Kosteneinsparung durch ganzheitliche Energieeffizienzfiles.messe.de/cmsdb/D/001/23089.pdf · Ganzheitliche Energie-Effizienz Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Die

Kosteneinsparung durch ganzheitliche Energieeffizienz

Von der fachgerechten Planung, Installation und Wartung bis zu neuesten Entwicklungen im Bereich wassergekühlter Produktionsmaschinen

Ralf Schneider

Business Development Climatisation

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Ralf Schneider / HMI 2010 2

Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzDie wachsende Umweltproblematik

Wachsende Welt-

bevölkerung

Steigender Energiebedarf

Treibhausgase (Kältemittel

R12)

Energie-verschwendung

Fossile Brennstoffe

(CO2)

Ressourcen-engpässe und

-verbrauch

„Wir sind uns bewusst über die Verantwortung gegenüber unserer Umwelt und dem

Umfeld, in dem wir leben. Wir wollen mitgestalten und verbessern.”

Rittal Unternehmensgrundsatz Nr. 9:

Globale Erwärmung


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzTotal Cost of Ownership

TCO

• Anschaffungskosten• Energiekosten• Wartungskosten• Instandhaltungskosten

Ganzheitliche, betriebswirtschaftliche Gesamtbetrachtung über den kompletten Produktlebenszyklus unter Berücksichtigung von:

Gesamtkosten bestimmen

Ziel

13%

48%

11%

28%

Energiekosten

13%

48%

11%

Wartungskosten

Gerätepreis

Montage / Beschaffung /Sonstiges

Gesamtkosten eines Kühlgerätes im 5 Jahreszeitraum


Ganzheitliche Energie-Effizienz

5x 4,95€1,99€

2,99€ 14,60€

19,55€4,98€

Betrachtung Einzelpreise

Betrachtung Life-Cycle 5 Jahre

Betrachtung Stromverbrauch 5 Jahre

Gesamtkosten in 5 Jahren

1,99€ 0,99€

Low CostPremium

Beispiel: Energiesparlampe oder Glühbirne?

Ganzheitliche Berücksichtigung aller Produktvorteile über den gesamten Lebenszyklus erforderlich

Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzTotal Cost of Ownership



Reduktion von Entwicklungs- , Fertigungs- und Betriebskosten

durch die optimale Kühllösung

Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzSchritt 1: Gute Planung

Computational Fluid Dynamics (CFD)

Energieeinsparung durch richtig ausgewählte Klimatisierungslösungen

Projektierungssoftware Rittal Therm 6.0

Thermografie - Überprüfung und Optimierung bestehender Anlagen

Visualisierung fertig bestückter, funktionsfähiger Schaltschränke und Elektronikgehäuse im laufenden Betrieb



.

Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzSchritt 2: sorgfältige MontageVermeidung typischer Fehler aus der Praxis

Ineffizienz erhöht Energieverbrauch und verringert die ProduktlebensdauerBeispiel: 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 WandanbauGerätebezeichnung 3332.x4x 3332.x4x

Kälteleistung [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 €



Klimatisierungsberechnung mit Rittal Therm durchgeführt

Verlustleistung im Schrank < spezifische Kühlgeräteleistung

Lüftungsräume gemäß Herstellervorgabe berücksichtigt

Kontrollereinstellung auf Werkseinstellung belassen: +35°C

(Schaltschrank-Innentemperatur)

Schaltschrank abgedichtet (Schutzart IP54)

Kühlgeräte und Filter regelmäßig warten

Verschmutzte Filter erhöhen den Energieverbrauch: Lösung RiNano

1

2

3

4

5

6

Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzSchritt 2: sorgfältige MontageCheckliste für Gehäuseklimatisierung

Reduktion: Ausfallzeiten und BetriebskostenErhöhung: Anlagensicherheit und Energieeffizienz

Im Buchhandel für 24,90 € erhältlich ISBN-Nummer: 978-

3-937889-74-0



Wartungskosten herkömmlicher Gerätepro Jahr

Beispiel: Bremscheibenfertigung

Geräte: 200Filterwechsel pro Jahr: 52Kosten Filtermatte: 1,5€Kondensatflasche leeren pro Jahr: 26Zeit pro Wechsel / Leerung: 2 Min. Lohn (Brutto): 30€

Filtermatte nach 5 Tagen Betriebszeit

Filtermatten wöchentlich wechseln!!!

Kosten pro Gerät: 130€ + 26€ = 156€

Summe Wartungskosten

Kondensatflasche regelmäßig leeren

31.200€ im Jahr

Filter Kondensat

Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzSchritt 3: regelmäßige WartungProblem = Kühlgerätebetrieb bei belasteter Umgebung

Speziell bei SCHMUTZ und FEUCHTIGKEIT


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzSchritt 3 : Kundenbeispiel: Keine Wartung – Eine richtige Entscheidung?

Minderleistung 30%

Hersteller

Top Therm+

sauber

Gerät A

verschmutzt

Montageart Wandanbau WandanbauGerätebezeichnung 3305.xxx xxx

Kälteleistung [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 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

Unnötiger Klimaschädlicher CO2 Ausstoß Top Therm+ Gerät A

Einzelgerät 910 kg

200 Geräte 18200 kg

+154 €



PLUS RiNano beschichtetem Verflüssiger

Serienmäßig bei allen RTTplus Kühlgeräten und Mini Rückkühlern

Möglichkeiten der Effizienzsteigerung des KälteaggregatsSchritt 4: Fortschrittliche TechnologieRittal Top Therm plus Kühlgeräte



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 beschichtetSauerstoff (O 58,0%)Kohlenstoff (C 61,8%)

Oberfläche unbeschichtet Aluminiumoxid (Al 35,8%)Sauerstoff (O 58,0%)

Verflüssigeroberfläche

2

1

3

Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzSchritt 4: Fortschrittliche TechnologieRiNano = Reduzierung der Betriebskosten



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

Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzSchritt 4: Fortschrittliche TechnologieRiNano = Reduzierung der Betriebskosten

Energieeffizienz – Fortschrittliche Technologie


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzKundenkommentareSchritt 4: Fortschrittliche Technologie„Mit RiNano reduzieren wie Betriebskosten weil:

�weniger Wartung

�Keine Filtermatten

�Weniger Fehler durch falsche und mangelnde Wartung

Dies erhöht unsere Anlagenverfügbarkeit und somit unsere Produktivität“


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Schritt 4: Fortschrittliche TechnologieWeitere technische Möglichkeiten – COOL EFFICIENCY Kühlgeräte

Cool-Efficiency

• Energieeffiziente Kühlgeräte für Wand- und Dachaufbau

• bei gleicher Kühlleistung deutlich sparsamer im Verbrauch als seine Vorgänger (30-70%)

��Neuste Kompressor- und Lüftertechnologie

��Optimale Anordnung der Wärmetauscher-Komponenten

��Optimierte Kältemittelfüllmenge



Cool Efficiency

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Schritt 4: Fortschrittliche Technologie

Testergebnisse



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

Testergebnisse:

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Schritt 4: Fortschrittliche TechnologieMessung bei einem deutschen Automobilhersteller


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Schritt 4: Fortschrittliche TechnologieMessung bei einem deutschen AutomobilherstellerTestergebnisse nach 14 Monaten Nutzungsdauer

Beschichteter WärmetauscherUnbeschichteter Wärmetauscher



Rittal 2,5 kW mit Filter Cool Efficiency 2 kWArtikelnr. 3392140 3328800

effektive 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

Amortisationsrechnung auf Basis der Messergebnisse:

EingabeparameterEingabeparameterEingabeparameterEingabeparameter

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:Angaben zum Gerät:Angaben zum Gerät:Angaben zum Gerät: Gerät 1 (mit Filter verschmutzt): Gerät 2 (RiNano): Differenz

Kühlleistung [W] 1.806 2.000

Anschaffungspreis [€] 1.550,00 1.458,00 -92,00

Leistungsaufnahme [W] 1.674,4 717,5 -956,9

Die Anschaffungskosten für das Cool Efficiency Geräthaben sich nach 2,5 Jahren amortisiert!

2 kW

Vergleichsmessung bei einem Automobilhersteller in Deutschland

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Schritt 4: Fortschrittliche Technologie

3,3 t /JahrCO² Einsparung


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung



Energieeffitziente Wasserkühlung im Produktionsbereich

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung WasserkühlungWarum Wasser- bzw. Flüssigkeitskühlung?

Höhere Energiedichte als z.B. Luft

Kompakte BauweiseEinfacher Energie-

transport

Guter EnergiespeicherKühlleistung frei

skalierbar

d. h. z. B. bei Antrieben höhere Dauerleistung bei gleichem Bauvolumen möglich!

z. B. aus dem Gebäude heraus!

z. B. Pufferspeicher für Lastspitzen!

Bei gleichzeitiger Abführung hoher Wärmelasten!

Modular, offen, Baukastensysteme möglich

Vorteile


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Beispiel Wassergekühlte Werkzeugmaschine

Kühlung der Werkzeugmaschine als auch des Schaltschrankes erfolgen wassergekühlt

Luft- Wasser-Wärmetauscher

Kühlaggregat

Bearbeitungsprozess (Spindel)- wassergekühlt

Abwärme Verflüssiger!


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Beispiel Luft/Wasser-Wärmetauscher



Schaltschrank- und Maschinenkühlung

Optimale Abführung hoher Wärmelasten in Kombination mit Luft/Wasser-Wärmetauschern selbst bei extremen Umgebungs-temperaturen.

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Beispiel Luft/Wasser-Wärmetauscher



Vergleichsrechnung Top Therm Chiller

mit Wärmetauscher / Top Therm Kühlgeräten

Kosten sparen durch ganzheitliche EnergieeffizienzNeue Entwicklung WasserkühlungNeuheit 2010: Rittal Top Therm Chiller

am Beispiel einer TS-Schrankreihe mit folgender Verlustleistung

8 x 2.300 Watt 18,4 2 x 900 Watt 1,8 6 x 800 Watt 4,8

25,0

25 kW Verlustleistung



Vergleichsrechnung Top Therm Chiller mit Top Therm Kühlgeräten


1. Investitionskosten

1.1 TopTherm-Kühlgeräte

Kühlgerät im innovativen TopTherm-Design für Wand-Anbau, Teileinbau, Einbau. Temperaturregelungund Systemüberwachung durch Microcontroller des Gerätes. Lieferung erfolgt anschlußfertig verdrahtet,inkl. Bohrschablone und Befestigungsmaterial

Leistung Preis / Stück Gesamtpreis Watt* Euro** Euro

SK 3329.500 Kühlgerät für Wandanbau 8 2.500 1.458,00 11.664,00SK 3304.500 Kühlgerät für Wandanbau 8 1.000 773,00 6.184,00

Summe 28.000 17.848,00* bezogen auf Ti35/Tu35

** Listenpreise gem. deutscher Preisliste 32.1 ./. 12% Rabatt

2. Energieverbrauch

Einschaltdauer in %: 70Betriebsstunden / Jahr: 8800 (8 Stunden x 5 Werktage x 220 Arbeitstage)

Leistung Preis KWh Gesamtpreis kW Euro Euro

SK 3329.500 Kühlgerät für Wandanbau 8 1,02 0,17 12.147,52SK 3304.500 Kühlgerät für Wandanbau 8 0,58 0,17 6.911,52

Summe 1,59 19.059,04

Artikel-Nr. Bezeichnung Anzahl

Bezeichnung Anzahl

Summe: 36.907,04

im ersten Jahr



Vergleichsrechnung Top Therm Chiller mit Wärmetauscher


1. Investitionskosten

1.1 Rückkühlanlage inkl. Verrohrung

Leistung Preis / Stück Gesamtpreis Watt* Euro Euro

Rückkühlanlage Standgehäuse 1 25.000 6.503,00 6.503,00Verrohrung 1 - 400,00 400,00

Summe 25.000 6.903,00* bezogen auf 18°C Wasser

1.2 Luft-Wasser-Wärmetauscher

Leistung Preis / Stück Gesamtpreis Watt* Euro** Euro

SK 3275.500 Luft-Wasser-Wärmetauscher 8 3.400 880,00 7.040,00SK 3373.500 Luft-Wasser-Wärmetauscher 8 1.150 486,00 3.888,00

Summe 36.400 10.928,00

2. Energieverbrauch

Einschaltdauer in %: 70Betriebsstunden / Jahr: 8800 (8 Stunden x 5 Werktage x 220 Arbeitstage)

Leistung Preis KWh Gesamtpreis kW Euro Euro

8 0,06 0,17 728,858 0,16 0,17 1.926,851 5,91 0,17 8.838,37

Summe 6,07 11.494,07



SK 3335.640

SK RückkühlanlageLuft-Wasser-Wärmetauscher 3375.500

AnzahlBezeichnung

Luft-Wasser-Wärmetauscher 3373.500

Summe: 29.325,07 €

im ersten Jahr

7.581,97 € bzw. 21% niedrigere Kosten nach bereits 1 Jahr!

(Einsparung: 7564,97 €in den Folgejahren)



• Modulbauweise (Plattform-Strategie: Identische Komponenten)

• Geringere Standfläche durch vertikale Bauform

• Hohe Zuverlässigkeit durchserienmässigen Wasserbypass

• International einsetzbar durch bifrequenteAusführung

• Hohe Servicefreundlichkeit (geringere Ersatzteilvielfalt, einfacher Modulaustausch möglich)

Der neue modulare Chiller von Rittal: Kundenvorteile




Der neue modulare Chiller von Rittal: Baukastenprinzip

Kältemodul mit unterschiedlichen Lufteintrittsrichtungen

TS 8 Schrank Hydraulikmodul Kältemodul Elektromodul Fertiger Chiller

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung WasserkühlungNeuheit 2010: Rittal Top Therm Chiller


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Fließschemata eines Kühlaggregats (vereinfacht)

Verdampfer

Pumpe

Wassertank

Luft- oder wasserge-kühlter Verflüssiger

Verdampfer

Einspritzventil

Verdichter

Rücklauf Prozess

Vorlauf Prozess, z.B.

Fluidtank

Rückkühler

Kältekreislauf

Fluidkreislauf

Temperatur-hysterese!

20°C +/- 0,5K


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Welchen Herausforderungen müssen sich Kälteaggregate in der Maschinen- und Prozesskühlung stellen?

1. Optimale Anpassung der Kälteleistung auf den jeweiligen Betriebspunkt (thermische Stabilität + Energieeffizienz)

2. Flexible Einsatzmöglichkeiten in unterschiedlichen klimatischen Umfeldern (Europa, Asien etc.)

3. Hohe Verfügbarkeit auch bei belasteten Umgebungsbedingungen

elektrische Leistungsaufnahme eines

typischen 6kW Industriekühlers Typ 3336.600

Verflüssigerlüfter

3%

Verdichter

79%

Pumpe

18%

21% der Jahresbetriebskosten

einer Werkzeugmaschine entfallen

auf die Energieversorgung!


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Kühlaggregat mit klassischer Heissgasbypassregelung


Ganzheitliche Energie-EffizienzKosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Externe Störgrößen auf die Temperaturhysterese eines Kühlaggregats

• variable Drehzahl der wassergekühlten Spindel (Bearbeitungsprogramm Werkstück, Reibwerte etc.)

• Werkzeugwechsel, Stillstandszeiten („Null- Last“)

Lastwechsel vom Voll-Last in den Teil- oder Null-Lastbereich, verursacht durch:

Lastwechselbeispiel

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58

Minuten

Kü

hll

eis

tun

g (

KW

)

Kühlaggregat 3kW



Frequenzgeregelte Rückkühler

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Möglichkeiten der Effizienzsteigerung des Kälteaggregats

Elektronisches Expansionsventil

Frequenzuzrichter

Drehzahlgeregelter Verflüssiger Lüfter



Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Neue Entwicklung Wasserkühlung Einsparpotenzial

*Angaben sind ca. Werte

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2

Energieeinsparung bei einem 6kW Rückkühler

drehzahlgeregelte Lüfter

drehzahlgeregelte Pumpe

Verdichterregelung (Inverter) +elektr. E-Ventil

nicht beeinflussbar

12

29

68

100

32 %

Ursprünglicher Energieverbrauch

Verbleibender Energieverbrauch

Energieverbrauch

1 %

2 %

29 %

68 %

*

*

*

*



Ziel: Maximierung der Enegergieeffizienz von Werkzeugmaschinen

Kosten sparen durch ganzheitliche Energieeffizienz Forschungsprojekt Maxiem

Vorgehensweise:

Identifikation des Energieverbrauches

Bewertungsmethoden und Nutzungsprofile

Benchmark der Funktionsmodule

Identifikation konstruktiver und steuerbarer Stellgrößen

Umsetzung in Demonstratormaschine

Rittal ist mit den Funktionsmodulen Schaltschrankkühlung und Maschinenkühlung beteiligt und liefert mit den Cool Efficiency Kühlgeräten und Top Therm Chillern wichtige Impulse zur Effizienzsteigerung.



Sonderexponat Wasserkühlung

Neuheiten 2010 Systemklimatisierung

Wo finde ich was auf der HMI?

Stellt alle Arten vonRittal-Wasser-kühlungen dar, z.B.:

•Indirekte Kühlung mit Luft/Wasser-Wärmetauschern

•Direkte Kühlung mit Cold Plate

Halle 11Stand E06



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