von Ron Auvil
Elektrische Probleme mit dem Starter des Kühlaggregatmotors führen dazu, dass er ausfällt – oft am heißesten Tag des Jahres.
„Meine Kühlanlage läuft nicht. Wissen Sie, wie ungeheuer kritisch sie ist?“
In meiner Rolle als Projektmanager und erfahrener Techniker bekomme ich jeden Sommer Anrufe dieser Art, oft um drei Uhr nachmittags an einem besonders heißen Tag. Der Grund für solche Panikanrufe ist, dass eine beträchtliche Anzahl von Bereichen und Prozessen in einem modernen Gebäude nahezu ununterbrochen einen Kühlwasserfluss benötigt.
Eine dieser Anwendungen ist der IT-Serverraum. Wenn der Kühlwasserfluss auch nur für ein paar Minuten unterbrochen wird, kann es zu einer Überhitzung des IT-Serverraums führen und kritische Computerdienste können abgeschaltet werden. Ein weiterer wichtiger Bereich ist der Operationssaal in einem Krankenhaus. In einem Fertigungswerk verwenden absolut notwendige Maschinen Kühlwasser für die Prozesskühlung. Viele Betriebe haben zwar einen Kapazitätsüberhang, aber ein großer Teil dieser Kapazität ist bei hohen Umgebungstemperaturen und hoher Luftfeuchte nicht verfügbar.
Die betroffenen mechanischen Systeme reichen von Kühlturmlüftern bis hin zu Systempumpen, Kompressoren und Nebengeräten. Die meisten Probleme können in eine der Kategorien Mechanik, Elektrik oder Regelung eingeordnet werden.
Geringe Toleranzen zwischen der Motorwelle und dem Laufrad bedeuten, dass die Geräteausrichtung sehr wichtig ist. Ein Lagerverschleiß bei den Kühlwasserpumpen kann einen kritischen Systemausfall verursachen.
Kühlturmlüfter
Kühlturmlüfter führen Wärme aus dem Kondenswasser in die Atmosphäre ab.
Mechanische Probleme des Kühlturmlüfters betreffen in der Regel das Lüfterantriebssystem und die Lüfterflügel. Schwingungsmessungen können genutzt werden, um zukünftige Probleme zu erkennen. Bei einer gründlichen Inspektion außerhalb der Saison sollten alle mechanischen Probleme des Kühlturmlüfters erkannt werden.
Elektrische Probleme des Kühlturmlüfters könnten den Starter, die Verkabelung oder die Lüftermotoren betreffen. In der Regel werden Antriebe mit regelbarer Drehzahl eingesetzt. Die Komponenten sollten einer Sichtprüfung unterzogen und mit elektrischen Diagnosegeräten geprüft werden.
Regelungsprobleme des Kühlturmlüfters. Die meisten Kühltürme werden heute über ein Gebäudeautomationssystem (BAS) geregelt. Wenn die Kühlturmlüfter nicht ordnungsgemäß hochlaufen, weist möglicherweise die Programmierung des Gebäudeautomationssystems einen Fehler auf und muss geprüft oder geändert werden.
Systempumpen
Zu den Kühlsystempumpen gehören die Kondensator- und die Kühlwasserpumpen. In vielen großen, komplexen Systemen gibt es sowohl primäre als auch sekundäre Kühlwasserpumpen. Üblicherweise stehen mehrere Pumpen zur Verfügung, um die Kapazität zu variieren und für mehr Redundanz bei Ausfällen zu sorgen.
Die mechanischen Probleme bei Systempumpen können Schwingungen, Wellenausrichtung und fehlerhafte Dichtungen umfassen. Ein Schwingungsmessgerät, beispielsweise das Schwingungsmessgerät Fluke 810, kann verwendet werden, um häufig vorkommende mechanische Probleme zu diagnostizieren und damit einen Pumpenausfall inmitten der Saison zu verhindern.
Elektrische Probleme von Systempumpen. Wie Kühlturmlüfter nutzen heute auch die meisten Pumpen Antriebe mit variabler Frequenz. Achtung: Der Antrieb muss vom die Installation durchführenden Fachbetrieb ordnungsgemäß eingerichtet worden sein. Ich war vor kurzem in einer Kühlanlage, bei der keiner der Pumpenantriebe ordnungsgemäß eingerichtet war. Dies hatte eine nicht optimale Leistung zur Folge. Weitere Informationen zu Antriebsproblemen finden Sie im Fluke-Anwendungsbericht „Solving problems after energy upgrades“.
Systempumpenregelungen. Auch diese Systeme werden üblicherweise durch ein Gebäudeautomationssystem geregelt. Der Fehlermodus des Gebäudeautomationssystems sollte geprüft werden, um sicherzustellen, dass bei einem Ausfall der Hauptpumpe ein reibungsloser Übergang von der Haupt- zur Folgepumpe erfolgt. Jeder mögliche Fehlermodus sollte überprüft werden, bevor die Kühlanlage in Betrieb genommen wird.
Kompressoren
Der Kompressor ist das Herz der Kühlanlage. Die meisten Kühlanlagen, die mir beim Kundendienst begegnen, nutzen Zentrifugalverdichter. Auch Schraubenverdichter, Kolbenverdichter oder Scrollverdichter werden eingesetzt. Jeder Kompressorausfall führt zur Abschaltung des Systems und bewirkt, dass eine Reservemaschine anläuft.
Mechanische Probleme des Kompressors betreffen in der Regel Getriebe, Antrieb, Wellenausrichtung und Lager. Kolbenverdichter haben Kolben und Kurbelwellen, die ausfallen können. Für die Kompressoren steht eine Vielzahl von Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung, unter anderen Schwingungsmessungen, Öl- und Kühlmittelanalysen.
Elektrische Probleme von Kompressoren. Die meisten Kompressoren haben komplexe elektronische Schaltkreise, die den Kompressor und die Nebengeräte steuern. Außerdem ermöglichen sie eine Leistungsregelung des Kompressors zur Anpassung an die Last. In den Schaltkreisen können Komponenten ausfallen. Glücklicherweise stehen ausgezeichnete moderne Diagnosegeräte zur Verfügung. Bei den Prüfungen wird üblicherweise ein Isolationsmessgerät eingesetzt, um den Isolationswiderstand des Motors und aller Nebengeräte zu prüfen. Auch der Strom in jedem Schaltkreis wird geprüft, um den Zustand des Motors zu ermitteln.
Darüber hinaus muss die Qualität der vom Stromversorger gelieferten Eingangsstromversorgung überwacht werden. Ein kurzzeitiges Problem mit der Eingangsstromversorgung kann die ganze Abfolge in der Kühlanlage beeinträchtigen.
Regelungsprobleme von Kompressoren. Die Regelungsabläufe für eine große Kühlanlage sind komplex. Wie bereits erwähnt, werden die einzelnen Kühlaggregate, Kühltürme und Pumpen in Sequenz geregelt, um die Lastanforderungen in der Anlage zu erfüllen. Die Regelungssequenz muss bis ins kleinste Detail überprüft werden. Ich war in den letzten Monaten persönlich in großen Kühlanlagen, in denen Bedingungen aufgetreten sind, die durch das Regelungssystem nicht vorausgesehen wurden. In diesen Fällen haben die unerwarteten Bedingungen dazu geführt, dass die gesamte Kühlanlage abgeschaltet wurde. Eine Katastrophe konnte abgewendet werden, wenn auch nur knapp, indem üblicherweise die Kühlanlagengeräte auf Handsteuerung umgeschaltet wurden. Eine wichtige Erkenntnis: Man sollte immer mit dem Unerwarteten rechnen. Beispiel dafür ist eine Netzausfallsequenz, einschließlich eines Stromausfalls des Reservegenerators.
Nebengeräte
Große, moderne Kühlanlagen sind mit einem Mikroprozessor-Schaltfeld ausgestattet, das kritische Systemfehler anzeigt.
In vielen Fällen können die Nebengeräte von Kühlanlagen ebenso wichtig sein wie die Kühltürme und Kompressoren. Zu den Nebengeräten gehören Pumpen und Heizgeräte, Chemikalien-Dosiersysteme und Reinigungssysteme. Wenn ein Problem zu einem Ausfall dieser Systeme führt, werden auch die Maschinen abgeschaltet, denen sie dienen. Es ist sinnvoll, das ordnungsgemäße Funktionieren der Nebengeräte vor dem Einschalten zu prüfen, zusätzlich zur angemessenen Betreuung der Hauptgeräte.
Fortsetzung der Versorgung mit dem absolut notwendigen Kühlwasser
Jedes der oben aufgeführten Probleme kann zur Abschaltung eines Kühlaggregats führen. Das kann bedeuten, dass die Kühlwasserversorgung kritischer Bereiche ausfällt, was wiederum einen kritischen Systemausfall zur Folge haben kann.
Kühlwasseranlagen können für die Fortführung des Betriebs der Einrichtung ungeheuer wichtig sein. Ein kleiner Betrag, der in die Instandhaltung und Diagnose der Anlagengeräte investiert wird, kann sich durch die fortgesetzte Versorgung der „ungeheuer kritischen“ Systeme mit dem absolut notwendigen Kühlwasser auszahlen. Und damit können Sie vielleicht auch mir und meinen Kollegen so verzweifelte Telefonanrufe ersparen!