© 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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