Anwender in der Industrie stehen heute vor der Aufgabe, anfallende Abwärme in Form von Abluft durch Kühlgeräte und Rückkühlanlagen aus den Werkshallen abzuführen. Moderne Rückkühlanlagen produzieren an der Anwendung kaltes Wasser und müssen luftgekühlt werden, um diese Kälteleistung erbringen zu können. Die Alternative stellen wassergekühlte Verflüssiger dar, hierzu ist aber Prozesswasser durch ein Wassernetz notwendig, bei dem die Wassertemperatur saisonal schwankt. Entscheidend ist bei allen diesen Lösungen immer die anwendungsspezifische Auslegung.
Die Hitze in den Werkshallen führt dazu, dass viele Endkunden zusätzliche Klimatisierungsmaßnahmen zur Kühlung der gesamten Halle ergreifen müssen, was kostenintensiv ist. Genau hier setzt die Methode Wasserkühlung als System“ an.
Ganzheitliche Betrachtung
Bislang wurde die Kühlung der verschiedenen Anlagenteile meist getrennt voneinander betrachtet. Hierdurch bleibt jedoch wertvolles Optimierungspotenzial ungenutzt. Maximale Effizienz in der Kühlung einer gesamten Anlage lässt sich durch eine Systemlösung aus Luft/Wasser-Wärmeübertrager und wasserbasierter Rückkühlanlage erreichen. Denn über das geschlossene Rohrleitungssystem lassen sich alle Kühlaufgaben an einer Anlage – seien es Schaltschränke, Prozesse oder einzelne Maschinenteile wie Spindeln, Motoren oder Hydraulik-Vorrichtungen – realisieren.
Und so funktioniert es: In einem geschlossenen Rückkühlsystem werden Schaltschränke bzw. Anlagen gekühlt, indem kaltes Wasser mit einer bestimmten Vorlauftemperatur durch ein Rohrleitungssystem hindurch gepumpt wird. Nachdem das Wasser die Schaltschränke oder Anlagen durchlaufen hat, fließt es wärmer (Rückkühltemperatur) wieder zum Rückkühler zurück. So entsteht ein Temperaturdelta, das der Rückkühler ausgleicht, indem er das Wasser von der Rückkühltemperatur zurück auf die Vorlauftemperatur herunterkühlt. Die Rückkühlanlage speist in oder auch außerhalb der Halle die Anwendung mit kaltem Wasser und steigert durch eine konstante Vorlauftemperatur die Maschinenverfügbarkeit und Fertigungsgenauigkeit erheblich.
Anwendungsspezifisch ausgelegte Rückkühlanlagen in Kombination mit Luft/Wasser-Wärmeübertragern eignen sich besonders für Anwendungen, wo Verlustleistung nicht in den Umgebungsraum gelangen darf, aggressive Umgebungsluft den Einsatz herkömmlicher Kühlgeräte einschränkt, ein sehr hoher IP-Schutz (bis IP 65) nötig ist oder wartungsfreie Geräte erforderlich sind.
Modular und energieeffizient
Pfannenberg bietet anschlussfertige Rückkühlsysteme in einem Leistungsspektrum von 1 bis 160 kW an. Dank des modularen Konzepts der EB-Serie können Anwender aus einem Angebot von bis zu 30 Standardoptionen auswählen. Hierzu zählen unter anderem hydraulischer Bypass/Überströmventil, Durchflussüberwachung, Tankniveauüberwachung, Luftfilter, Luftfilterüberwachung, Rückschlag- und Magnetventil, Einzelalarmanzeige und UL-Zertifizierung. Auch Sonderlösungen sind möglich.
Die neueste Rückkühler-Serie EB 2.0 steht in fünf Standardkonfigurationen für Kühlleistungen von 3,2 bis 16 kW zur Verfügung und bietet dank überarbeitetem Design sowie hochwertiger Komponenten maximale Effizienz ohne Leistungseinbußen gemäß ErP-Richtlinie 2009/125/EG. Der Einsatz von Microchannel-Wärmetauschern als Verflüssiger macht die Rückkühler besonders effizient, kompakt und korrosionsbeständig. Ein zusätzlicher Luftfilter verlängert die Wartungsintervalle. Das intelligente Gehäusedesign mit zwei abnehmbaren Seitenblechen erleichtert den Zugang zu den innen liegenden Komponenten und ermöglicht so eine effiziente Wartung.
Die Kühlmedien – möglich sind Wasser, Wasser/Glykol-Gemische, Emulsion und niedrigviskose Öle – weisen eine geringe Viskosität von maximal 10 cSt (10 mm2/s) bei einer Umgebungstemperatur von +40 °C auf. Insgesamt eignen sich die EB 2.0-Geräte für Umgebungstemperaturen von –20 °C bis +45 °C. Aufgrund der hohen Regelgenauigkeit von bis zu ±0,1 K bei unterschiedlichen Kühlanforderungen eignen sich die Rückkühler der EB-Serie für anspruchsvollste Anwendungen, unter anderem in der Automobilindustrie, im Werkzeugmaschinenbau, in der Verpackungsindustrie und in Laserschneidemaschinen.
Anwendungsspezifische Auslegung
Gemeinsam mit dem Kunden entwickeln die Experten von Pfannenberg anwendungsspezifische Rückkühlanlagen. Für eine passgenaue Auslegung ist es zunächst entscheidend, die Wärmelast unter Berücksichtigung der gesamten Anlage zu bestimmen.
Im zweiten Schritt werden die Art des Kälteträgers (idealerweise Wasser), die Solltemperatur und die Durchflussmenge ermittelt, die die Rückkühlanlage in der konkreten Anwendung bereitstellen muss. Dabei ist zu berücksichtigen, wie die Wärme aus dem Prozess auf den Kälteträger übertragen und welche Art von Kälteträger verwendet wird. Die Art des Kälteträgers bzw. welches Rückkühlermodell zum Einsatz kommt, hängt unter anderem davon ab, ob fabrikseitig nutzbares Prozesswasser zur Verfügung steht und wenn ja, ob es warm oder kalt ist.
Außerdem wird analysiert, welche Umgebungsbedingungen am Aufstellungsort der Rückkühlanlage vorherrschen. So können im Innenbereich zum Beispiel hohe Temperaturen und verunreinigte Umgebungsluft auftreten, während im Außenbereich starke Temperaturschwankungen möglich sind. Beides kann einen Einfluss auf die Auslegung der Rückkühlanlage haben und möglicherweise Zubehör wie Luftfilter oder Kurbelgehäuseheizungen erforderlich machen.
Auf Basis der Kälteträgereintritts- und der höchsten zu erwartenden Umgebungstemperatur bestimmt Pfannenberg dann das optimale Rückkühlermodell mit den passenden Kennlinien. Bei der Auswahl des Modells wird der Sicherheitsfaktor der Anwendung im Hinblick auf die verfügbaren Baugrößen mit berücksichtigt. Auch die Pumpenkennlinien des Rückkühlers werden geprüft, um sicherzustellen, dass die Pumpe bei der Auslegungsfördermenge ausreichend Druck für die Anwendung bereitstellt. Denn bei einigen flüssigkeitsgekühlten Systemen können durch enge oder lange Kälteträgerleitungen höhere Druckverluste als gewöhnlich auftreten.
Zum Abschluss der anwendungsspezifischen Auslegung wird durchdacht, ob die ausgewählte Standardausführung die sonstigen Anforderungen der Anwendung, z. B. in Bezug auf Leistungsdaten, Steuer- und Regelungsmöglichkeiten, Aufstellungsfläche, Zulassungen und Farbe, erfüllt. Daraufhin wird bestimmt, ob Standardoptionen erforderlich oder sinnvoll sind und wenn ja, welche. Die zahlreichen verfügbaren Optionen ermöglichen es, die EB-Rückkühler an die Anforderungen nahezu jeder Anwendung anzupassen.
Wirtschaftliche Lösung
Pfannenberg bietet in der Prozesskühlung neben der Lieferung der verschiedenen Kühlgeräte ein Rundum-sorglos-Paket“ inklusive Beratung, anwendungsspezifischer Auslegung, Installation und Wartung. Auf diese Weise entstehen Systemlösungen, mit denen sich auf einfache Weise sowohl Schaltschränke und Prozesse als auch einzelne Maschinen kosteneffizient kühlen lassen.
Begünstigt wird dieses Konzept durch das durchgängige Klimakonzept von Pfannenberg: Die aktiven Kühlgeräte, die Luft/Luft-Wärmeübertrager und die Luft/Wasser-Wärmeübertrager sind untereinander ausschnittkompatibel und passen gleichzeitig in die Gehäuse aller gängigen Schaltschränke. Der Nutzen der Systemlösung aus anwendungsspezifischen Rückkühlern und Luft/Wasser-Wärmeübertragern liegt darin, dass die Abwärme gezielt aus der Fertigungshalle geführt werden kann, z. B. über Luftkanäle oder den Außeneinsatz der Rückkühlanlage. Zudem sind alle Komponenten des Systems optimal aufeinander abgestimmt.
Vincent von Wieding,
Business Development Manager Rückkühlanlagen, Pfannenberg GmbH, Hamburg
Andreas Berberich,
Application Engineer,
Pfannenberg GmbH, Hamburg
