Cool gelöst

Ralf Schneider, Ulrich Wigge, Hans-Robert Koch

Aufgrund immer höherer Integrationsdichten von Schaltanlagen in der Industrie kommt der Klimatisierung eine stetig steigende Bedeutung zu. Die wichtigsten Kriterien für entsprechende Kühllösungen sind neben der Bereitstellung der entsprechenden Kühlleistung eine hohe Verfügbarkeit und eine möglichst effiziente Energienutzung. Kundenspezifisch aufgebaute Kühlanlagen sind in der Regel Einzelanfertigungen, die dadurch gravierende Nachteile im Servicefall mit sich bringen können. Fällt eine solche Anlage einmal aus, muss ein Kälte- und Klimatechniker für die Reparatur sorgen und gegebenenfalls einzelne Komponenten austauschen. Deutliche Vorteile bietet dagegen eine modulare Lösung, wie sie der Gehäusespezialist Rittal mit seinen Rückkühlanlagen TopTherm Chiller anbietet. Aufgrund des standardisierten und modularen Aufbaus kann im Servicefall einfach das entsprechende Modul ausgetauscht werden. Das spart Zeit und sorgt damit für eine höhere Verfügbarkeit der Anlage.

Wenn eine Schaltanlage, wie es in der Industrie häufig vorkommt, gleich mehrere Schaltschränke umfasst, liegt es nahe, die Kühlung zentral zu realisieren, statt alle Schaltschränke einzeln mit Kühlgeräten zu klimatisieren. Dies führt zu einer verbesserten Energieeffizienz und damit zu niedrigeren Betriebskosten. Statt in jeden Schaltschrank ein eigenes Klimagerät einzubauen, werden Luft-Wasser-Wärmetauscher – wie sie Rittal beispielsweise für die TS-8-Schaltschrankserie anbietet – verwendet, die die Wärmeenergie auf einen Kühlwasserkreislauf übertragen. Durch die Verwendung nur eines Kompressors und einer Pumpe lässt sich je nach Anwendung eine beträchtliche Menge Energie einsparen. Steht in der Produktionsstätte eine zentrale Kühlwasserversorgung zur Verfügung, können so die einzelnen Kompressorkühlgeräte eingespart werden.

Für den Fall, dass in der Produktionsstätte kein externes Kühlwasser zur Verfügung steht, eignen sich die TopTherm Chiller von Rittal, die in einem Standard TS-8-Schaltschrank aufgebaut sind und sich dadurch nahtlos in die Schaltanlage einfügen. Die Rückkühlgeräte sind konsequent modular aufgebaut und bestehen nur aus wenigen standardisierten Komponenten. Als Basis dient das TS-8-Gehäuse, in das ein Wasser- und Kältemodul sowie ein Elektromodul mit integrierter Steuerung eingebaut werden. Das Wassermodul ist ein offenes System und besteht aus Tank, Pumpe und Regelungstechnik. Zum Kältemodul gehören Kompressor, Verflüssiger und Verdampfer. Beide Module werden separat voneinander vorgefertigt und laufen damit auch unabhängig voneinander als standardisierte Komponenten durch die Produktion. Der Kunde erhält ein komplettes System, das nur noch anzuschließen ist. Die Luft- Wasser-Wärmetauscher (LWWT) in den einzelnen Schaltschränken lassen sich dann einfach an den Kühlwasserkreislauf anschließen. Mit entsprechenden Durchflussreglern und Ventilen wird sichergestellt, dass jeder Schaltschrank mit einer ausreichenden Menge Kühlwasser versorgt wird. Diese modulare Lösung und die damit verbundene Standardisierung vereinfacht die Fertigung und führt damit zu niedrigeren Kosten und kürzeren Lieferzeiten. Auch im Servicefall bietet die Modulbauweise große Vorteile: Das Ersatzteilmanagement ist einfacher und die einzelnen Module und Gleichteile lassen sich schnell und unkompliziert tauschen. Das Resultat sind geringere Kosten und eine höhere Verfügbarkeit der Anlage.

Die Auslegung von Rückkühlanlagen hängt im Wesentlichen von den geforderten Kälteleistungen und den Randbedingungen am Aufstellort ab. Bei den TopTherm-Chillern stehen dem Betreiber mit zwei Baugrößen sieben unterschiedliche Kühlleistungen zur Verfügung. Der TS-8-Schrank ist in den zwei Basisbreiten 800 mm und 1200 mm erhältlich. Höhe und Tiefe sind mit 2000 mm bzw. 800 mm immer gleich. Die Kältemodule im schmalen Gehäuse erreichen je nach Kompressor und Größe des Verflüssigers Leistungen von 8 kW, 12 kW und 16 kW, im breiteren Gehäuse 20 kW und 25 kW. Werden die Gehäuse kombiniert, sind auch 32 kWbeziehungsweise 40 kW möglich. Serienmäßig decken die integrierten Funktionen und Komponenten der TopTherm Chiller bereits die wichtigsten Anforderungen der Kunden ab. Dabei sind viele Komponenten serienmäßig vorhanden, die für eine hohe Sicherheit und Verfügbarkeit sorgen. Das zweikomponentige Kältemittel R410A hat im Vergleich zu anderen Mischungen eine höhere Wärmekapazität und ist dadurch in der Lage, deutlich mehr Wärme bei geringerem Volumen zu transportieren, was einen kleineren Kompressor zur Folge hat.

Aufgrund des modularen Aufbaus kann das System beinahe beliebig konfiguriert werden. Dabei steht die hohe Flexibilität des Schaltschrankprogramms TS 8 zur Verfügung. So sind alle Schränke auch in einer Edelstahlausführung erhältlich. Wird in einer Anwendung bei gleicher Kühlleistung eine größere Pumpe benötigt, so kann statt einer Pumpe mit 2,5 bar eine entsprechend größere mit 4,5 bar eingesetzt werden. Ist eine Steuerspannung von 24 V(DC) notwendig, stehen ebenfalls optionale Module zur Verfügung.

Die flüssigkeitsbasierte Kühlung mit Rückkühlern und Luft/Wasser-Wärmetauscher (LWWT ) ist der Lösungsweg erster Priorität für die Wärmeabfuhr in hygienisch kritischen Bereichen. Denn werden Produkte im Food-Bereich in offenen Prozessen hergestellt, so dürfen keine Verunreinigungen übertragen werden. Bei der Gehäuseklimatisierung kann man dies vollständig ausschließen, wenn zur Kühlung Flüssigkeiten in einem geschlossenen Kreislauf eingesetzt werden. Dabei kann das Kühlmedium innerhalb eines Rohrsystems zirkulieren und die „Kälte“ gezielt in das Innere des hermetisch abgedichteten Gehäuses leiten, ohne dass Verunreinigungen in die Umgebung der Anlagen kommen. Hierzu werden LWWT an eine Kühlmittelkreislauf-Infrastruktur oder direkt an eine Rückkühlanlage angeschlossen. Das flüssige Kühlmittel strömt durch einen Wärmetauscher und kühlt dessen große Oberfläche. Diese wiederum wird durch einen kräftigen Luftstrom angeblasen, der die gekühlte Luft im Gehäuseinnern verteilt. Mittels dieser Technik lässt sich die Temperatur des Gehäuseinnenraums unter das Niveau der Umgebungstemperatur absenken, selbst bei extrem hohen Umgebungstemperaturen. Wenn die Wärme über die Kühlflüssigkeit zu einer entfernt aufgestellten Rückkühlanlage abtransportiert wird, erhöht sich die Umgebungstemperatur am Aufstellort des Schaltschrankes nicht, was für den nachgeschalteten Prozess vorteilhaft sein kann, vorausgesetzt die Rohrleitungen sind isoliert.

Beim Einsatz von LWWT kann – bei vorschriftsmäßiger Installation und geschlossenen Gehäusetüren – weder Verschmutzung in den Innenraum noch die umgewälzte Luft aus dem Innenbereich nach außen gelangen. Außerdem sind diese Systeme wartungsarm: Da die Luft nur innerhalb des geschlossenen Gehäuses umgewälzt wird, kann auf Luftfilter gänzlich verzichtet werden. Um die Kühltechnik nicht im sensiblen Hygienebereich zu platzieren, sollten die LWWT im Inneren des Schaltschranks montiert werden. Ist dies jedoch aus Platzgründen nicht möglich, lassen sich diese auch an der Schaltschrank-außenwand montieren. Hierfür kann Rittal anwendungsspezifische Lösungen mit Edelstahlhaube und Dachschräge von 30 ° sowie spaltenfreie Silikondichtungen zum Schaltschrank realisieren. Entsprechende Geräte stehen mit einer Nutzkühlleistung ab 300 W und schon mit Abmessungen ab 150 x 300 x 85 mm zur Verfügung.

Online-Info www.dei.de/0311422