Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz im Bereich Schaltschrankklimatisierung

Transkript

1 im Bereich Schaltschrankklimatisierung Projektplanung, Installation und Wartung, Einsatz neuester Technologien, Alternative Kühlmethoden 1

2 Rittal System-Klimatisierung Rittal GmbH & Co. KG Ca Mitarbeiter in über 60 Tochtergesellschaften und 70 internationalen Vertretungen 19 Produktionsstätten und mehr als 150 Vertriebs- & Logistik-Center weltweit Schaltschrank-Systeme Elektronik-Aufbau-Systeme Systemklimatisierung Stromverteilung IT-Solutions Communication Systems Service Deutschland Italien China Indien USA 2

3 Rittal System-Klimatisierung Das System in der Fabrik - Systemklimatisierung Rechenzentrums- und Raumkühlung: IT-Chiller + Freecooling (15-462kW) Rack / Rack-Reihen Klimatisierung: LiquidCoolingPackage (12-40kW) Outdoorklimatisierung: Outdoor-Kühlgeräte (1-2,5 kw) und Wärmetauscher (85 W/K 135 W/K) Doppelbodenkühlung (23-54kW) Schaltschrankklimatisierung: Dachaufbau- und Wandanbau-Kühlgeräte, Klima-Modulkonzept (300W 4kW) Filterlüfter (20-900m³/h) Kühlung und Heizen von Bediengehäusen mittels Peltier-Technik (100W) Schaltschrankklimatisierung: Luft/Luft- bzw. (17,5 90 W/K) Luft/Wasser-Wärmetauscher (300W 7kW) Maschinen- und Prozesskühlung mittels: IE-Chiller (1kW 40kW) 3

4 Total Cost of Ownership Klima-News of the day April 2011 Kostenlose Information Warum ist Klimatisierung wichtig? Teufelskreis: Komponenten erzeugen Wärme hohe Temperaturen verringern die Lebensdauer von Komponenten Ohne optimale Klimatisierung steigt das Ausfall-Risiko erheblich! Komponenten erzeugen Wärme Hohe Temperaturen verringern die Lebensdauer von Komponenten Ausfallkosten pro Stunde in $ in verschiedenen IT Branchen 4

5 Total Cost of Ownership Betriebswirtschaftliche Betrachtung über einen Zeitraum von 5 Jahren unter Berücksichtigung von: Wartungskosten Anschaffungskosten Energiekosten Instandhaltungskosten

6 Sorgfältige Planung Service, Software und Support Computational Fluid Dynamics (CFD) Reduktion von Entwicklungs-, Fertigungs- und Betriebskosten durch die optimale Kühllösung Projektierungssoftware Rittal Therm Energieeinsparung durch richtig ausgewählte Klimatisierungslösungen Thermografie - Überprüfung und Optimierung bestehender Anlagen Visualisierung fertig bestückter, funktionsfähiger Schaltschränke und Elektronikgehäuse im laufenden Betrieb

7 Fachgerechte Montage Vermeidung typischer Fehler aus der Praxis. Ineffizienz erhöht Energieverbrauch und verringert die Produktlebensdauer Beispiel: Kompressor (Mehr Schaltzyklen = kürzere Lebensdauer) Parameter Eingabe Parameter Eingabe Ø Volllastbetrieb (in %) 60 Betriebszeit pro Jahr [d] 250 Ø Teillastbetrieb (in %) 40 Ø Strompreis in pro kwh 0,11 Betriebszeit pro Tag [h] 16 Hersteller Gerät A Gerät B Montageart Wandanbau Wandanbau Gerätebezeichnung 3332.x4x 3332.x4x Kälteleistung [Watt] Kälteleistungszahl 2,10 2,10 Aufbau & Installation Drastische Reduktion der Kälteleistung durch falsche Montage & Installation Effektive Leistung 100% 75% Energiekosten (pro Jahr) zusätzliche Energiekosten (Jahr)

8 Fachgerechte Montage Vermeidung typischer Fehler aus der Praxis 6. Kühlgeräte und Filter regelmäßig warten, Verschmutzte Filter erhöhen den Energieverbrauch: Lösung RiNano 5. Schaltschrank abgedichtet (Schutzart IP54) 4. Kontrollereinstellung auf Werkseinstellung belassen: +35 C (Schaltschrank-Innentemperatur) 3. Lüftungsräume gemäß Herstellervorgabe berücksichtigt 2. Verlustleistung im Schrank < spezifische Kühlgeräteleistung 1. Klimatisierungsberechnung mit Rittal Therm durchgeführt Reduktion: Ausfallzeiten und Betriebskosten Erhöhung: Anlagensicherheit und Energieeffizienz Im Buchhandel für 24,90 erhältlich ISBN-Nummer:

9 Regelmäßige Wartung Problem = Kühlgerätebetrieb bei belasteter Umgebung Speziell bei SCHMUTZ und FEUCHTIGKEIT Kondensatflasche regelmäßig leeren Filtermatten wöchentlich wechseln!!! Filtermatte nach 5 Tagen Betriebszeit Wartungskosten herkömmlicher Geräte pro Jahr Beispiel: Bremscheibenfertigung Geräte: 200 Filterwechsel pro Jahr: 52 Kosten Filtermatte: 1,5 (Kondensatflasche leeren pro Jahr: 26) Zeit pro Wechsel: 2 Min. Lohn (Brutto): 30 Kosten pro Gerät: 130 Filter Summe Wartungskosten im Jahr

10 Kundenbeispiel: Keine Wartung Eine richtige Entscheidung? Parameter Eingabe Ø Voll-Lastbetrieb ( in %) 70 Ø Teillastbetrieb ( in %) 30 Betriebszeit pro Tag [h] 16 Betriebszeit pro Jahr [d] 250 Ø Strompreis in pro kwh 0,11 Top Therm+ sauber Gerät A verschmutzt Hersteller Montageart Wandanbau Wandanbau Gerätebezeichnung 3305.xxx xxx Kälteleistung [Watt] Kälteleistungszahl 1,50 1,00 Energiekosten (pro Jahr) 324,00 478,00 zusätzliche Energiekosten (Jahr) +154,00 Zusätzliche Energiekosten 200 Geräte 0, ,00 Unnötiger Klimaschädlicher CO2 Ausstoß Top Therm+ Gerät A Einzelgerät 910 kg 200 Geräte kg Minderleistung 30% +154 Summe bei 200 Geräten:

11 Fortschrittliche Technologie RiNano = Reduzierung der Betriebskosten Ergebnisse der Rasterelektronenmikroskopie bei facher Vergrößerung und der energiedispersiven Röntgenanalytik. Oberfläche unbeschichtet Aluminiumoxid (Al 35,8%) Sauerstoff (O 58,0%) Aluminiumoxid (Al 35,8%) Sauerstoff (O 58%) Die unbeschichtete Oberfläche zeigt eine poröse und rissige Geflechtsstruktur. Verflüssiger oberfläche Geringer Oberflächenschutz Hohe Schmutzhaftung Oberfläche RiNano beschichtet Aufwendige Reinigung erforderlich Sauerstoff (O 58,0%) Kohlenstoff Sauerstoff (O (C 30,6%) 61,8%) Kohlenstoff (C 61,8%) Die homogene, sehr glatte obere Schicht zeigt keine Risse. Höhere Beständigkeit Auftragungsprozess Deutlich leichtere Reinigung Kostenersparnis durch längere Reinigungsintervalle 3 3

12 Fortschrittliche Technologie RiNano = Reduzierung der Betriebskosten Einsatzort: Herstellung von Karbonbürsten für Elektromotoren 1500 Watt Wandanbau Kühlgerät/verschmutzt durch Grafitstaub aus der Luft 10.Februar Augus Januar Januar 2008 Aktiver Beitrag zur CO 2 Reduktion durch gleichbleibende Energieeffizienz

13 Fortschrittliche Technologie: Blue e Möglichkeiten der Effizienzsteigerung des Kälteaggregates Neuste Kompressor- und Lüftertechnologie (EC-Lüfter) Optimale Anordnung der Wärmetauscher-Komponenten Optimierte Kältemittelfüllmenge Energie- Einsparungen bis zu 70%

14 Fortschrittliche Technologie: Blue e Intelligente und bedarfsgerechte Eco-Mode-Regelung bei Blue e Geräten mit Comfort-Regelung Der Verdampfer-Ventilator wird in Abhängigkeit von der Schaltschrank-Innentemperatur bedarfsgerecht abgeschaltet, wenn diese 10 C unter die eingestellte Solltemperatur fällt. Zur Messung der effektiven Schaltschrank- Innentemperatur läuft der Lüfter alle 10 Minuten für 30 Sekunden an Eco-Mode-Regelung kann bei Bedarf manuell über das Display deaktiviert werden. 1. Kühlung schaltet ab: Innenlüfter läuft nur, um eine Luftzirkulation zu gewährleisten 2. Innenlüfter wird abgeschaltet 3. Für eine kurze Luftdurchmischung und zur Messung der Innnentemperatur wird der Innenlüfter alle 10 Minuten für 30 Sekunden eingeschaltet 4. Innenlüfter wird wieder eingeschaltet

15 Fortschrittliche Positive Testergebnisse Technologie bei... Energie- Einsparungen bis zu 70%

16 Fortschrittliche Technologie: Blue e Messung bei einem deutschen Automobilhersteller Der Test hat gezeigt: Wirrflies- Filter nach 1 Woche RiNano SK : 2,5 kw Design Kühlgerät (Bj: 2001) Nach 1 Woche (mit Filtermatte): Nutzkühlleistung von 2580 W auf 1806 W Einsatz 2 kw Gerät mit RiNano möglich SK : 2 kw RTT mit RiNano (Bj: 2007) Nach 14 Monaten (mit RiNano): Nutzkühlleistung bleibt bei 2000 W

17 Fortschrittliche Technologie: Blue e Messung bei einem deutschen Automobilhersteller Amortisationsrechnung auf Basis der Messergebnisse: Rittal 2,5 kw mit Filter Blue e 2 kw Artikelnr effektive Kühlleistung [W] Leistungsaufnahme Volllast [W] 1674,4 717,5 Leistungsaufnahme Teillast [W] 167,4 71,8 Energieverbrauch pro Jahr [kwh] 9094,0 3896,9 Energiekosten pro Jahr 1.044,0 447,4 Einsparung pro Jahr 596,63 Einsparung nach 5 Jahren 2.983,14 Amortisationszeit Gesamtkosten [Jahre] 2,44 Eingabeparameter Ø Laufzeit unter Voll - Last [%] 70% Ø Laufzeit im Leerlauf [%] 30% Laufzeit pro Tag [Stunden] 24 Laufzeit pro Jahr [Tage] 310 Laufzeit pro Jahr [Stunden] 7440 Ø Strompreis [ /kwh] 0,1148 Angaben zum Gerät: Gerät 1 (mit Filter verschmutzt): Gerät 2 (RiNano): Differenz Kühlleistung [W] Anschaffungspreis [ ] 1.550, ,00-92,00 Leistungsaufnahme [W] 1.674,4 717,5-956,9

18 Fortschrittliche Technologie: Blue e Der Feldtest bei Daimler belegt, dass in individuellen Fällen sogar bis zu 70% eingespart werden kann:

19 Fortschrittliche Technologie: Blue e

20 TÜV geprüfte Leistungsmessung nach DIN Garantierte Leistung Als einziger Anbieter weltweit liefert Rittal das komplette Programm der Schaltschrank- Kühlgeräte* von 300 W bis 4.000W (Dach- und Wandgeräte) geprüft nach dem neuesten (DIN) EN-Standard und darf offiziell das entsprechende Prüfzeichen dazu tragen

21 Fortschrittliche Technologie: EC Filterlüfter Energieeinsparung zwischen 20 60% Höhere Lebensdauer Lüfter mit Kugellagerung Lüfterüberwachung Tacho-Signal Steuerschnittstelle Standardmäßig integriert 21

22 Fortschrittliche Technologie: EC Filterlüfter Beispielrechnung Energiekostenvergleich 160/180 m³/h AC Filterlüfter EC Filterlüfter 63% Einsparung: 22 pro Jahr und Lüfter (weitere Einsparungen durch Einsatz einer Drehzahlregelung möglich) Betriebsstunden Strompreis: 0,1148 / kwh Lüfter ungeregelt (100% Laufzeit) In einer Fabrik mit 100 Lüftern im Einsatz ergibt sich hieraus eine Einsparung von p.a.

23 Flüssigkeitskühlung 23

24 Flüssigkeitskühlung Höhere Energiedichte als z.b. Luft Einfacher Energietransport Kompakte Bauweise Vorteile Guter Energiespeicher Kühlleistung frei skalierbar

25 Alternative Kühlmethoden - Beispiel Werkzeugmaschine Abwärme Verflüssiger! Kühlung der Werkzeugmaschine als auch des Schaltschrankes erfolgen wassergekühlt Bearbeitungsprozess (Spindel)- wassergekühlt Luft- Wasser- Wärmetauscher RTT Chiller

26 Flüssigkeitskühlung: TopTherm Chiller und Luft/Wasser - Wärmetauscher PM-C 26 / BDC -

27 Flüssigkeitskühlung: TopTherm Chiller Baugrößen Konfigurator 8 kw kw kw 32 kw 40 kw

28 Wasserkühlung: TopTherm Chiller Vergleichsrechnung Top Therm Chiller + Wärmetauscher gegen Top Therm Kühlgeräte TS-Schrankreihe mit folgender Verlustleistung: 8 x Watt 18,4 2 x 900 Watt 1,8 6 x 800 Watt 4,8 25 kw Verlustleistung

29 Flüssigkeitskühlung: TopTherm Chiller Wieviel Energie wird verbraucht? Lösung 1: 16 Kältekreisläufe, 16 Kompressoren Lösung 2: 1 Kältekreislauf, 1 Kompressor (+ 16 weniger aufwendige Luftkreisläufe der WT) Ergebnis bei der angenommenen Verlustleistung von 25kW: Lösung mit Kühlgeräten ,- Investitionskosten ,40 Energieverbrauch = ,40 Gesamtkosten Lösung mit Wärmetauschern und Rückkühler ,- Investitionskosten ,95 Energieverbrauch = ,95 Gesamtkosten Durch 40% niedrigeren Energieverbrauch = Niedrigere Gesamtkosten im 1. Jahr mittels Wasserkühlung

30 Luft/Wasser-Wärmetauscher mit 10 kw Leistung Rittal Industrie LCP Perfekte Systemintegration für TS8-Schranklösungen 2 Lüfter mit jeweils m³/h Flexible Wasseranschluss- Möglichkeiten für Sockel- oder Dachbereich Schrägliegendes Wärmetauscher-Paket für optimale Durchströmung und Wärmeabführung Kompakte Bauform: nur 300mm Breite Rittal Industrie LCP 30

31 Flüssigkeitskühlung: LCP Industrie Luftauslass nach beiden Seiten mit je 5kW Luftauslass nach einer Seite mit 10kW 5 kw 5 kw 10 kw 31

32 Flüssigkeitskühlung: TopTherm Chiller

33 Alternative Kühlmethoden 33

34 Alternative Kühlmethoden: freie Kühlung Referenzbeispiel Kühlleistung: 40 kw Energiebedarf im Jahr ohne Freecooling: kwh Energiebedarf im Jahr mit Freecooling: kwh Betriebskostenersparnis im Jahr: Investition für Freecooling: Return on Investment: 2,5 Jahre externe freie Kühlung von 15kW 60kW integrierte freie Kühlung ab 60kW

35 Alternative Kühlmethoden: IT Anwendung Pufferspeicher Freecooler IT-Raum Rückkühlanlage

36 Alternative Kühlmethoden: TopTherm Inverter Chiller Technik: Inverter geregelte BLDC Kompressor EC Verflüssiger Ventilator Elektronisches Expansionsventil Vorteile: Sehr hohe Regelgenauigkeit (bis zu + / - 0,1 K) International einsetzbar (bifrequent ausgeführt) Sehr niedriger Geräuschpegel ( < 54 db (A)) Sehr hoher Wirkungsgrad ( EER 3,5 ) ROI (Return of Invest) ( < Jahr ) 36

37 Alternative Kühlmethoden: TopTherm Inverter Chiller Betriebsart Arbeitsstunden Jährlicher Verbrauch in kwh (TTC Inverter) Jährlicher Verbrauch in kwh (Standard) Energiekosten (TTC Inverter) Energiekosten (Standard) 1 Schichtbetrieb , ,00 431,81 823,68 2 Schichtbetrieb , ,00 863, ,36 3 Schichtbetrieb , , ,04 Energieeinsparung pro / Jahr in Energieeinsparung pro / Jahr in kwh Energieeinsparung min. pro / Jahr in % EER 391, ,60 783, ,20 48% 3, , ,80 Parameter für die Berechnung Tu (Temp. Umgebung) 23 C Tw (Temp. Wasser) 18 C Volumenstrom 25 l/min bei Produktionstage pro Jahr 260 Tage Strompreis pro kwh 0,12 Max. Kühlleistung Leistungsaufnahme Standard Chiller Leistungsaufnahme Standard Inverter Chiller 8 kw 3,3 kw 1,7 kw 37

38 Fazit 1. Die Lösungsmöglichkeiten sind vielfältig. Um diese sinnvoll auszuschöpfen bedarf es einer ganzheitlichen Betrachtung des kompletten Prozesses, nicht nur des Kälteaggregates 2. Effiziente Planung + Aufbau 3. Jedes Kälteaggregat sollte den Anforderungsbedingungen und dem Leistungsspektrum bestmöglich angepasst sein 4. Energetische Analyse und Life Cycle Cost muss mit in die Betrachtung einfließen 5. Vernachlässigte Wartung wirkt sich negativ auf die Funktionalität und auch den Energieverbrauch aus 6. Neue / alternative Kühlmethoden betrachten 38

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 39