Rittal Blue E+. Nowość w klimatyzacji szaf sterowniczych

Fot. 1. Nowy graficzny wyświetlacz dotykowy zapewnia przegląd wszystkich istotnych informacji

Według szacunków w Europie używa się około dwóch milionów klimatyzatorów szaf sterowniczych, które przy założonej mocy przyłączeniowej 2 gigawatów (około 1 kW na urządzenie) są odpowiedzialne za emisję aż czterech milionów ton CO₂ rocznie. Rittal - jako dostawca systemów i lider innowacyjności - projektując nową generację klimatyzatorów Blue e+, postawił sobie za cel zmniejszenie zapotrzebowania klimatyzatorów na energię na tyle, aby wnieść znaczący wkład w ochronę klimatu i zmierzyć się z rosnącymi cenami energii.

Podstawą oceny ekonomiczności w klimatyzacji szaf sterowniczych jest często efektywność energetyczna, ponieważ zasilanie klimatyzatorów w energię elektryczną stanowi główną część kosztów eksploatacji. Rittal w nowej generacji klimatyzatorów zastosował po raz pierwszy innowacyjną, opatentowaną technologię hybrydową.

Polega ona na połączeniu klasycznego klimatyzatora sprężarkowego z systemem heat pipe. Heat pipe bazuje na odparowywaniu medium roboczego w rurce próżniowej. Transport pary z jednej strony oraz skroplonej cieczy z drugiej odbywa się bez aktywnych komponentów i opiera się tylko na zasadach fizyki, jak siła ciążenia i zjawiska kapilarne.

Ponieważ nie jest potrzebna żadna sprężarka lub pompa, zużycie energii ogranicza się tylko do wentylatorów. Heat pipe staje się szczególnie interesujące, gdy istnieje różnica temperatur między wnętrzem szafy sterowniczej a otoczeniem. Przykładowo nowy klimatyzator o mocy chłodniczej 1,5 kW może tylko za pomocą heat pipe dostarczać 900 W, gdy ustawiona temperatura wewnątrz szafy wynosi 35°C, a temperatura zewnętrzna 20°C.

Bardzo atrakcyjnie można opisać wysoką efektywność energetyczną za pomocą tzw. współczynnika sezonowej efektywności energetycznej (Seasonal Energy Efficiency Ratio - SEER). W porównaniu ze współczynnikiem efektywności eneregetycznej (Energy Efficiency Ratio - EER), definiowanym jako iloraz dostarczonej mocy chłodniczej do zastosowanej mocy elektrycznej, dodatkowo uwzględnia się warunki otoczenia.

Podczas gdy tradycyjny EER efektywnych klimatyzatorów Rittal wynosi około 2, sezonowy współczynnik SEER na przykład w Europie Środkowej może przyjmować wartości ponad 10. Przyczyną tak wysokiej efektywności jest fakt, że szczytowa moc chłodnicza klimatyzatora jest potrzebna tylko przez kilka dni w roku. Często wystarczy więc sama moc chłodnicza heat pipe, dzięki czemu zapotrzebowanie na energię elektryczną staje się bardzo małe.

Niezwykle wysoka jest także wydajność energetyczna chłodzenia sprężarkowego nowej serii urządzeń. Zarówno w wentylatorach, jak i w sprężarce zastosowano silniki DC. Dzięki technologii inwerterowej umożliwiającej regulowanie za pomocą napięcia obrotów sprężarki i wentylatorów dostarczana jest zawsze taka moc chłodnicza, jaka jest w danej chwili potrzebna.

W ten sposób, w porównaniu ze zwykłym rozwiązaniem, znacznie maleje zużycie energii. W połączeniu z technologią hybrydową prowadzi to do tego, że EER nowej generacji klimatyzatorów wynosi ok. 5. Bardzo wysoka efektywność energetyczna jest szczególnie ważna dla użytkowników końcowych. Inwestycja w tak wydajny klimatyzator zwraca się w ciągu kilku miesięcy dzięki obniżonym kosztom energii elektrycznej.

Wysoka efektywność energetyczna nowych klimatyzatorów - jak pokazują pierwsze wyniki testów - pozwala na oszczędności do 75%, a poza zużyciem energii zmniejsza się też odpowiednio emisja CO₂. Urządzenie Blue e+ przy częściowym obciążeniu 15% i w trybie wyłącznie heat pipe jest sześciokrotnie wydajniejsze w porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami chłodniczymi. Przy obciążeniu 65% oba systemy pracują w trybie hybrydowym, a przez to czterokrotnie wydajniej niż tradycyjne urządzenia.

TECHNIKA REGULACJI ZAPEWNIA DOSTOSOWANE DO POTRZEB CHŁODZENIE

Fot. 2. Regulowana moc chłodzenia likwiduje naprężenia termiczne wszystkich komponentów w szafie sterowniczej

Technika regulacji nowych klimatyzatorów została gruntownie zmodernizowana. Wyposażone w regulację obrotów napędy wentylatorów i sprężarki umożliwiają realizację nowoczesnych strategii regulacji, które są znacznie efektywniejsze w porównaniu z klasyczną regulacją dwupunktową. Gdy ustawiona temperatura wewnętrzna szafy zostanie osiągnięta, inwerter automatycznie zmniejsza obroty sprężarki, obniżając moc chłodniczą.

Elektronika regulatora stale mierzy, ile mocy chłodniczej musi zostać dostarczone i w ten sposób może optymalnie regulować system. Chłodzenie w oparciu o regulację mocy pozwala nie tylko na oszczędzanie energii, lecz także wydłuża żywotność sprężarki, która zależy głównie od liczby załączeń. Regulacja obrotów sprawia, że są one bardzo rzadkie, co minimalizuje zużycie.

Taka utrzymująca stałą temperaturę regulacja jest lepsza także dla komponentów w szafie sterowniczej. Ciągłe wahania temperatury w klasycznej regulacji dwupunktowej powodują w komponentach naprężenia termiczne, czego nie ma w nowoczesnej regulacji. Przez to zwiększa się także żywotność zainstalowanych komponentów.

Elektronika standardowo może regulować temperaturę powietrza wydmuchiwanego lub zasysanego. Można także podłączyć zewnętrzny czujnik temperatury, na którym będzie się wówczas opierać regulacja przez elektronikę. Można go umieścić przy najwrażliwszym komponencie w szafie sterowniczej, aby uniknąć kumulacji ciepła w tym miejscu.

MNIEJ WARIANTÓW I JEDNAKOWY MONTAŻ

Fot. 3. Interfejs NFC pozwala na łatwą konfigurację wielu klimatyzatorów za pomocą urządzeń mobilnych

Przy opracowywaniu tej serii Blue e+ szczególną uwagę zwracano nie tylko na samą ekonomiczność. Wszystkie urządzenia obsługują teraz m.in. różne napięcia i mogą być stosowane praktycznie we wszystkich popularnych sieciach na całym świecie. Zakres możliwego napięcia wejściowego sięga od 110 V (jednofazowego) do 480 V (trójfazowego) przy częstotliwościach sieciowych 50 Hz lub 60 Hz.

Wielonapięciowość stała się możliwa dzięki zastosowaniu technologii inwerterowej. Dużą zaletą, szczególnie dla producentów prowadzących działalność na całym świecie, są niskie koszty logistyki. Klimatyzator jest zawsze taki sam, niezależnie od tego, czy maszyna ma być dostarczona do Japonii, USA czy do krajów europejskich. Poza tym wszystkie nowe klimatyzatory mają UL-Listing, co znacznie ułatwia odbiór maszyny na rynku amerykańskim.

Nie tylko obsługa wielu napięć powoduje zmniejszenie liczby wariantów. Dopasowano także zakresy mocy tak, że za pomocą tylko trzech urządzeń można pokryć cały przedział od 1,5 kW do 6 kW. To dodatkowo zmniejsza koszty logistyki konstruktorów maszyn. Zalety pojawiają się także w inżynierii. Wycięcia w ścianie bocznej lub drzwiach szafy sterowniczej są takie same dla wszystkich urządzeń.

Dzięki temu urządzenie nie wymaga dopasowania, gdy np. potrzebny jest klimatyzator o większej mocy. Nowości pojawiły się także w sposobie instalacji - w montażu częściowo wewnętrznym, który stanowi około 30% wszystkich przypadków, nie trzeba już odłączać wentylatorów, kabli uziemienia i panelu obsługi.

W ten sposób zmniejsza się prawdopodobieństwo popełnienia błędów, które z kolei mogłyby powodować kosztowne usuwanie usterek podczas uruchamiania. Zmiany te stają się zauważalne zarówno dla producentów maszyn, jak i dla konstruktorów aparatury rozdzielczej oraz sterowniczej przez uproszczenie logistyki i magazynowania czy skrócenie czasu pracy, a także podczas montażu. Również to jest zaletą w kontekście ekonomiczności.

INNOWACYJNA OBSŁUGA

Fot. 4. Szybka konfiguracja, odczyt danych i tekstowe komunikaty systemowe na inteligentnym, wielojęzycznym wyświetlaczu

Do obsługi nowych klimatyzatorów Rittal stosuje teraz panel z ekranem dotykowym. Gwarantuje on intuicyjność w użytkowaniu urządzeń. Na ekranie wyświetlane są komunikaty systemowe w postaci zwykłego tekstu, a nie jak to było dotychczas przyjęte - kodów. To pozwala także na szybszą reakcję serwisu.

W wielu przypadkach personel obsługi może rozwiązać problem samodzielnie, bez konieczności angażowania specjalistów. W koncepcji obsługi uwzględnione zostały także zapobiegawcze wskazówki dotyczące konserwacji. W ten sposób można optymalnie planować czynności serwisowe, unikając przestojów. Informacje tekstowe są z zasady dwujęzyczne, przy czym jeden z tych języków można wybrać. Są obsługiwane również znaki azjatyckie i cyrylica.

W urządzeniach serii Blue e+ istnieją różne możliwości komunikacji z systemami nadrzędnymi (do wyboru). Nowością są połączenia NFC (Near Field Communication), które umożliwiają przesyłanie najważniejszych danych za pomocą smartfonu. Ta opcja nadaje się idealnie do przesyłania danych z ustawieniami za pomocą odpowiedniej aplikacji do całego szeregu klimatyzatorów.

Jednocześnie na smartfonie można łatwo wizualizować i zapisywać także analizy - na przykład z regulacji temperatury. Zintegrowany interfejs USB pozwala na podłączenie PC, na którym w programie diagnostycznym RiDiag można szczegółowo zwizualizować i przeanalizować dane z klimatyzatora. Opcjonalny moduł Add-on umożliwia połączenie w czasie rzeczywistym np. z PLC. Do dyspozycji są protokoły CAN i Ethernet/Profinet. Akurat tego typu połączenie w czasie rzeczywistym ma duże znaczenie w dyskusjach na temat Przemysłu 4.0.

NIESAMOWITA EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNA

Od stycznia 2015 roku urządzenie testowe Rittal serii Blue e+ jest testowane w dziale kontroli końcowej producenta samochodów marki Audi. W instalacji testowej w trzech szafach sterowniczych prowadzone są badania porównawcze nowości z dwoma innymi klimatyzatorami Rittal. Blue e+ jest porównywany z klimatyzatorem aktualnej serii TopTherm Blue e i starszym urządzeniem.

Testy mają potrwać ponad rok. Już teraz pierwsze wyniki testów dokładnie potwierdzają pomiary mocy z działu rozwoju Rittal. "W bezpośrednim porównaniu urządzenia Blue e+ z aktualnym klimatyzatorem TopTherm Blue e Rittal przeprowadzonym w tych samych warunkach uzyskaliśmy do tej pory 75% oszczędności energii w chłodzeniu systemów sterowania produkcją", objaśnia inż. Andreas Korn z działu planowania i techniki automatyzacji, Audi AG. Dodaje również: "klimatyzatorami Blue e+ Rittal wyznacza nowe standardy efektywności energetycznej w klimatyzacji szaf sterowniczych".

CHŁODZENIE DOSTOSOWANE DO POTRZEB WYDŁUŻA ŻYWOTNOŚĆ

Fot. 5. Zintegrowany system heat pipe do chłodzenia pasywnego odprowadza ciepło z szafy sterowniczej gdy temperatura otoczenia jest niższa od wartości zadanej

Jednym z najważniejszych wymogów w budowie maszyn jest długa żywotność urządzeń. Aby uniknąć awarii, komponenty sterownicze narażone na naprężenia termiczne muszą być odpowiednio klimatyzowane. Rittal Blue e+ umożliwia teraz zredukowanie obciążeń termicznych spowodowanych przez wahania temperatury o 95% w porównaniu z tradycyjną regulacją urządzeń chłodniczych.

Potwierdzają to aktualne pomiary w Kapp Werkzeugmaschinen GmbH. "Dzięki dokładności temperaturowej nowych klimatyzatorów Rittal Blue e+ możemy znacznie zmniejszyć naprężenia termiczne naszych urządzeń sterowniczych i przez to wydłużyć ich żywotność. To dla nas absolutny plus w budowie maszyn. Ten wynik naprawdę mnie zaskoczył i zrobił na mnie wrażenie", mówi Alfred Tenner, szef działu pomiarów, sterowania i regulacji w Kapp Werkzeugmaschinen GmbH.

JEDEN KLIMATYZATOR DLA WSZYSTKICH SIECI

Dla branży budowy maszyn oznacza to większą elastyczność i bezpieczeństwo planowania. Potwierdzają to wyniki aktualnych pomiarów dokonanych u producenta maszyn J.G. Weisser Söhne. Thorsten Rettich, szef ds. technicznych w J.G. Weisser GmbH & Co. KG, wyciąga pierwsze wnioski dotyczące nowych możliwości technicznych, a szczególnie obsługi różnych napięć: "Nowe klimatyzatory Blue e+ to dla nas absolutna korzyść, ponieważ w przyszłości będziemy mogli projektować tylko jedno urządzenie obsługujące jednocześnie wszystkie napięcia sieciowe i częstotliwości dla naszych klientów na całym świecie. Zredukowanie stanów magazynowych i obsługi danych bazowych do tylko jednego numeru artykułu w danej klasie mocy oszczędzi nasz czas i pieniądze, począwszy od etapu projektowania, przez zakup, aż po magazynowanie".

Rittal Sp. z o.o.
www.rittal.pl