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Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienzim Bereich Schaltschrankklimatisierung
Projektplanung, Installation und Wartung,Einsatz neuester Technologien, Alternative Kühlmethoden
Ralf Schneider / BDC / März 2013
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Rittal System-KlimatisierungRittal GmbH & Co. KG
Ca. 11.000 Mitarbeiter in über 60 Tochtergesellschaften und 70 internationalen Vertretungen19 Produktionsstätten und mehr als 150 Vertriebs- & Logistik-Center weltweit
Schaltschrank-Systeme
Elektronik-Aufbau-Systeme
SystemklimatisierungStromverteilung
IT-Solutions
Communication Systems
Service
Deutschland Italien China Indien USA
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Rittal System-KlimatisierungDas System in der Fabrik - Systemklimatisierung
Rack / Rack-Reihen Klimatisierung:LiquidCoolingPackage (12 - 40kW)
Doppelbodenkühlung (23 - 54kW)
Outdoorklimatisierung:Outdoor-Kühlgeräte (1-2,5 kW) und Wärmetauscher (85 W/K – 135 W/K)
Schaltschrankklimatisierung:Dachaufbau- und Wandanbau-Kühlgeräte,
Klima-Modulkonzept (300W – 4kW)Filterlüfter (20-900m³/h)
Schaltschrankklimatisierung: Luft/Luft- bzw. (17,5 – 90 W/K) Luft/Wasser-Wärmetauscher
(300W – 7kW)
Maschinen- und Prozesskühlung mittels:IE-Chiller (1kW – 40kW)
Rechenzentrums- und Raumkühlung:IT-Chiller + Freecooling (15 - 462kW)
Kühlung und Heizen von Bediengehäusen mittels Peltier-Technik (100W)
3Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzTotal Cost of Ownership
Klima-News of the day April 2011
Warum ist Klimatisierung wichtig?Kostenlose Information
Teufelskreis: Komponenten erzeugen Wärme –hohe Temperaturen verringern die Lebensdauer von Komponenten
Ohne optimale Klimatisierung steigt das Ausfall-Risiko erheblich!
Ausfallkosten pro Stunde in $ in verschiedenen IT Branchen
Komponenten erzeugen Wärme
Hohe Temperaturen verringern die Lebensdauer von Komponenten
4Ralf Schneider / BDC / März 2013
• Wartungskosten• Anschaffungskosten• Energiekosten• Instandhaltungskosten
Betriebswirtschaftliche Betrachtung über einen Zeitraum von 5 Jahren unter Berücksichtigung von:
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzTotal Cost of Ownership
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzSorgfältige 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
Ralf Schneider / BDC / März 2013
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Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFachgerechte Montage
Vermeidung typischer Fehler aus der Praxis
Ineffizienz erhöht Energieverbrauch und verringert die ProduktlebensdauerBeispiel: Kompressor (Mehr Schaltzyklen = kürzere Lebensdauer)
Parameter Eingabe Parameter EingabeØ Volllastbetrieb (in %) 60 Betriebszeit pro Jahr [d] 250Ø Teillastbetrieb (in %) 40 Ø Strompreis in € pro kWh 0,11Betriebszeit pro Tag [h] 16
Hersteller Gerät A Gerät BMontageart Wandanbau WandanbauGerätebezeichnung 3332.x4x 3332.x4xKälteleistung [Watt] 4000 4000Kälteleistungszahl 2,10 2,10
Effektive Leistung 100% 75%Energiekosten (pro Jahr) 560 € 700 € zusätzliche Energiekosten (Jahr) - + 140 €
Aufbau & Installation
Drastische Reduktion der Kälteleistung
durch falsche Montage & Installation
+140 €
Ralf Schneider / BDC / März 2013
4. Kontrollereinstellung auf Werkseinstellung belassen: +35°C(Schaltschrank-Innentemperatur)
6. Kühlgeräte und Filter regelmäßig warten,Verschmutzte Filter erhöhen den Energieverbrauch: Lösung RiNano
5. Schaltschrank abgedichtet (Schutzart IP54)
3. Lüftungsräume gemäß Herstellervorgabe berücksichtigt
2. Verlustleistung im Schrank < spezifische Kühlgeräteleistung
1. Klimatisierungsberechnung mit Rittal Therm durchgeführt
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFachgerechte Montage
Vermeidung typischer Fehler aus der Praxis
Reduktion: Ausfallzeiten und BetriebskostenErhöhung: Anlagensicherheit und Energieeffizienz
Im Buchhandel für 24,90 € erhältlich
ISBN-Nummer: 978-3-937889-74-0
8Ralf Schneider / BDC / März 2013
Wartungskosten herkömmlicher Gerätepro Jahr
Beispiel: Bremscheibenfertigung
Geräte: 200Filterwechsel pro Jahr: 52Kosten Filtermatte: 1,5€(Kondensatflasche leeren pro Jahr: 26)Zeit pro Wechsel: 2 Min. Lohn (Brutto): 30€
Filtermatte nach 5 Tagen
Betriebszeit
Filtermatten wöchentlich wechseln!!!
Kosten pro Gerät: 130€
Summe Wartungskosten
Kondensatflasche regelmäßig leeren
26.000€ im Jahr
Filter
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzRegelmäßige Wartung
Problem = Kühlgerätebetrieb bei belasteter Umgebung Speziell bei SCHMUTZ und FEUCHTIGKEIT
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzKundenbeispiel:
Keine Wartung – Eine richtige Entscheidung?
Minderleistung30%Hersteller
Top Therm+ sauber
Gerät A verschmutzt
Montageart Wandanbau WandanbauGerätebezeichnung 3305.xxx xxxKälteleistung [Watt] 1500 1500Kälteleistungszahl 1,50 1,00Energiekosten (pro Jahr) 324,00 € 478,00 € zusätzliche Energiekosten (Jahr) +154,00 €
Zusätzliche Energiekosten 200 Geräte 0,00 € +30.800,00 €
Parameter EingabeØ Voll-Lastbetrieb ( in %) 70Ø Teillastbetrieb ( in %) 30Betriebszeit pro Tag [h] 16Betriebszeit pro Jahr [d] 250Ø Strompreis in € pro kWh 0,11
Unnötiger Klimaschädlicher CO2 Ausstoß Top Therm+ Gerät AEinzelgerät 910 kg 200 Geräte 18200 kg
+154 €
Summe bei 200 Geräten: 30.800€
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Ergebnisse der Rasterelektronenmikroskopie bei 100.000-facher Vergrößerung und der energiedispersiven Röntgenanalytik.
Sauerstoff (O 30,6%)Kohlenstoff (C 61,8%)
Auftragungsprozess
3
2
1
Aluminiumoxid (Al 35,8%) Sauerstoff (O 58%)Die unbeschichtete Oberfläche zeigt
eine poröse und rissige Geflechtsstruktur.
Geringer Oberflächenschutz
Hohe Schmutzhaftung
Aufwendige Reinigung erforderlich
Die homogene, sehr glatte obere Schichtzeigt keine Risse.
Höhere Beständigkeit
Deutlich leichtere Reinigung
Kostenersparnis durch längereReinigungsintervalle
Oberfläche RiNano beschichtet Sauerstoff (O 58,0%)Kohlenstoff (C 61,8%)
Oberfläche unbeschichtet Aluminiumoxid (Al 35,8%)Sauerstoff (O 58,0%)
Verflüssigeroberfläche
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1
3
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie
RiNano = Reduzierung der Betriebskosten
Ralf Schneider / BDC / März 2013
10.Februar 2006 11.Augus 2006 12.Januar 2007 11.Januar 2008
1500 Watt Wandanbau Kühlgerät/verschmutzt durch Grafitstaub aus der Luft
Einsatzort: Herstellung von Karbonbürsten für Elektromotoren
Aktiver Beitrag zur CO2 Reduktion durch gleichbleibende Energieeffizienz
RiNano = Reduzierung der Betriebskosten
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz 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%
Ralf Schneider / BDC / März 2013
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 abgeschaltet3. Für eine kurze Luftdurchmischung und zur Messung
der Innnentemperatur wird der Innenlüfter alle 10 Minuten für 30 Sekunden eingeschaltet
4. Innenlüfter wird wieder eingeschaltet
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie: Blue e
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Fortschrittliche TechnologiePositive Testergebnisse bei...
Energie-Einsparungen
bis zu
70%
Ralf Schneider / BDC / März 2013
SK 3328.800: 2 kW RTT
mit RiNano (Bj: 2007)
RiNano
SK 3392.100: 2,5 kW
Design Kühlgerät (Bj: 2001)
Wirrflies- Filter nach 1 Woche
Nach 1 Woche (mit Filtermatte):
Nutzkühlleistung von 2580 W auf 1806 W
Nach 14 Monaten (mit RiNano):
Nutzkühlleistung bleibt bei 2000 W
Einsatz 2 kW Gerät mit RiNano
möglich
Der Test hat gezeigt:
Messung bei einem deutschen Automobilhersteller
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie: Blue e
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Amortisationsrechnung auf Basis der Messergebnisse:
Rittal 2,5 kW mit Filter Blue e 2 kWArtikelnr. 3392140 3328800effektive Kühlleistung [W] 1.806 2.000Leistungsaufnahme Volllast [W] 1674,4 717,5Leistungsaufnahme Teillast [W] 167,4 71,8Energieverbrauch pro Jahr [kWh] 9094,0 3896,9Energiekosten pro Jahr 1.044,0 € 447,4 €Einsparung pro Jahr 596,63 €Einsparung nach 5 Jahren 2.983,14 €Amortisationszeit Gesamtkosten 3328800 [Jahre] 2,44
EingabeparameterØ Laufzeit unter Voll - Last [%] 70%Ø Laufzeit im Leerlauf [%] 30%Laufzeit pro Tag [Stunden] 24Laufzeit pro Jahr [Tage] 310Laufzeit pro Jahr [Stunden] 7440Ø Strompreis [€/kWh] 0,1148
Angaben zum Gerät: Gerät 1 (mit Filter verschmutzt): Gerät 2 (RiNano): DifferenzKühlleistung [W] 1.806 2.000Anschaffungspreis [€] 1.550,00 1.458,00 -92,00Leistungsaufnahme [W] 1.674,4 717,5 -956,9
Messung bei einem deutschen Automobilhersteller
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie: Blue e
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Der Feldtest bei Daimler belegt, dass in individuellen Fällen sogar bis zu 70% eingespart werden kann:
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie: Blue e
Ralf Schneider / BDC / März 2013
www.rittal.de/blue_e
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie: Blue e
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzTÜV geprüfte Leistungsmessung nach DIN 14511
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
Ralf Schneider / BDC / März 2013
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Energieeinsparung zwischen 20 – 60%
Höhere Lebensdauer Lüfter mit Kugellagerung
Lüfterüberwachung Tacho-Signal
Steuerschnittstelle Standardmäßig integriert
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie: EC Filterlüfter
Ralf Schneider / BDC / März 2013
63% Einsparung:
22 € pro Jahr und Lüfter(weitere Einsparungen durch Einsatz einer Drehzahl-regelung möglich)
Strompreis: 0,1148 €/ kWh
Lüfter ungeregelt (100% Laufzeit)
Beispielrechnung Energiekostenvergleich
Betriebsstunden
AC Filterlüfter
EC Filterlüfter
In einer Fabrik mit 100 Lüftern im Einsatz ergibt sich hieraus eine Einsparung von 2.200€ p.a.
160/180 m³/h
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFortschrittliche Technologie: EC Filterlüfter
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Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFlüssigkeitskühlung
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Höhere Energiedichte als z.B. Luft
Kompakte BauweiseEinfacher Energie-
transport
Guter EnergiespeicherKühlleistung frei
skalierbar
Vorteile
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFlüssigkeitskühlung
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Alternative Kühlmethoden - Beispiel Werkzeugmaschine
Kühlung der Werkzeugmaschine als auch des Schaltschrankes erfolgen wassergekühlt
Luft- Wasser-Wärmetauscher
RTT Chiller
Bearbeitungsprozess (Spindel)- wassergekühlt
Abwärme Verflüssiger!
Ralf Schneider / BDC / März 2013
PM-C / BDC -
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Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFlüssigkeitskühlung: TopTherm Chiller und Luft/Wasser - Wärmetauscher
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFlüssigkeitskühlung: TopTherm Chiller Baugrößen
Konfigurator
20 – 25 kW
8 kW
32 kW
12 - 16 kW
40 kW
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Vergleichsrechnung Top Therm Chiller + Wärmetauscher gegen Top Therm Kühlgeräte
8 x 2.300 Watt 18,42 x 900 Watt 1,86 x 800 Watt 4,8
25 kW Verlustleistung
TS-Schrankreihe mit folgender Verlustleistung:
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzWasserkühlung: TopTherm Chiller
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFlüssigkeitskühlung: 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• 17.848,-€ Investitionskosten + 4.586,40€ Energieverbrauch
= 22.434,40€ Gesamtkosten
Lösung mit Wärmetauschern und Rückkühler• 18.931,-€ Investitionskosten + 2.765,95€ Energieverbrauch
= 21.696,95€ Gesamtkosten
Durch 40% niedrigeren Energieverbrauch
=Niedrigere Gesamtkosten
im 1. Jahrmittels Wasserkühlung
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Rittal Industrie LCP 30
2 Lüfter mit jeweils 1.300 m³/h
Schrägliegendes Wärmetauscher-Paket für optimale Durchströmung und Wärmeabführung
Flexible Wasseranschluss-Möglichkeiten für Sockel- oder Dachbereich
Perfekte Systemintegration für TS8-Schranklösungen
Kompakte Bauform: nur 300mm Breite
Luft/Wasser-Wärmetauscher mit 10 kW Leistung
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Rittal Industrie LCP
Luftauslass nach beiden Seiten mit je 5kW
5 kW 5 kW 10 kW
Luftauslass nach einer Seite mit 10kW
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Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFlüssigkeitskühlung: LCP Industrie
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Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFlüssigkeitskühlung: TopTherm Chiller
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Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzAlternative Kühlmethoden
Ralf Schneider / BDC / März 2013
externe freie Kühlung von 15kW – 60kW
integrierte freie Kühlung ab 60kW
Referenzbeispiel• Kühlleistung: 40 kW• Energiebedarf im Jahr ohne Freecooling: 170.000 kWh • Energiebedarf im Jahr mit Freecooling: 120.000 kWh• Betriebskostenersparnis im Jahr: 10.000 €• Investition für Freecooling: 25.000 €Return on Investment: 2,5 Jahre
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzAlternative Kühlmethoden: freie Kühlung
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Freecooler
Rückkühlanlage
Pufferspeicher
IT-Raum
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzAlternative Kühlmethoden: IT Anwendung
Ralf Schneider / BDC / März 2013
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 )
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Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzAlternative Kühlmethoden: TopTherm Inverter Chiller
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Technik: Inverter geregelte BLDC KompressorEC Verflüssiger VentilatorElektronisches Expansionsventil
Betriebsart Arbeitsstunden
Jährlicher Verbrauch in kWh
(TTC Inverter)
Jährlicher Verbrauch in kWh
(Standard) Energiekosten (TTC Inverter)
Energiekosten (Standard)
1 Schichtbetrieb 2080 3598,40 6864,00 431,81 € 823,68 €2 Schichtbetrieb 4160 7196,80 13728,00 863,62 € 1.647,36 €
3 Schichtbetrieb 6240 10795,2 20592 1.295,42 € 2.471,04 €
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Parameter für die BerechnungTu (Temp. Umgebung) 23 °CTw (Temp. Wasser) 18 °CVolumenstrom 25 l/min bei Produktionstage pro Jahr 260 TageStrompreis pro kWh 0,12 €
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzAlternative Kühlmethoden: TopTherm Inverter Chiller
Ralf Schneider / BDC / März 2013
Energie-einsparung pro
/ Jahr in €
Energie-einsparung pro / Jahr in
kWh
Energie-einsparung min. pro / Jahr in % EER
391,87 € 3265,6048% 3,47783,74 € 6531,20
1.175,62 € 9796,80
Max. Kühlleistung 8 kWLeistungsaufnahme Standard Chiller 3,3 kWLeistungsaufnahme Standard Inverter Chiller 1,7 kW
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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
Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzFazit
Ralf Schneider / BDC / März 2013