© Foto | Diamond Light Source

Teil­chen­be­schleu­niger auf Zack

Nicht nur das Licht in der Forschungs­ein­rich­tung Diamond Light Source ist rasant unter­wegs. Auch das Upgrade auf ener­gie­spa­rende EC-Venti­la­toren, die sensible Technik kühlen, ging in Licht­ge­schwin­dig­keit über die Bühne


Im Diamond Light Source Synchro­tron im briti­schen Oxfordshire forschen jähr­lich rund 3.000 Wissen­schaftler an hoch­kom­plexen Projekten (siehe Kasten). Ihre Diszi­plinen: Medizin, Archä­ologie, Maschi­nenbau, Biologie oder Chemie. Ihr Werk­zeug: rasend schnelles Licht aus dem riesigen Spei­cher­ring der Forschungs­an­lage. „Da hier Tag für Tag Spit­zen­for­schung betrieben wird, legen wir Wert darauf, auch die Technik immer auf dem neusten Stand zu halten“, sagt Lee Walters, Instand­hal­tungs­leiter bei Diamond Light Source. „Effi­zienz ist dabei ein wich­tiger Faktor.“ So hatte er auch gleich ein offenes Ohr, als ihm Phil Taylor, Global Stra­tegic Accounts Manager beim Klima­ex­perten Stulz, vorschlug, vorhan­dene Einheiten zur Kühlung von sensi­bler Elek­tronik umzu­rüsten und so eine große Menge Energie einzu­sparen.

So funk­tio­niert der Teil­chen­be­schleu­niger

mag214_beschleuniger_DE_700pxDie Diamond Light Source ist ein ring­förmiger Teilchen­be­schleuniger in Oxfordshire, England. Das Synchro­tron be­schleu­nigt Elek­tronen auf annä­hernd Licht­ge­schwin­digkeit. So entstehen Licht­strahlen, die bis zu zehn Milli­arden Mal heller als Sonnen­licht sein können. Die Forscher nutzen sie als eine Art extrem fei­nes Mikro­skop. Um das Licht zu er­zeugen, feuert eine Elektronen­kanone zunächst Elek­tronen in einen Be­schleuniger. Sobald sie die gewünschte Ge­schwin­digkeit erreicht haben, werden die Elek­tronen in den Speicher­ring mit 560 Metern Um­fang geschossen. Während das Licht durch den Ring rast, schüt­teln Magneten den Strahl durch und erhöhen so zu­sätzlich die Hellig­keit des Lichts. Unter­schiedliche an den Ring ange­dockte Labore leiten das Licht aus dem Speicher­ring und nutzen es dort für ver­schiedenste Ex­pe­rimente. Über 500 Mitar­beiter forschen hier gemeinsam mit 3.000 wech­selnden Gast­wissenschaftlern pro Jahr beispiels­weise in den Berei­chen Medizin, Nano­tech­no­logie, Archäo­logie, Inge­nieur- und Umwelt­wis­sen­schaft.

Großes Poten­zial

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Magneten leiten den Licht­strahl durch den Teilchen­beschleuniger. Ihre Steue­rung kühlen CRAC-Einheiten mit EC-Venti­la­toren von ebm-papst

Um das genaue Poten­zial auszu­loten, trafen sich die beiden mit James Cooper, Produkt­manager bei ebm-papst UK, zu einem Orts­termin in der Hightech­forschungs­einrichtung. Dort inspi­zierten sie 27 von Stulz verbaute Computer-Room-Air-Condi­tio­ning (CRAC)-Einheiten. Statt einen Server­raum kühlen sie Elek­tronik zur Steue­rung von Magneten, die den Licht­strahl durch den Spei­cher­ring leiten. In allen Einheiten liefen ursprüng­lich riemen­getriebene AC-Venti­la­toren. Gemeinsam mit seinen Part­nern stellte James Cooper fest, dass sich ein Wechsel auf RadiCal® EC-Venti­la­toren lohnen würde. „Wir rech­neten mit einem Einspar­potenzial von unge­fähr 39 Prozent“, so Cooper. „Um den Kunden jedoch restlos zu über­zeugen, bekamen wir zunächst den Auftrag, in einem Test­lauf eine einzelne CRAC-Einheit umzu­rüsten.“ Eine Aufgabe, an die sich ebm-papst gemeinsam mit dem Instal­la­teur Cinque Energy Solu­tions machte.

Maßge­schnei­derter Einbau

Auch unter Zeit­druck erfolg­reich: James Cooper von ebm-papst, David Japp von Cinque Energy Solu­tions, Phil Taylor von Stulz und Lee Walters von Diamond Light Source

Die größte Heraus­forderung stellte dabei der kleine Bauraum in den CRAC-Einheiten dar. „Da diese auf einem soliden Beton­boden stehen, kam die sonst übliche Montage der EC-Venti­la­toren am Boden nicht infrage“, erklärt Phil Taylor. Des­halb entwi­ckelte ebm-papst in Zusam­men­ar­beit mit dem Instal­la­teur ein spezi­elles Metall­ge­stell, das es ermög­licht, die Venti­la­toren trotz des knapp bemes­senen Platzes in die Einheiten einzu­bauen. Zudem posi­tio­niert das Gehäuse die Venti­la­toren in einem passenden Winkel, um einen opti­malen Luft­fluss durch die Kühlein­heit zu gewähr­leisten. Die Ferti­gung der Spezi­al­ge­häuse über­nahm ebm-papst in der haus­ei­genen Produk­tion und stellte so eine schnelle Umset­zung der maßge­schnei­derten Lösung sicher.

Grünes Licht für Umrüs­tung plus

Sobald die Tech­niker die Umrüs­tung der ersten Einheit abge­schlossen hatten star­teten sie einen Test­lauf – mit posi­tivem Ergebnis: Die Ener­gie­er­sparnis über­traf die Prognosen um fast fünf Prozent. Beson­ders wichtig für die Betreiber der Diamond Light Source war dabei, dass die Tempe­ratur im zu kühlenden Tech­nik­raum konstant blieb. Um das zu gewähr­leisten, sind die EC-Venti­la­toren mit einem einfach zu bedie­nenden Controller von null bis zehn Volt ausge­stattet. So lassen sich alle Einheiten indi­vi­duell auf die Anfor­de­rungen der Räume anpassen. Und die Test­um­rüs­tung offen­barte noch weiteres Poten­zial für Verbes­se­rungen. „Der Luft­strom ließ sich durch die Vergrö­ße­rung des Lochs im Gehäuse unter den Venti­la­toren zusätz­lich opti­mieren“, erin­nert sich Cooper. Der Test­lauf und die zusätz­li­chen Effi­zi­enz­ver­bes­se­rungen über­zeugten die Verant­wort­li­chen bei Diamond Light Source voll­kommen, also gaben sie grünes Licht.

Eine Frage der Zeit

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In nur zwei Wochen erle­digten die Tech­niker von Cinque Energy das Upgrade auf EC-Venti­la­toren

Für das Umrüst­team begann nun ein sport­li­cher Zeit­plan: Da sich der Tausch der Venti­la­toren nur inner­halb einer kurz bemes­senen Offline­zeit des Synchro­trons reali­sieren ließ, blieben dem Team des Instal­la­teurs gerade einmal 14 Tage, um die verblei­benden 26 Kühlein­heiten umzu­rüsten. Die Tech­niker arbei­teten deshalb in zwei Drei­er­teams parallel am Upgrade. Um Verzö­ge­rungen zu vermeiden, lieferte ebm-papst alle 54 EC-Venti­la­toren direkt bis an die CRAC-Einheiten. Dort baute der Instal­la­teur zunächst die alten, riemen­ge­trie­benen AC-Motoren aus. Dann schnitten die Monteure die Boden­platte mit einem Spezi­al­werk­zeug weiter auf, um den Luft­strom zu verbes­sern, ehe sie die indi­vi­duell ange­passten Radi­al­ven­ti­la­toren RadiCal® von ebm-papst einbauten. Nachdem sie alle Anschlüsse wieder verbunden und den manu­ellen Geschwin­dig­keits­con­troller ange­passt hatten, war der Umbau eines Systems abge­schlossen. Nach diesem Prinzip arbei­teten sich die Tech­niker von einer Einheit zur nächsten, sodass beim Hoch­fahren der Anlage alle CRAC-Einheiten wieder voll funk­ti­ons­fähig waren.

Einer der Mitar­beiter macht nun immer einen Kuschel­test, um zu sehen, ob die Anlage wirk­lich läuft. Vorher war das durch die starken Vibra­tionen und den Lärm auf den ersten Blick sicht- und hörbar.

Lee Walters, Diamond Light Source

Im Alltags­be­trieb spart die Diamond Light Source mit den RadiCal®-Ventilatoren nun 55 Prozent Energie im Vergleich zu den alten AC-Venti­la­toren. Das entspricht einer jähr­li­chen CO2-Einspa­rung von 46 Tonnen und schlägt sich auch in den Betriebs­kosten nieder: Dank dem Upgrade gibt Diamond Light Source pro Jahr 40.000 Euro weniger für Energie aus. „Diese Ergeb­nisse sind beein­dru­ckend. Zudem spricht es für sich, dass der Umbau den Betrieb in keiner Weise beein­träch­tigt hat“, sagt Lee Walters. Neben der hohen Ener­gie­ein­spa­rung profi­tiert Diamond Light Source nach dem Upgrade auch von deut­lich redu­zierten Vibra­tionen und Geräu­schen – eine wich­tige Verbes­se­rung gerade im Umfeld sensi­bler High­tech­ge­räte. Walters: „Einer der Mitar­beiter macht nun immer einen Kuschel­test, um zu sehen, ob die Anlage wirk­lich läuft. Vorher war das durch die starken Vibra­tionen und den Lärm auf den ersten Blick sicht- und hörbar.“

Der RadiCal®

RadiCalDie Radial­ventilatoren RadiCal® mit rück­wärts ge­krümmten Schau­feln bestechen durch eine Hal­bierung der Geräusch­entwicklung und die deut­liche Redu­zierung des Energie­bedarfs. Das Lauf­rad aus glas­faser­verstärktem Kunst­stoff hat eine strömungs­technisch opti­mierte Form, die diese Ver­besserungen ermög­licht. Durch Minia­tu­ri­sie­rung des Motors sind die Nieder­­druck-Radi­al­ven­ti­la­toren RadiCal® erheb­lich kompakter als ihre Vorgänger. Mit den jetzigen Ab­messungen ist ein einfa­cher mecha­ni­scher Austausch bestehender AC-Lösungen jeder­zeit problemlos möglich.

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