Energieeffiziente Kühlgeräte zur Schaltschrank-Klimatisierung Wie neue Technologien/Methoden den Energieverbrauch reduzieren

Transkript

1 zur Schaltschrank-Klimatisierung Wie neue Technologien/Methoden den Energieverbrauch reduzieren Dr. Joachim Maul Rittal RSC, Rennerod 1

2 Inhalt 1. Vorstellung Rittal - Schaltschrank-Klimatisierung 2. Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 1. Cool Efficiency 2. Nanobeschichtung 3. Applikationen 3. IT-Kühlung 1. Effizienz der Verbraucher 2. Free Cooling 4. Zusammenfassung 2

3 1. Vorstellung Rittal Strategische Geschäftseinheiten Deutschland, Rennerod Schaltschrank-Systeme Elektronik-Aufbau-Systeme Systemklimatisierung Stromverteilung IT-Solutions China, Shanghai Indien, Bangalore Communication Systems Service Italien, Verona USA, Urbana 3

4 1. Vorstellung Rittal - Schaltschrank-Klimatisierung Produktpalette Schaltschrank-Kühlgeräte Luft/Luft-Wärmetauscher Luft/Wasser-Wärmetauscher Filterlüfter Rückkühlanlagen für Maschinen und Prozesskühlung DCP Direct Cooling Package LCP Liquid Cooling Package (IT) 4

5 1. Vorstellung Rittal - Schaltschrank-Klimatisierung Warum Schaltschrankentwärmung - Möglichkeiten der Schaltschrankklimatisierung Wärmeabfuhr aus Schränken Passive Klimatisierung - Wärmeabfuhr ohne aktive Kühlung - Schaltschrankinnentemperatur immer größer als Umgebungstemperatur. Aktive Klimatisierung - Wärmeabfuhr mit aktiver Kühlung, z. B. mittels Wärmetauschern oder Kühlgeräten - Schaltschrankinnentemperatur auch kleiner als Umgebungstemperatur.! 5

6 1. Vorstellung Rittal - Schaltschrank-Klimatisierung 2. Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 1. Cool Efficiency 2. Nanobeschichtung 3. Applikationen 3. IT-Kühlung 1. Effizienz der Verbraucher 2. Free Cooling 4. Zusammenfassung 6

7 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.1 Funktionsweise eines Kühlgerätes 7

8 2. Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.1 Cool Efficiency Verbesserte Energiebilanz erreicht durch: Optimierte Auslegung des Kältekreislaufes und der Luftführung Einsatz neuester Komponenten wie Lüfter auf EC-Technologie basierend 8

9 Motorwirkungsgrad [%] 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.1 Cool Efficency EC-Lüfter Besonderheiten EC-Technologie Arbeitspunkte Wellenleistung [W] EC-Lüfter 3-ph. AC-Lüfter 1-ph. AC-Lüfter 9 P P P P el Pmech = η el, EC el, AC 3 ph el, AC 1 ph 350W = = 411,8 W 85% 350W = = 466,7W 75% 350W = = 538,5W 65%

10 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.1 Cool Efficiency - Erzielte Energieeinsparung Leistungsaufnahme im Vergleich zu heutigem Seriengerät mit 1000W Kühlleistung bei L35L35: Standard-Gerät 670W - Cool Efficiency 450W Ersparnis von 30% 10

11 Sind Kühlgeräte mit Energie effizienten Komponenten ausreichend? 11

12 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.2 Nanobeschichtung - Einsatzgebiete eines Kühlgerätes Kühlgeräte von Rittal sind eine Sekundärausrüstung an Werkzeugmaschinen und arbeiten in der Regel in verschmutzter Industrieumgebung. 12

13 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.2 Nanobeschichtung - Nanotechnologie bei Rittal-Schaltschrankkühlgeräten Einsatz von Nanotechnologie Gezielte Einstellung schmutzabweisender Eigenschaften möglich Basis sind Grundmaterialien mit höherer Bindungsenergie als heutige Lacke Umweltfreundliches Herstellverfahren Unbeschichtete Lamelle Beschichtete Lamelle 13

14 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.2 Nanobeschichtung Einsatz in Öl- und Staubhaltiger Umgebung Testgerät 1500W - Wandanbau-Kühlgerät In Betrieb seit Juni 2005 Keine Filtermatte Bisher keine Wartung Belastung durch: Guss-Staub und ölhaltige Luft Hohe Umgebungstemperaturen 14

15 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.2 Nanobeschichtung - Ermittlung der Kälteleistung Innentemperatur 35 C Außentemperatur 35 C Ermittelte Kühlleistung: 1008 W Kühlleistung (Soll 1500W) Minderleistung: 33% 15

16 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.2 Nanobeschichtung - Funktionsweise eines Kühlgerätes Energiekosten Betrieb unter Vollast (1000W) 70% Betrieb unter Teilast (80W) 30% Betriebszeit pro Tag Betriebszeit pro Jahr 16 Stunden 300 Tage Strompreis pro kwh 0, Energiekosten Hersteller Montageart Sauber Verschmutzt Wand 0 Sauber Verschmutzt Entspricht 218t CO2-Emmisionen Gerätebezeichnung 3305.xxx Total Cost of Ownership Betrachtung über 5 Jahre Nennkühlleistung (Watt) 1500 Kälteleistungszahl 1,5 1,0 Gerätepreis 30% Betriebskosten Energie (pro Jahr) Mehrkosten Strom (pro Jahr) Energiemehrkosten bei 200 Geräten RiNano Energiekosten 50% Wartung, Sonstiges 6% Beschaffung, Monatge, Sonstiges 14% 16

17 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.3 Applikationen Beispiel Umströmung Montageplatte CFD-Analyse Temperaturverteilung Geschlossener Rahmen Geschlossener Rahmen 17

18 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.3 Applikationen - Lösungsansatz Luft hinter der Montageplatte ausblasen Effizientere Kühlung der einzelnen Verbraucher durch gezielte Luftzufuhr Verringerung des erforderlichen Kühlvolumens 18

19 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.3 Applikationen - Umsetzung mit Standard-Kühlgerät Luftaustrittsöffnungen 19

20 2 Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 2.3 Applikationen Beispiel Umströmung Montageplatte CFD-Analyse Temperaturverteilung Rahmen mit Luftöffnung Rahmen mit Luftöffnung 20

21 1. Vorstellung Rittal - Schaltschrank-Klimatisierung 2. Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 1. Cool Efficiency 2. Nanobeschichtung 3. Applikationen 3. IT-Kühlung 1. Effizienz der Verbraucher 2. Free Cooling 4. Zusammenfassung 21

22 3. IT-Kühlung 3.1 Liquid Cooling Package (LCP) 22

23 3. IT-Kühlung 3.1 Verbraucher beim LCP Verbraucher beim Liquid Cooling Package (LCP) Druckverlust (wasserseitig) Pumpe beim Kunden Rohre mit größerem Querschnitt Druckverlust ~ u² Wärmetauscher mit mehreren Kreisläufen Strömungstechnische Optimierung EC-Technologie (Lüfter) Reduktion der el. Leistungsaufnahme um 30% bei identischer KälteleistungK 23

24 3. IT-Kühlung 3.1 Druckverluste Entwicklung Druckverluste Verbesserung um mehr als Faktor 10 bei gleicher KühlleistungK -> > reduzierte Pumpenleistung 24

25 3. IT-Kühlung 3.2 Durchschnittliche Temperaturverläufe Durchschnittliche Temperaturverläufe DE ( ) Quelle: Wetterstation Dahlem in Berlin 25

26 3. IT-Kühlung 3.2 Freie Kühlung bei LCP Vorgaben: Reine LCP-Klimatisierung Fläche: ~30 m² Kühlleistung je Rack: 15 kw/rack Anzahl Racks: 10 Kühlleistung Gesamt: 150 kw Anzahl LCP: 12 (n+1) Anzahl Chiller: 2 (n+1) Amortisation in weniger als 18 Monaten 26

27 3. IT-Kühlung 3.2 Betriebskosten Betriebskostenermittlung Betriebszeiten: 69,58% der gesamten Kühlleistung wird über die freie Kühlung abgeführt (volle freie Kühlung und partielle freie Kühlung) 30,42% der gesamten Kühlleistung wird über den Chiller abgeführt = 6095 h/year = 2665 h/year 27

28 3. IT-Kühlung 3.2 Amortisationsberechnung Vollkostenrechnung Einsparungen 1. Jahr Jahr Jahr Jahr Jahr Bei einer Energiekostenerhöhung pro Jahr von 5% Amortisation in weniger als 18 Monaten! 28

29 1. Vorstellung Rittal - Schaltschrank-Klimatisierung 2. Energieeffizienz in der Schaltschrank-Klimatisierung 1. Cool Efficiency 2. Nanobeschichtung 3. Applikationen 3. IT-Kühlung 1. Effizienz der Verbraucher 2. Free Cooling 4. Zusammenfassung 29

30 4. Zusammenfassung Effiziente Geräte zur Schaltschrank- und IT-Klimatisierung sind machbar Betrachtung der Einsatzbedingungen ist dringend erforderlich Kühlung auf Applikation abstimmen FreeCooling4Free Einsparungen von 30% und mehr machbar 30

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