekostenersparnis im Mittelpunkt. Um beides gleichermaßen zu erreichen, hat sich das Herborner Unternehmen seit vielen Jahren der kontinuierlichen Steigerung des Wirkungsgrades der Kühltechnologie gewidmet. Beispielsweise durch eine schmutzabweisende Nanobeschichtung der TopTherm-Plus-Kühlgeräte (Bild 1) und durch Kälteleistungen, die seit 1993 um bis zu 49% gesteigert wurden. Diese erreichen derzeit einen Wert von bis zu 2,30 im Dauerbetrieb (zum Vergleich: herkömmliche Geräte erzielen im Durchschnitt eine Kälteleistungszahl von 1,60).

Damit drin ist, was drauf steht

Als wegweisenden Schritt hat Rittal ein neues Energie-Effizienz-Label nach DIN EN ISO 14021 eingeführt. Es garantiert den Anwendern nachvollziehbar höchste Effizienz des Energieeinsatzes in der Gesamtbilanz des Systems. Diese Hersteller-Selbstverpflichtung wurde in enger Zusammenarbeit mit den unabhängigen Einrichtungen Fraunhofer Institut (IPA), TÜV NORD und Deutsche Montan Technologie (DMT) erarbeitet und in die Praxis umgesetzt. Mit dem „Efficiency-Label“ werden Schaltschrank-Kühlgeräte gekennzeichnet, die nachweislich die Vorgaben der DIN 3168 erfüllen. Diese Norm wird zwar im Markt breit zitiert, jedoch nicht seriendeckend eingehalten.

Drei Bereiche für das Energielabel

Energieeffizienz hat beim Unternehmen mehrere Dimensionen. Deshalb wird das neue Label durch drei Bereichskennzeichnungen ergänzt:

• ENERGY – das bedeutet reduzierter Energieverbrauch durch Verbesserung des Wirkungsgrades.
• WASTE – das bedeutet reduzierter Verbrauch von Filtermedien durch Nanotechnologie.
• PERFORMANCE – das bedeutet dauerhaft hoher Wirkungsgrad durch Nanotechnologie.

Kein zu früh und zu spät

Die Weichenstellung für energiesparende Klimalösungen erfolgt lange vor der Installation der Kühlsysteme. Stehen Planer vor der komplexen Aufgabe, Kühlsysteme neu und vor allem richtig zu dimensionieren, lässt sich das in der Regel nicht mehr „aus dem Bauch heraus“ bewerkstelligen. Dazu gibt es rechnergestützte Projektierungshilfen, wie beispielsweise die Software Therm 5.12. Sehr einfach werden hier die Rahmenbedingungen wie Gehäuseabmessungen, gewünschte Schrankinnen- und Umgebungstemperatur und installierte Verlustleistung eingegeben. Auch die innere Luftführung lässt sich wählen. Das Programm liefert „per Knopfdruck“ die optimale Kühlkonzeption, die Verschwendung durch ein ungewolltes Überdimensionieren ausschließt.

Soll ein Schaltschrank-Kühlsystem mit minimaler Betriebsleistung auskommen, muss die Luftzirkulation im Inneren grundlegend optimiert werden. Mit CFD-Tools (Computational Fluid Dynamics) lassen sich Strömungsmodelle simulieren und Luftbewegung innerhalb des Schrankes numerisch darstellen. Dabei werden Temperatur, Druck und Strömungsgeschwindigkeit an wichtigen Punkten erfasst und visualisert bevor der erste Prototyp gebaut wird.

Ein weiterer Schritt zur Energieeffizienz kann die nachträgliche Optimierung durch Thermografie sein. Per Wärmebildkamera lassen sich temperaturkritische Punkte erkennen und nachträglich durch gezielte Maßnahmen entschärfen. Damit stellt man sicher, nicht den gesamten Schrank wegen einzelner, möglicherweise kritischer Bauteile kühltechnisch überzudimensionieren.

Bereit für den Klimawechsel

Sollte ein europaweites Verbot des derzeit eingesetzten Kühlmittels R 134a ratifiziert werden, kann das Kältemittel CO2 für die Schaltschrank-Klimatisierung zukünftig eine erste Wahl sein. Rittal bietet sowohl für die System-Klimatisierung als auch für Automotive Lösungen auf CO2-Basis an. Das Unternehmen offeriert die ersten Wand- und Dach-Klimageräte mit CO2 als Kühlmedium (Bild 2) und einer effektiven Netto-Nutzkühlleistung von 1000 W als Standardprodukte. Bisher zählen drei weltweit führende Unternehmen aus der Automobil- und Pharmaindustrie zu den Interessenten an den CO2-Kühlgeräten.

Grünes Rechenzentrum in der Praxis

Dass die Herborner nicht nur im Industriebereich, sondern auch in der IT konsequent auf energieeffiziente Lösungen setzen, zeigt ein aktuelles Projekt beim weltweit führenden Hersteller von Pumpen und Pumpensystemen WILO. Beim Neubau des Rechenzentrums in der Dortmunder Unternehmenszentrale setzte man moderne IT-Lösungen mit maximaler Energieeffizienz ein. Ein intelligenter Klima-Mix aus Doppelboden-Klimatisierung – sprich Raumkühlung – mit drei Präzisions-Umluft-Klimasystemen und der Hochleistungs-Rack-Kühlung der Serie LCP sorgt zukünftig für optimales Klima.

Umluft-Klimasysteme mit Wärmetauscher

Die im TS8-Schrank aufgebauten Umluft-Klimasysteme (Bild 3) sind im oberen Bereich jeweils mit einem Wärmetauscher ausgestattet. Unterhalb davon – bereits unterhalb des Doppelbodens – arbeitet ein hocheffizienter Radialventilator, der die abgekühlte Luft vertikal nach unten abzieht und ohne zusätzliche Umlenkung in den Doppelboden bläst.

Herkömmliche Architekturen belassen die Lüfter oberhalb des Doppelbodens, also im Rack. Aufgrund der dadurch erforderlichen zusätzlichen Umlenkungen entstehen Stoß- und Umlenkverluste, und somit ein zusätzlicher Druckverlust, der überwunden werden muss. Durch den Einbau der Lüfter unterhalb des Racks entsteht maximaler Einbauraum für den im Rack installierten Wärmetauscher. Der geringere Druckverlust sorgt dafür, dass die Energiekosten für den Ventilator im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen bis zu 30% sinken.

Free-Cooling nutzt natürliche Ressourcen

Zum Erzeugen des Kaltwassers für die Raum- und Serverkühlung kommen zwei im Außenbereich aufgestellte, luftgekühlte IT-Chiller, so genannte Kompakt-Kaltwassersätze, in Free-Cooling-Ausführung zum Einsatz (Bild 4). Damit lässt sich die im Winterhalbjahr sowie in den Übergangszeiten nachts verfügbare Außenkälte zur Hardware-Kühlung nutzen. Durch die kalte Luft wird das in Rohrleitungen durchgewälzte Kaltwasser abgekühlt. Die 1+1 redundant angelegten IT-Chiller verfügen jeweils über Kältekompressoren, die dann gleitend im Sommerbetrieb die Rückkühlfunktion übernehmen.

Umweltschutz bereits in der Produktion

Die Verantwortung gegenüber der Umwelt genießt in Herborn einen hohen Stellenwert und ist fest in den Unternehmensgrundsätzen verankert. So ließ sich Rittal seine wichtigsten Produktionsstandorte nach ISO 14001 zertifizieren, einer weltweit anerkannten Norm, die besonderen Wert auf die Umweltverträglichkeit der Produktionsstandorte legt.

Statt der bisherigen Eisenphosphatierung verwendet man ein neues Verfahren bei der Vorbehandlung zur Tauchgrundierung: die nanokeramische Beschichtung. Dieses Verfahren wird bei allen eigengefertigten und tauchgrundierten Produkten angewendet. Da hiermit weder giftige Schwermetalle noch Phosphate entsorgt werden müssen, ist das Beschichtungsverfahren in ökologischer Hinsicht nachhaltig.

Kraft-Wärme-Kopplung bei BHKW

Ein zweites Beispiel: Die Lackieranlage am Standort Ritterhausen hat das ganze Jahr über einen kontinuierlichen Prozesswärmebedarf. Die Überlegung lag nahe, das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung in Form eines Blockheizkraftwerkes (BHKW) zu nutzen. Für die Installation vor Ort wurde ein BHKW gewählt, dessen Leistungsabgabe sich nach dem lokalen Wärmebedarf richtet. Das BHKW produziert kontinuierlich ca. 340 kW Strom und ca. 340 kW Wärme. Die Wärme wird direkt in das Heizungsnetz eingespeist, wodurch sich der Gasverbrauch in der Heizungsanlage erheblich reduziert. Den Strom speist man in das öffentliche Stromnetz ein. Die Vergütung für den eingespeisten Strom liegt gemäß dem Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) bei 19,1 ct/kWh und ist für 10 Jahre garantiert. In den Sommermonaten kann allein durch das BHKW nahezu der komplette Wärmeenergiebedarf des Werkes abgedeckt werden. Bei einem Anlagenwirkungsgrad von ca. 90% wird eine CO2-Reduktion von ca. 1.900 t pro Jahr realisiert.

Erste Brennstoffzellen-Serienfertigung

Auch im Bereich der Brennstoffzellentechnik, die als eine der ökologischen Alternativen für die zukünftige Energieversorgung gilt, engagiert sich Rittal. So beginnt das Unternehmen in der zweiten Jahreshälfte 2008 mit der ersten Brennstoffzellen-Systemfertigung. Ein guter Wirkungsgrad und als umweltfreundlicher „Abfall“ reines Wasser machen diese Energiequelle für unterschiedliche Anwendungen attraktiv.

Geplant ist ein flexibles Brennstoffzellen-Baukastensystem. Den Kleinstleistungsbereich will man mit Geräten abdecken, die eine Leistung von 300 bis 900 W erbringen. Für den Mittel- und Hochleistungsbereich sind Systeme mit einer Leistung von 5 bis 15 kW in Planung. Zur CeBIT 2008 wurde ein System mit 5-kW-Leistung vorgestellt.

Während die Brennstoffzellen für den Kleinleistungsbereich beispielsweise Telefonzellen oder Internet-Terminals mit Strom versorgen, sollen die leistungsstärkeren Systeme als autarke Stromversorgung für verschiedene Anwendungen in der Verkehrs- und Umwelttechnik, Energietechnik sowie IT und Telekommunikation dienen.

*Hans-Robert Koch arbeitet im Bereich Presse- und Öffentlichkeitsarbeit bei Rittal in Herborn. Frederik Horn ist im Strategic Business Development bei Rittal in Herborn tätig.

(ID:244170)