Nejúspornější chlazení rozváděčových skříní

Podle odhadu se v Evropě používají přibližně dva miliony chladicích jednotek pro rozváděčové skříně, které mají předpokládaný příkon 2 gigawatty (cca 1 kW na přístroj), a jsou tak odpovědné za emise CO₂ ve výši cca 4 milionů tun ročně. Společnost Rittal si jako dodavatel systémových a inovativních řešení u nové generace chladicích jednotek Blue e+ jako cíl stanovila, že sníží jejich spotřebu energie, čímž významně přispěje k ochraně klimatu a dokáže čelit rostoucím cenám energie.

Základem pro posouzení účinnosti chlazení rozváděčových skříní často bývá energetická účinnost, protože napájení chladicích jednotek elektrickou energií se významně podílí na provozních nákladech. Společnost Rittal poprvé používá u této nové generace chladicích jednotek inovativní patentovanou hybridní technologii. Ta pracuje s kombinací klasické kompresorové chladicí jednotky a tepelné trubice (heat pipe). Tepelná trubice pracuje na bázi odpařování pracovního média v hermeticky uzavřeném potrubí. Odpařování chladiva na jedné straně a jeho kondenzace na straně druhé probíhají bez aktivních komponent a využívají čistě fyzikální principy jako gravitaci a kapilární síly. Protože nejsou třeba ani kompresor ani čerpadlo, omezuje se spotřeba energie na ventilátor. Použití tepelné trubice je možné v případě, že mezi vnitřním prostorem rozváděčové skříně a okolním prostředím existuje teplotní spád. Nová chladicí jednotka s chladicím výkonem 1,5 kW a s tepelnou trubicí může poskytovat například chladicí výkon 900 W, pokud je vnitřní teplota vzduchu v rozváděči regulována na 35 °C a teplota vzduchu okolo rozváděče je 20 °C. Velmi působivě lze popsat vysokou energetickou účinnost pomocí takzvaného koeficientu roční energetické účinnosti. Zde se koeficient energetické účinnosti (EER), který je definován jako podíl poskytnutého chladicího výkonu a použitého elektrického výkonu, rozšiřuje, aby byly zahrnuty podmínky okolního prostředí. Je-li běžný koeficient EER u účinných chladicích jednotek, např. firmy Rittal, cca 2, může koeficient roční energetické účinnosti hybridního chlazení například ve střední Evropě dosahovat hodnot vyšších než 10. Důvodem této vysoké účinnosti je skutečnost, že maximální chladicí výkon chladicí jednotky je zapotřebí jen pár dní v roce. Často tedy postačí již chladicí výkon tepelné trubice, takže potřeba elektrické energie je velmi nízká.

Také energetická účinnost kompresorového chlazení v nové sérii přístrojů je velmi vysoká. Zde se používají DC motory jak u ventilátorů, tak i u kompresoru. Invertorová technologie, u níž lze regulací napětí nastavit otáčky kompresoru a ventilátorů, zajišťuje poskytování přesně takového chladicího výkonu, jaký je právě třeba. Spotřeba energie přitom oproti běžným řešením významně klesá. Společně s hybridní technologií to vede k tomu, že nová generace chladicích jednotek má koeficient EER cca 5. Velmi vysoká energetická účinnost je atraktivní zejména pro koncové uživatele. Investice do takové energeticky účinné chladicí jednotky se amortizuje během několika měsíců díky úspoře nákladů na elektrickou energii. Vlivem vysoké energetické účinnosti nových chladicích jednotek lze dosáhnout úspory, jak ukazují první výsledky testování, cca 75 %, a vedle spotřeby energie se adekvátně snižují také emise CO2. Jednotka Blue e+ je při částečném zatížení ve výši 15 % jen v režimu chlazení tepelnou trubicí šestkrát účinnější než běžné zařízení. Při 65% částečném zatížení pracují oba systémy v hybridním režimu čtyřikrát účinněji než běžné přístroje.

Systém regulace byl v nových chladicích jednotkách podroben důkladné revizi. Pohony ventilátorů a kompresoru s variabilními otáčkami umožňují realizaci moderních strategií regulace, které jsou v porovnání s klasickou dvoubodovou regulací mnohem účinnější. Je-li dosaženo stanovené teploty uvnitř rozváděčové skříně, sníží invertor automaticky otáčky kompresoru a redukuje tak chladicí výkon. Řídicí elektronika neustále vyhodnocuje, kolik chladicího výkonu je k dispozici, a může tak systém regulovat na optimální hodnotu. Toto chlazení s regulovaným výkonem nejen šetří energii, ale také prodlužuje životnost kompresoru, protože ta závisí v první řadě na počtu spínacích cyklů. Regulace otáček podstatně sníží počet sepnutí kompresoru, čímž se minimalizuje jeho opotřebení. Také pro komponenty v rozváděčové skříni je tato regulace, která zajišťuje konstantní teplotu, prospěšnější. Neustálá kolísání teplot u klasické dvoubodové regulace způsobují totiž u komponentů teplotní namáhání, které je u moderní regulace zcela eliminováno. Tím se zvyšuje také životnost zabudovaných komponent. Regulační elektronika může standardně regulovat teplotu vyfukovaného nebo nasávaného vzduchu. Lze však také připojit ještě externí teplotní čidlo, podle nějž poté elektronika provádí regulaci. Toto čidlo lze umístit například na nejcitlivější komponenty v rozváděčové skříni, aby zde zamezilo hromadění tepla.

U této novinky byla zvláštní pozornost zaměřena na úspornost také v jiných oblastech. Všechny chladicí jednotky jsou nyní vybaveny tak, že je lze provozovat prakticky s jakýmkoli běžným síťovým napětím a frekvencí po celém světě. Je umožněn rozsah vstupního napětí od 110 V (1f) do 480 V (3f) se síťovou frekvencí 50 Hz nebo 60 Hz. Schopnost provozu s různým napájecím napětím umožňuje použitá invertorová technologie. Velkou výhodou, která je atraktivní zejména pro výrobce prodávající své stroje po celém světě, jsou nízké logistické náklady. Chladicí jednotka je stále stejná, ať už se stroj expeduje do Japonska, do USA nebo na území Evropy. Všechny nové chladicí jednotky navíc obdrží certifikát UL, což výrazně zjednodušuje prodej stroje na americkém trhu.

Možnost provozování chladicích jednotek s různým napětím snižuje počet variant, navíc byly rozsahy výkonu upraveny tak, aby nyní celkový rozsah 1,5 kW až 6 kW pokrývaly pouze tři přístroje. To dále snižuje logistické náklady pro výrobce strojů. Vyplývají z toho výhody také pro projektování. Montážní výřezy v boční stěně nebo dveřích rozváděčové skříně jsou pro všechny jednotky stejné. U systému se tak nemusejí provádět žádné úpravy, ani když je například zapotřebí chladicí jednotka s vyšším chladicím výkonem. Také vlastní montáž s sebou přináší novinky: u částečné vestavby, což je zpravidla cca 30 % všech případů, se nemusejí ventilátory, uzemňovací kabel a ovládací díl již odpojovat ze svorek. Chyby při montáži, které během uvádění do provozu mohou vést k velmi drahému a náročnému hledání chyb, jsou tak v podstatě nepravděpodobné. Výrobce strojů i dodavatele rozváděčů a řídicích systémů zaujmou tyto novinky jednoduchou logistikou a vedením skladových zásob a kratšími pracovními dobami při projektování i při montáži. Také to jsou značné výhody z hlediska úspornosti.

U ovládání nových chladicích jednotek používá nyní Rittal ovládací panel, který je vybaven dotykovým displejem. Tím je zajištěno intuitivní ovládání přístrojů. Na displeji se nyní zobrazují jednoduchá systémová hlášení místo dosud obvyklého kódu. V případě servisu tak lze mnohem rychleji reagovat. V řadě případů může problém vyřešit sám obsluhující personál, bez nutnosti přivolání specializovaného odborníka. Do konceptu ovládání jsou integrovány také instrukce pro preventivní údržbu. Lze tak optimálně naplánovat údržbu a zamezit prostojům. Textová zobrazení jsou obecně dvojjazyčná, přičemž oba jazyky jsou volitelné. Umožněny jsou také asijské znaky a cyrilice.

Pro komunikaci s nadřazenými systémy je u přístrojů série Blue e+ na výběr několik možností. Novinkou je připojení NFC (bezdrátová komunikace na krátkou vzdálenost), kde lze nejdůležitější data přenést pomocí smartphonu. Tato možnost je ideální pro přenos dat k nastavení do celé řady chladicích jednotek pomocí vhodné aplikace pro smartphony. Na smartphonech také lze jednoduše vizualizovat a ukládat různá vyhodnocení, například z regulace teploty. Prostřednictvím integrovaného USB rozhraní lze připojit PC, kde diagnostický software RiDiag umožní podrobné znázornění a vyhodnocení veškerých dat z chladicí jednotky. Pomocí volitelného přídavného modulu lze zajistit například také připojení k PLC v reálném čase. Jako protokoly jsou zde k dispozici CAN a Ethernet/Profinet. V prostředí právě probíhajících diskusí na téma Industry 4.0 má připojení v reálném čase velký význam.

Od ledna 2015 je u zkušební chladicí jednotky série Blue e+ firmy Rittal testován výkon v oddělení výstupní kontroly této ingolstadtské automobilky. Při testování na třech rozváděčových skříních probíhá srovnávací měření této novinky se dvěma dalšími chladicími jednotkami od firmy Rittal. Chladicí jednotka Blue e+ je porovnávána s chladicí jednotkou aktuální série TopTherm Blue e a jednou starší chladicí jednotkou. Testování má běžet po celý rok. Již nyní první výsledky provozního testu přesně potvrzují měření výkonu provedené oddělením Business Development u firmy Rittal. „V přímém srovnání s aktuální chladicí jednotkou TopTherm Blue e od firmy Rittal jsme za stejných podmínek s přístrojem Blue e+ dosud dosáhli 75procentní úspory energie při chlazení našeho řídicího systému výroby,“ vysvětluje Dipl.-Ing. Andreas Korn z oddělení Plánování automatizační techniky Ingolstadt společnosti Audi AG a dodává: „Chladicí jednotky Blue e+ firmy Rittal stanovují nová měřítka energetické účinnosti u chlazení rozváděčových skříní.“

Ve strojírenství je vysoká životnost zařízení jedním z nejdůležitějších požadavků. Pro prevenci výpadků musejí být komponenty řídicích systémů, které jsou v závislosti na zatížení stroje vystavovány teplotním stresům, chlazeny podle potřeby. Jednotky Blue e+ od firmy Rittal dokážou (jak ukazují aktuální měření u firmy Kapp Werkzeugmaschinen GmbH) snížit nyní teplotní zatížení způsobená kolísáním teplot oproti běžně regulovaným chladicím přístrojům o 95 procent. „Tento výsledek mě skutečně přesvědčil a velmi na mě zapůsobil. Díky přesným teplotám u nových chladicích jednotek Rittal Blue e+ můžeme významně snížit teplotní šok u našich řídicích systémů a zvýšit tak automaticky životnost našich zařízení. To je pro nás ve strojírenství absolutní výhodou,“ říká Alfred Tenner, vedoucí oddělení měření, řízení a regulace u společnosti Kapp Werkzeugmaschinen GmbH.

Pro strojírenství znamená schopnost provozu s různým napětím vysokou flexibilitu a jistotu pro plánování. Potvrzují to první výsledky aktuálních měření u výrobce strojů J. G. Weisser Söhne. Nové technické možnosti, zejména schopnost provozu s různým napětími, shrnuje Thorsten Rettich, ředitel úseku Technika firmy J. G. Weisser GmbH & Co. KG, předběžně takto: „Tím, že do budoucna můžeme plánovat systémy jen s jedním přístrojem a současně s ním pokrýt veškerá síťová napětí a frekvence u našich zákazníků po celém světě, jsou nové chladicí jednotky Blue e+ pro nás absolutní výhodou. Snížení skladových zásob a správy kmenových dat na jediné objednací číslo pro příslušnou výkonovou třídu nám ušetří čas i náklady od plánování přes nákup až po vedení skladu.“

Společnost Rittal přináší svým zákazníkům stále něco nového. Promyšlený koncept „Rittal – The System“ poskytuje řešení v oblasti rozváděčů, rozvodů proudu, chlazení a IT infrastruktury včetně softwaru a služeb napříč všemi sektory průmyslu. Celosvětovou dostupnost nabízených produktů a řešení zajišťuje více než 10 000 zaměstnanců, 11 výrobních závodů a 64 dceřiných společností.

Ing. Zbyněk Ledvinka

Rittal

revilakova.h@rittal.cz

www.rittal.cz