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
Die 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
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
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®
Die 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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