Diamond Light Source

Umrüstung der Ventilatoren bei Diamond Light Source

Ein Projekt in Kollaboration mit ebm-papst, STULZ Ltd and Cinque Energy Solutions Ltd

In dieser Fallstudie wird erläutert, wie ebm-papst, Cinque Energy Solutions und STULZ zusammenarbeiten, um ihren Kunden energiesparende Lösungen anbieten zu können. Im hier vorgestellten Beispiel hat eine der führenden wissenschaftlichen Einrichtungen in Großbritannien ihren Kühlenergieverbrauch dadurch drastisch senken können, dass die bestehende Klimatisierungslösung mit EC-Ventilatoren von ebm-papst nachgerüstet wurde.

Das sagt der Kunde:

"Als wissenschaftliche Einrichtung hat uns das Projekt auf mehreren Ebenen zugesagt. Natürlich sind da einerseits die Kostenersparnisse durch einen reduzierten Energieverbrauch und die erhöhte Zuverlässigkeit. Ein wesentlicher Vorteil der Lösung von ebm-papst war jedoch darüber hinaus die Verringerung des Schallpegels und der Schwingungen. Dieser Faktor kann für unsere Betriebsabläufe entscheidend sein. Nach dem Austausch der Ventilatoren stellte einer unserer Bediener fest, dass er das Gerät nun immer 'umarmen' müsse, um zu kontrollieren, ob es läuft, weil es so leise und vibrationsarm ist!"

Hintergrund des Projekts

Das Projekt startete Mitte 2012: STULZ beauftragte uns damit, eine Vor-Ort-Analyse im Hinblick auf die Umrüstung einiger Raumklimageräte für die Rechnerkühlung durchzuführen. In der Regel wird diese Art von Gerät für die Kühlung von Rechenzentren eingesetzt, in diesem Fall jedoch diente die Ausrüstung zur Kühlung der Technikräume, die um das Synchrotron der Diamond Light Source in Didcot angeordnet sind.

Phase 1 des Projekts bestand in der Umrüstung von 29 x CCD900CW Downfl ow Umluftklimageräten von STULZ: Die herkömmlichen AC-Radialgebläse mit vorwärts gekrümmten Schaufeln sollten durch rückwärts gekrümmte EC-Laufräder ersetzt werden.

Im Rahmen der ersten Vor-Ort-Analyse wurde überprüft, welche Leistungsaufnahme und Laufl eistung die aktuelle Lösung lieferte. Auch wurde geprüft, inwieweit die Geräte für eine Nachrüstung geeignet waren. Ziel war der Austausch der Gebläse durch rückwärts gekrümmte EC-Laufräder. Aufgrund der Begrenzung des Luftleitbleches, das die Luft in den Raum leitet, musste die EC-Lösung ins Gehäuse des Umluftklimageräts eingebaut werden und nicht darunter.

Als Lösung wurde das neueste RadiCal 560-mm-Laufrad von ebm-papst vorgeschlagen, das eine ausgezeichnete Energieeffi zienz bietet. Die Ventilatoren sollten in maßgefertigte Metallrahmen montiert werden, um den Luftstrom so zu lenken, dass er die Luftzufuhr in den Raum optimal unterstützt. Die Metall- und Montagearbeiten werden komplett bei ebm-papst UK Ltd durchgeführt: Dort steht ein spezieller Fertigungsbereich für kundenspezifi sche Lösungen zur Verfügung. Es fand eine Erstbeurteilung statt und die Ergebnisse wurden STULZ und dem Endkunden präsentiert. Um die Tragfähigkeit des Konzeptes nachzuweisen, wurde ein Testlauf mit einem Gerät vorgesehen.

Bild des Laufrads "RadiCal 560 mm"
GerätetypSTULZ CCD900CW Kaltwasser-Umluftklimagerät
Anzahl der Geräte29
Energieersparnis in % ~ 39 %


Testlauf und Energieanalyse

Im Januar 2013 führte Cinque Energy Solutions einen Testlauf mit einem Gerät durch. Ziel dieses Testlaufs war die Überprüfung der Eignung der maßgefertigten Konstruktion und der Nachweis des Energiesparpotentials und des Nutzens für den Kunden. Erste Ergebnisse zeigten eine Verbesserung von 43 % beim kVA im Vergleich zu den ursprünglichen AC-Ventilatoren. Für den Testlauf wurde das Gerät konstruktionstechnisch nicht verändert, so dass ggf. die Rückkehr zur alten Anordnung möglich war. Für die endgültige Umrüstung wurde vereinbart, den Boden des Umluftklimageräts weiter zu öffnen, um den Systemwiderstand für die neuen Ventilatoren zu verringern und die Effizienz weiter zu erhöhen.

Das Testgerät wurde so eingerichtet, dass der Luftvolumenstrom im Vergleich zu vorher gleich war. Da die Steuerung der EC-Ventilatoren sehr einfach ist, wurde das Umluftklimagerät jedoch mit einem simplen manuellen 0-10 V-Drehzahlregler ausgerüstet, damit jedes Gerät an den Raumbedarf angepasst werden kann. Nach einigen Monaten hatte das Wartungsteam es geschafft, die Ventilatordrehzahl so anzupassen, dass die Lösung noch weiter optimiert war.

Diagramm zeigt kVA-Verbesserung
Anzahl der Geräte29
Energieersparnis in %~ 55 %
CO2-Reduktion/Jahr~ 50 Tonnen
Jährliche Energieersparnis ~ 36 GBP


Umsetzung

Für die Umrüstung der 29 Geräte wurde ein Zeitraum im August 2013 geplant, in dem eine komplette Stillsetzung erfolgte. Die Umrüstung musste in einem zweiwöchigen Fenster komplett abgeschlossen sein. Daher setzte Cinque Energy Solutions zwei Teams ein, die parallel an den Geräten arbeiteten. Alle 54 Ventilatoren wurden an den Standort geliefert und in der Nähe der Geräte aufgestellt, um während des Umbaus keine Zeit zu verlieren.

Schritt 1: Ausbau der vorhandenen AC-Ventilatoren und des Motorsystems

Schritt 2: Erweiterung der Ausblasöffnungen im Bodenblech, um den Luftvolumenstrom mit den EC-Ventilatoren zu maximieren

Schritt 3: Einbau der neuen EC-Ventilatoren und Rahmen

Schritt 4: Wiederanschluss der Ventilatoren und Einbau der manuellen Drehzahlregler

Diamond Light Source Klimagerät mit umgerüsteten Ventilatoren


Nach der kompletten Installation wurde das ursprüngliche Gerät, das zuvor für den Testlauf vermessen worden war, erneut vermessen, nachdem das Bodenblech gemäß den konstruktionstechnischen Vorgaben geöffnet worden war. Durch diese Maßnahme und die Feinabstimmung der Ventilatorleistung ergaben sich die folgenden verbesserten Ergebnisse.

Diagramm zeigt kVA-Verbesserung

Die kW-Optimierung führte, sogar mit dem Versatz bei der Verbesserung des Leistungsfaktors (0,6 auf 0,9), zu einem besseren Ergebnis als zunächst geschätzt.

Diagrammt zeigt kW-Verbesserung

Zusatznutzen

Neben der erheblichen Energieersparnis, die der Wechsel zu EC-Ventilatoren bewirkte, ergaben sich weitere Vorteile, die sich für den Kunden als ebenso wichtig erwiesen haben. Durch die Verbesserung des Leistungsfaktors der EC-Ventilatoren gegenüber des AC-Lüfters von 06 auf 09, übertraf die tatsächlich erziele Steigerung der sensiblen Netto-Kälteleistung und Energieeffizienz die anfänglichen Erwartungen. Weitere Vorteile der Umrüstung:

  • Längere Lebensdauer der Ventilatoren
  • Längere Lebensdauer der Geräte
  • Reduzierter Wartungsaufwand – keine Riemen
  • Kein Riemenabrieb in den Technikräumen
  • Kontrollierte Kühlleistung
  • Mehr Flexibilität im Leistungsmanagement

Fazit

Der erfolgreiche Abschluss von Phase 1 der EC-Umrüstung hat zu einer Energieersparnis von 55 % gegenüber den ursprünglichen AC-Ventilatoren geführt. In der Summe entspricht dies 36.000 GBP Ersparnis bei den Energiekosten pro Jahr. Auch die Geräusch- und Schwingungspegel der Geräte, die sich in andere Teile des Gebäudes übertragen, konnten deutlich verringert werden. Phase 2 des Projekts, die Umrüstung der übrigen STULZ Geräte für den Kühlbetrieb, ist für den nächsten Stillsetzungszeitraum vorgesehen.

  • STULZ Referenz Diamond Light


    Projekt für die Umrüstung der Ventilatoren bei Diamond Light Source
    in Kooperation mit STULZ Ltd und Cinque Energy Solutions Ltd

    • Datei: STULZ_Referenz_DiamondLight_0216_de.pdf

    • Typ: Adobe PDF

    • Größe: 4,12 MB

    • Sprache: Deutsch

    • Datum: 2016-02-01

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