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02. April 2012

Effizienz ist mehr als Energiesparen

Beitrag aus openautomation 1-2/2012


In den vergangenen Jahren ist der Begriff Effizienz vor allem durch steigende Energiepreise stark in den Fokus der öffentlichen Betrachtung gerückt. Effizienz ist aber weit mehr als nur das Streben, für einen gegebenen Prozess möglichst wenig Energie aufzuwenden. Auch andere begrenzte Ressourcen, wie Arbeitszeit und Rohstoffe, sollte man möglichst effizient einsetzen. Rittal verfolgt hier einen umfassenden Ansatz, bei dem stets die Bedürfnisse des Kunden im Vordergrund stehen.

Der Begriff Effizienz stammt von dem lateinischen Verb „efficere“, was soviel wie „bewirken“ heißt. Im heutigen Gebrauch definiert man die Effizienz allgemein als das Verhältnis zwischen einem Nutzen und dem Aufwand, der dazu notwendig ist, diesen Nutzen zu erreichen. In technischen Anwendungen wird die Effizienz auch häufig mit dem Wirkungsgrad gleichgesetzt, während im allgemeineren Kontext Wirtschaftlichkeit zutreffender ist. „Die wesentlichen Ressourcen – Material, Energie und Arbeitszeit – müssen gemeinsam betrachtet werden, um zur wirtschaftlichsten bzw. effi­zientesten Lösung zu kommen“, stellt Dr. Thomas Steffen, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung bei Rittal in Herborn heraus. „Genau diesen Ansatz verfolgen wir mit unserem Programm ‚Rittal – Das System.‘, mit dem wir den Kunden für komplexe Aufgabenstellungen standardisierte Lösungen an die Hand geben.“
Im Folgenden soll an einigen Beispielen demonstriert werden, wie effiziente Lösungen aussehen.


Qualität mit geringerem Materialeinsatz
„Um qualitativ hochwertige Produkte zu fertigen, muss man nicht zwangsläufig auch viel und teures Material einsetzen“, setzt Dr. T. Steffen fort. So trägt die 16fach-Profilierung der Rah-men beim TS-8-Anreih-Schaltschrank und beim neuen SE 8-Einzelschrank von Rittal zur Materialeffizienz bei. „Die hohe Stabilität des Rahmens kommt nicht durch einen hohen Materialeinsatz zustande“, so der Geschäftsführer. „Das Konstruktionsprinzip ist hier der Schlüssel zur Stabilität. Gleichzeitig ist der Schrank entsprechend leichter, was sich vor allem beim Transport positiv auswirkt.“ Bei dem Schaltschrank-Sockelsystem Flex-Block kommt als Material unter anderem Kunststoff zum Einsatz, was ebenfalls zur Senkung der Materialkosten und des Gewichts beiträgt.

Einer der teuersten Rohstoffe, die im Schaltanlagenbau verwendet werden, ist Kupfer. Der Preis für Kupfer ist in den vergangenen Jahren sehr stark gestiegen, sodass sich der Materialeinsatz hier deutlich bei den Kosten bemerkbar macht. „Die Herausforderung besteht nun darin, den Kupfereinsatz in der Stromverteilung zu optimieren und dabei die Stromtragfähigkeit zu erhalten“, setzt Dr. T. Steffen fort. „Da der Skin-Effekt dafür sorgt, dass an der Oberfläche die Stromdichte höher ist als im Innern eines Leiters, ergeben sich interessante Ansatzpunkte beispielsweise mit Kupferverbundschienen als Alternative zu Lösungen mit Kupfervollmaterial.“


Zeit sparen durch vereinfachte Montage

„Zeit ist Geld“ lautet ein häufig zitiertes Sprichwort. „Gerade in Europa, wo die Lohnkosten relativ hoch sind, ist die Arbeitszeit ein sehr wichtiger Faktor und birgt viel Potenzial, wenn es um Effizienzsteigerungen geht“, unterstreicht der Rittal-Manager. „Daher arbeiten wir konsequent daran, unseren Kunden Einsparpotenziale beispielsweise in der Montage zu bieten.“ Wenn sich die Montagezeit verkürzen lässt, ist dies genauso wertig wie Material- oder Energieeffizienz. Wie man die Montage von Sockeln effizienter macht, hat Rittal mit bereits erwähnten Sockelsystem Flex-Block gezeigt. Der Sockel lässt sich innerhalb einer Minute montieren. Für einen konventionellen Sockel benötigt man dagegen etwa zehn Minuten. Ein weiteres Beispiel für Effizienzgewinn durch eine vereinfachte Montage ist das neue Rack-System TS IT, das Rittal als Neuheit auf der Cebit 2012 vorgestellt hat. Für den individuellen Innenausbau des Rack-Systems, das für den Einsatz in Rechenzentren gedacht ist, kommt eine Schnellmontage-Technik zum Einsatz. Damit lassen sich Zubehörkomponenten, wie Geräteböden und Gleitschienen, ohne Werkzeug durch eine einzige Person innerhalb weniger Minuten montieren. Auch der Abstand der Montageebenen kann werkzeuglos arretiert werden. Das sind nur zwei Beispiele, die zeigen, wie eine durchdachte Konstruktion zu verkürzten Montagezeiten und damit zu höherer Effizienz führen kann.

„Aber nicht nur im Bereich der Montage lässt sich Zeit einsparen“, versichert Dr. T. Steffen. „Schon bei der Planung einer Anlage unterstützen wir unsere Kunden.“ Mit entsprechenden Engineeringtools, wie Rittal Power Engineering für die Planung von Niederspannungs-Schaltanlagen, verkürzt sich die Zeit, die der Anwender für die Planung einer Anlage benötigt. Die Erzeugung von Stücklisten, Montageanleitungen und normgerechten Dokumentationen übernimmt die Software weitgehend automatisch und steigert damit die Effizienz während des gesamten Engineeringprozesses.


Optimale Klimatisierung für jede Anwendung

Klimatisierung ist immer mit dem Einsatz von Energie verbunden. Sowohl in Rechenzentren als auch in industriellen Schaltanlagen liefert Rittal hierfür entsprechende Systeme. „Prinzipiell gibt es drei Verfahren der Systemklimatisierung“, erläutert der Geschäftsführer. „Zunächst kann die Umgebungsluft zur Kühlung verwendet werden.“ Im einfachsten Fall reicht dazu ein Filterlüfter, der die Umgebungsluft durch den Schaltschrank fördert. Dies funktioniert aber nur dann, wenn die Umgebungsluft kühl genug ist. Sobald dies nicht gegeben ist, kommt eine aktive Kühlung beispielsweise durch ein Kompressorklimagerät zum Einsatz. „Bei sehr hohen Verlustleistungen, wenn also viel Wärmeenergie abtransportiert werden muss, ist eine flüssigkeitsbasierte Kühlung häufig das geeignetste Verfahren“, setzt er fort. „Bei allen Klimatisierungslösungen setzen wir auf auf Energieeffizienz.“ So haben beispielsweise elektronisch kommutierte Lüftermotoren einen hohen Wirkungsgrad im gesamten Drehzahlbereich. Auch die Kompressorkühlgeräte hat man bei Rittal konsequent auf Energieeffizienz getrimmt, indem sämtliche Komponenten optimiert wurden. Mithilfe moderner Regelungstechnik lässt sich die Effizienz steigern, wenn beispielsweise ein Lüftermotor immer nur bei Bedarf eingeschaltet wird.

Die Kühlung von Schränken sowohl im Rechenzentrum als auch in industriellen Schaltanlagen stellt viele unterschiedliche Anforderungen an die eingesetzten Systeme. Dabei kommt es sowohl auf die gesamte Verlustleistung an, die eine Klimatisierungslösung abführen muss, als auch auf die geforderte Temperatur, die die eingesetzten Komponenten benötigen, um einwandfrei zu funktionieren. So benötigen Server in einem Rechenzentrum in der Regel 22 °C, wohingegen Komponenten einer Schaltanlage in der Industrie eine Temperatur von 35 °C problemlos akzeptieren. Die typische Verlustleistung in einem Serverschrank eines Rechenzentrums liegt heute bei 20 kW bis 30 kW – diese Leistung würde leicht ausreichen, um ein Einfamilienhaus zu beheizen und mit Warmwasser zu versorgen. „Entsprechende Klimatisierungslösungen müssen in der Lage sein, diese Leistungen sicher und gleichzeitig effizient abzuführen“, betont Dr. T. Steffen. Auch die Verlustleistungen in industriellen Schaltschränken steigen permanent. So sind Verlustleistungen von 10 kW und mehr heute keine Seltenheit. Die Entwicklungen aus dem IT-Bereich, wo die Wasserkühlung schon seit vielen Jahren Standard ist, kommen den Klimatisierungslösungen in der Industrie dabei zugute. Das LCP Industrie (Liquid Cooling Package) von Rittal, das speziell für Serverkühlungen entwickelt wurde, kommt jetzt in einer Industrievariante auf den Markt und ist beispielsweise in der Lage, Verlustleistungen bis zu 10 kW sicher abzuführen.

Letztendlich ist aber nicht nur die Energieeffizienz der einzelnen Komponenten oder einer kompletten Kühllösung ausschlaggebend. Dr. T. Steffen: „Die Planung einer Klimatisierung muss immer sämtliche Rahmenbedingungen sowie die Lebenszykluskosten einer Lösung berücksichtigen.“ Steht beispielsweise in einer Produktion zentral Kühlwasser zur Verfügung, ist häufig die Wasserkühlung auch bei den Schaltanlagen die effizienteste Methode. Berücksichtigen muss man aber nicht nur die Energie- sondern auch die gesamte Ressourceneffizienz. Es gilt immer, die verschiedenen Ressourcen und die damit verbundenen Kosten gegenei­nander abzuwägen, um die wirtschaftlichste Lösung zu finden. Beispielsweise sind elektronisch kommutierte Lüftermotoren in der Anschaffung teurer, sparen aber während des gesamten Lebenszyklus so viel Energie ein, dass insgesamt ein Kostenvorteil entsteht. Die in der sogenannten EC-Technologie verwendeten bürstenlosen Gleichstrommotoren haben im Vergleich zu üblichen Spaltpolmotoren einen 2,5-fach höheren Motorwirkungsgrad. Mit den neuen EC-Filterlüftern von Rittal lassen sich so bis zu 63 % Energie einsparen.


Effizienz bleibt Zukunftsthema
„Wir bieten mit der Sytemplattform ‚Rittal – Das System.‘ unseren Kunden effiziente Lösungen in allen Bereichen an“, schließt der Forschungs- und Entwicklungschef an. Wichtig ist dabei auch die Vernetzung mit Partnern. Denn bereits heute muss man wissen, welche Server- und Schaltgeräte-Generationen morgen auf den Markt kommen werden, damit man Kunden rechtzeitig die entsprechende Infrastruktur bereitstellen kann. Daher kooperiert Rittal im IT-Bereich mit den großen Serverherstellern und im Industriebereich mit den führenden Markenherstellern.

„Energie- und Rohstoffdiskussionen werden in Zukunft ein vorherrschendes Thema bleiben. Denn viele Rohstoffe, die wir heute einsetzen, werden in Zukunft knapper werden“, ist Dr. T. Steffen überzeugt. „Alternative Materialien und Konstruktionsprinzipien könnten daher die Themen der Zukunft sein. Auch bei den Klimatisierungslösungen werden andere Kältemittel und Kühlmethoden mit noch höheren Wirkungsgraden zum Einsatz kommen. Dabei werden sich Effizienzbetrachtungen zunehmend von der Komponenten- hin zu Systembetrachtung entwickeln.“ Wenn die Komponenten optimiert sind, und das ist an vielen Stellen schon geschehen, ist der nächste Schritt, die Systeme zu optimieren. Letztendlich ist es aber immer wichtig, die Gesamteffizienz im Auge zu behalten. „Denn nur wenn alle Ressourcen von Energie über Material bis hin zur Arbeitszeit möglichst effizient eingesetzt werden, kann man von einer effizienten Lösung sprechen“, schließt der Geschäftsführer ab.

Jörg Lantzsch

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