Automatisierte Wasserkühlung für den Notbetrieb einer Kälteanlage

Herzlich willkommen auf unserer Projektseite Auf dieser Homepage erhalten Sie Informationen rund um das Projekt Wassergekühltes Backupsystem.

Kurzbeschreibung

Wie bei den meisten Gastronomiebetrieben gibt es eine zentrale Kühlanlage, sogenannte Kompressionskälteanlagen, welche für die Kühlung der gesamten Kühlhäuser und Schränke zuständig sind. Gerätschaften wie diese hier findet man nahezu bei jedem Gastronomiebetrieb in Technikräumen sowie Gebäuderückseiten.

Neben Flüssigkeitssammlern und den Kompressoren, welche für die Verdichtung des Kältemittels zuständig sind, gibt es außerhalb des Gebäudes sogenannte Verflüssiger. In diesen Verflüssigern wird, wie der Name schon sagt, dem gasförmigen Kältemittel Temperatur entzogen und dabei verflüssigt. Nur so ist es möglich, dass das Kältemittel in den Kühlhäusern auch Temperatur entziehen kann.

Entgegen der Annahme, dass in Kühlräumen etc. Kälte eingeblasen wird, wird in Wirklichkeit dort Kälte entzogen. Damit diese Temperatur entzogen werden kann, werden oft, wie auch in unserem Betrieb, Lüfter verwendet welche kühlere Frischluft über die Kühllamellen der Verflüssiger blasen.

Für die Lüfter selbst werden vorwiegend einphasige Kondensatormotoren verbaut. Damit diese funktionieren können, muss ein Drehfeld durch einen zusätzlichen Kondensator erzeugt werden.
Und hier liegt bereits das Hauptproblem dieser Motoren. Kondensatoren haben nur eine gewisse Lebensdauer. Je nach Typ maximal 35000 Betriebsstunden. Bei den vielen Anlaufzyklen der Ventilatoren sinkt diese Lebensdauer jedoch rapide. Fällt dieser Motorkondensator aus, wird das nötige Drehfeld nicht mehr erzeugt, der Motor läuft nicht mehr an und brummt nur noch.


Was sind die Folgen?

  • Durch den Ausfall des Lüfters wird das Kältemittel nicht mehr ausreichend gekühlt und der Wirkungsgrad der gesamten Anlage sinkt drastisch
  • Es wird wesentlich mehr Strom verbraucht.
  • Die Wicklung des brummenden Lüftermotors brennt mit der Zeit aufgrund der mangelnden Eigenkühlung durch. Und solch ein Motor kostet je nach Größe schnell mal ein paar hundert €
  • Noch viel schlimmer: Da das heiße Kältemittel unzureichend gekühlt wird, kommt es zu keiner vollständigen Verflüssigung und kann somit in den Kühlhäusern/schränken bei den Verdampfern keine Wärme mehr aufnehmen. Die Kühlhäuser/schränke erwärmen sich in Folge.
  • Tiefgekühlte Lebensmittel tauen auf. Hier entstehen schnell mal mehrere tausend € Schaden.

Der Ausfall eines oder mehrerer Lüfter dieser Anlagen wird jedoch nie signalisiert. Bemerkt wird dies meißt erst, wenn die gesamte Kühlanlage ausfällt bzw sich die Kühlhäuser erwärmt haben.

Daher haben wir uns ein System überlegt, welches die Anlage in diesem Falle in einem funktionsfähigen Zustand hält und zusätzlich unterstützt und optimiert.
Und zwar mit Hilfe einer optionalen Wasserkühlung am Verflüssiger außen. Sollte also ein Ventilator ausfallen, so wird dies mittels eines Drehzahlsensors registriert. Steigt die Temperatur des Kältemittels in Folge am Ausgang des Verflüssigers an, füllt sich ein Becken unterhalb des Verflüssigers mit Wasser. Das gefilterte Wasser wird mithilfe einer Pumpe durch Zerstäuberdüsen gepumpt wo das Wasser die Kühllamellen des Verflüssigers und somit das Kältemittel kühlt. Das ablaufende Wasser wird unter dem Verflüssiger im Becken wieder aufgefangen und ein Füllstandssensor überwacht den Wasserstand.

Die Überwachung von Drehzahl, Füllstand, Kältemitteltemperatur und Außentemperatur sowie die Ansteuerung der Pumpe, des Magnetventils und die gegebenenfalls nötige Abschaltung des brummenden Kondensatormotors übernimmt eine SPS Siemens LOGO! 0BA8. Diese verfügt über einen Netzwerkanschluss, so kann eine Überwachung auch aus der Ferne stattfinden. Ebenso wurde ein Ausgang der SPS an die zentrale Gebäudeleittechnik angebunden um eine Störmeldung am Bürobildschirm anzuzeigen.

Unser Projekt wird bearbeitet und erstellt an der HTL Mössingerstraße

Dieses Projekt wird gemeinsam mit einem Wirtschaftspartner durchgeführt:

Details

Hier sind erste Ergebnisse zu betrachten.


Steuerung

Testaufbau der SPS mit Drehzahlmessung

Verwendete Komponenten:

  • SPS: Siemens LOGO! 0BA8
  • Touchdisplay: KTP 400
  • Netzwerkswitch
  • Oszilloskop
  • Lüftertestaufbau
  • Stellnetzteil
  • CAD

    CAD-Design in Solid Works

    Teilansicht der gezeichneten Wand

  • Kühlanlage
  • Wanne und Aufhängung
  • Abflussleitung mit Magnetventil
  • Benutzeroberfläche

    Touchscreen

    Gezeigte Parameter:

  • Anlagenzustand / Fehlermeldung
  • Lüfterdrehzahlen
  • Temperaturen
  • Wannenfüllstand
  • Aufbau

    Installation der elektrischen Komponenten

    SPS

  • Drehzahlregler für die Normalkühlung
  • Drehzahlregler für die Tiefkühlung
  • Kleinverteiler mit SPS und zugehörigen Komponenten
  • HMI Touch Display
  • Aufbau

    Installation der wasserführenden Komponenten

    Sprinkleranlage

  • Rahmenkonstroktion
  • Magnetventile
  • Abstandhalter
  • Gehäusehinterseite
  • Fertiger Aufbau der Anlage

    Kühlanlage mit Backupsystem

    Hier zu sehen:

  • Kühlanlage
  • installierte Wanne
  • Abfluss
  • Schalter zur Ausfallsimulation
  • Das Projektteam

    Klaus-Jürgen Rainer

    Steuerungstechnik, SPS, Elektroinstallationen, Datenaufzeichnung & Verarbeitung, Dokumentation

    Als "Vater" dieses Projekts, bin ich der Ansprechpartner vor Ort und über alle Vorgänge und Abläufe informiert.

    Peter Strauß

    Antriebstechnik, CAD, Kostenkalkulation, Dokumentation, Drehzahlmessung

    CAD - Spezialist, Verantwortlicher für die Website und der Mann fürs "Grobe".

    Prof. Dipl.-Ing. Stefan Burger

    Projektbetreuer

    Steht uns mit Rat und Tat zur Seite und überwacht den Projektfortschritt