20 Jahre „CoolTool“
Kältetechnisches „Know-how“ in digitaler Form
Im Jahre 1992 ging „CoolTool“ mit der ersten Version, welche noch in DOS geschrieben war, an den deutschen Kältetechnik-Markt. In den darauffolgenden 20 Jahren wurde „CoolTool“ nicht nur laufend an die aktuellen Windows-Versionen angepasst, sondern es wurden auch permanent neue Funktionen eingebaut – ein Rückblick auf 20 Jahre Kälte-Software und ein Ausblick auf künftige Entwicklungen.
Mittlerweile ist die Anzahl der „CoolTool“-Versionen nicht mehr zählbar, sondern wird nur noch laufend durchnummeriert. Lag der Schwerpunkt in den ersten Versionen noch auf der Rohrnetzberechnung, so sind mit der Zeit zahlreiche Bereiche ergänzender Berechnungen in den Fokus gerückt. Mit der umfassenden, von Herstellern unabhängigen, Komponentenauswahl, der Dokumentation, der automatischen Erstellung von Fließbildern und der Simulation des Betriebsverhaltens verschiedener Anlagenarten sind zahlreiche neue Anwendungsbereiche erschlossen worden. „CoolTool“ zählt damit zu den sich stetig entwickelnden Produkten, die ihr Leistungsspektrum laufend erweitern. Mit der Version 8.01 sind neben der Überarbeitung der alten Funktionen wieder neue Möglichkeiten entstanden. Neue Bausteine wie Wärmepumpe, Satellitensysteme oder „CoolTool – DiaGnostics“ wurden nach den Anforderungen des Marktes entwickelt. Damit ist die Anzahl der in der Software verfügbaren Module, der Programmteile, die selbständig arbeiten können, auf nunmehr 15 gewachsen.
Umfangreiche Datenbank
Neben der Erweitung mit neuen Funktionalitäten wurde die Pflege und Überarbeitung der bestehenden Funktionen nicht aus den Augen verloren. In die „CoolTool“-Datenbank, die mittlerweile über 25 000 Bauteile umfasst, wurden neben den auf dem europäischen Markt verfügbaren Baureihen für F-Gase auch flächendeckend die aktuellen Luftkühler und Verdichter für CO2-Anwendungen eingepflegt. Dabei wird zwischen sub- und transkritischen Anwendungen unterschieden. Neue Suchfunktionen, wie in Abb. 1 zu erkennen ist, erleichtern die Orientierung in der Datenbank. So werden alle Baureihen komplett anhand der geforderten Leistung berechnet und mittels eines „Ampelsystems“ dem Anwender angezeigt. Damit lässt sich erkennen, welche Baureihen grundsätzlich für die Installation in Frage kommen. Graphische Elemente, wie Bilder der Typen und technische Zeichnungen runden die Komponentenauswahl ab. Die aus der Rohrnetzberechnung bzw. der Datenbank berechneten Elemente werden wie bewohnt in Stücklisten für Rohrlängen, regeltechnische Komponenten, Wärmetauscher, Verdichter, etc. kausal getrennt gespeichert. Daraus lassen sich weitere zusammenfassende Massendaten oder Kalkulationslisten erstellen. Stammdaten für die Kalkulation wie Montagezeiten und Lohnkosten ermöglichen es, einen Teil der Angebotserstellung zu automatisieren. Diese Listen können intern sortiert und bearbeitet werden. Durch eine einfache, seit einiger Zeit hinlänglich bekannte Methode namens „Copy and Paste“, können diese in diverse Tabellenkalkulationen übertragen werden.
Schnelle Online-Aktualisierung der neuen Daten
Die Unterscheidung sub- oder transkritisch beim Einsatz von CO2 ist natürlich auch bei der Auslegung der Rohrleitungen verfügbar. Einstufige Anlagen und die verschiedenen Verbundanlagen können einfach mit einem transkritischen Prozess ausgelegt werden. Bei den Verbundanlagen ist ferner die Möglichkeit geschaffen worden, sogenannte Satellitenanlagen, Verbundanlagen mit zwei Verdampfungsniveaus aber gemeinsamer Druckleitung wie in Abb.2 dargestellt, in einem Arbeitsgang bearbeiten zu können. Die Anzahl der maximal möglichen Kühlstellen beträgt dabei 80. Dies gilt natürlich auch für die indirekte Kühlung, das Modul Kaltwasser. Hier ist der nach EnEV geforderte „Hydraulische Abgleich“, der als Tabelle oder als Fließbild mit allen relevanten Daten ausgegeben werden kann, um die Berechnung dynamischer Volumenstromregler erweitert worden.
Die Umsetzung der Berechnungen in graphische Ergebnisse war schon immer ein Schwerpunkt von „CoolTool“. Hier sind weitere Funktionen eingerichtet worden, wie z.B. die Elemente für Wärmerückgewinnung oder Kalt- oder Heißgasabtauung in die automatischen Fließbilder zeichnen zu können. Die Fließbilder werden an das interne Zeichenprogramm „CoolDraw“ übergeben und können dort weiter bearbeitet werden. Bei der Energieoptimierung und der Auslegung von Wärmepumpen können die klimatischen Daten am Aufstellungsort der Anlage für die Simulation des Betriebsverhaltens herangezogen werden. Dabei sind Daten von allen europäischen Staaten, aber auch von Staaten in Übersee, wie z.B. China, standardmäßig enthalten. Diese werden, genau wie die technische Datenbank, permanent erweitert. Ähnlich sieht es mit den verfügbaren Sprachen aus. Mittlerweile ist die Software in 16 Sprachen verfügbar, von Arabisch über Ungarisch bis hin zu Slowakisch. Damit die regelmäßige Programmpflege auch beim Nutzer zeitnah ankommt, ist eine Online-Aktualisierung standardmäßig eingebaut. Per Knopfdruck werden in wenigen Minuten die neueste Programmversion und Datenbank auf dem Rechner des Anwenders installiert.
Integrierte Hard- und Softwarelösung für Anlagen-Diagnostik
Die umfangreichste Erweiterung bestreitet nun den umgekehrten Weg in der Anlagentechnik. Bisher wurde „CoolTool“ für die Planung, Berechnung und Auslegung verwendet. Mit der integrierten Hard- und Softwarelösung „CoolTool - DiaGnostics“ lassen sich jetzt Anlagendaten erfassen, die direkt mit den bewährten „CoolTool“-Algorithmen ausgewertet werden. Zielsetzung ist dabei die schnelle, einfache, mobile Leistungsmessung, Fehlersuche, energetische Inspektion und Systemoptimierung mit gleichzeitiger Dokumentation. „CoolTool - DiaGnostics“ ist damit ein Messdatenerfassungs- und Diagnosesystem für Kälte-, Klima- und Wärmepumpenanlagen im Baukastensystem. Die drei Hauptkomponenten lassen sich flexibel miteinander kombinieren, sodass vielfältige Anlagenarten betrachtet werden können. Das so entstandene Baukastensystem orientiert sich an der grundsätzlichen Philosophie der Software, kleine einfache Aufgaben schnell erledigen zu können, aber auch komplexere Probleme behandeln zu können.
Die einzelnen System-Bausteine
„CoolTool - DiaGnostics“-Masterbox
Die Masterbox ist die zentrale Einheit des „DiaGnostics“-Systems. Hier laufen alle Messungen der Sputniks und der Powermeter zusammen und werden über den USB-Port an das angeschlossene Notebook geleitet. Parallel können die Werte auch auf die interne SD-Karte geschrieben werden, die als Speicher fungiert, wenn kein Notebook angeschlossen ist. Ferner lassen sich ähnlich wie bei der Datenfernübertragung die Messungen per Internet auslesen. Über den eingebauten Touchscreen können alle zur Messung notwendigen Schritte vorgenommen werden. Das Anlagenschema auf der Masterbox zeigt genau, welcher Sensor an welchem Punkt der Anlage angeschlossen werden muss. Direkt können an der Masterbox bis zu acht PT1000, zwei Drucksensoren und ein Powermeter zur Messung der drei Phasen am Verdichter angeschlossen werden. Die Masterbox verfügt über einen Akku, der einen vom Netz unabhängigen Betrieb von bis zu acht Stunden ermöglicht.
„CoolTool - DiaGnostics“-Sputnik
Der Sputnik liefert Messpunkte von weiter entfernt liegenden Wärmetauschern, wie z.B. dem Verflüssiger oder von Verdampfern. Hier können sechs PT1000, zwei Drucksensoren und ein Powermeter angeschlossen werden. Die zwei Drucksensoren des Sputniks ermöglichen die Messung des Druckverlustes von Rohrleitungen zwischen Masterbox und Sputnik, oder die Messung des internen Druckverlustes eines Verdampfers oder Verflüssigers. Zwei weitere Kanäle bieten optional die Möglichkeit z.B. dynamische Volumenstrommessungen anzuschließen. Insgesamt können mit der Masterbox fünf Sputniks eingesetzt werden. Damit können ein Verflüssiger und vier Verdampfer gleichzeitig mit erfasst werden. Auch hier kommt ein Akku zum Einsatz, der beim Sputnik einen vom Netz unabhängigen Betrieb von bis zu 24 Stunden ermöglicht.
„CoolTool - DiaGnostics“-Powermeter
Der Powermeter erfasst die elektrischen Daten von Verdichtern, Lüftern und weiteren Bauteilen mit elektromagnetischen Antrieben. Bei Verdichtern liefern die elektrischen Daten eine Aussage über die zu erwartenden Leistungen. Beim Einsatz eines Powermeters über einen Sputnik können Leistungs- und Funktionsdaten von Lüftern oder Zweiwegeventilen erfasst werden, um so die ordnungsgemäße Funktion zu überprüfen. Zur Messung der drei Phasen können Amperezangen mit bis zu 1000 Ampere Stromstärke eingesetzt werden. Flexible Spannungsmessspitzen ermöglichen den leichten Zugang zu den Messpunkten. Der Powermeter wird von der Masterbox oder dem Sputnik mit Strom versorgt.
„CoolTool - DiaGnostics“-Software
Mit der „CoolTool - Diagnostics“-Software werden die aufgezeichneten Werte direkt bei der Messung oder nach Import über die SD-Karte ausgewertet. Leistungen, COP-Werte, Druckverluste, Überhitzungen, Unterkühlungen und weitere für den Anlagenbetrieb relevante Informationen können so betrachtet werden. Alle Werte werden direkt in die relevanten Einheiten umgerechnet: So wird der Druckverlust in den Wärmetauschern oder in den Leitungen direkt in Kelvin [K] ausgegeben, was je nach Kältemittel naturgemäß stark unterschiedlich ist. Aus der Datenbank können Verdichter, Verflüssiger oder Verdampfer mit den technischen Daten wie Volumenströme und Hubvolumina schnell in die Berechnung integriert werden. Die Anbindung der Masterbox erfolgt über einen freien USB-Port an einen Windows-Rechner ab dem Betriebssystem WinXP aufwärts. Als Ergebnisse können verschiedene Diagramme, wie in Abb. 3, oder vorkonfektionierte Protokolle, z.B. für die energetische Inspektion von Klimaanlagen nach §12 EnEV bzw. DIN EN 15240, zu den einzelnen Auswertungen ausgedruckt werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit existiert eine automatische Kalibrierfunktion, mit der die Kanäle auch vor Ort vor einer Messung an die Gegebenheiten angepasst werden können.
Schon mit dem Basic-Package, Masterbox und ein Powermeter, können einfache Systeme vom Gewerbekühlschrank über die klassische Kühlzelle bis hin zu großen Kaltwassersätzen erfasst werden. Die acht PT1000-Temperatursensoren messen alle relevanten Daten des Kälteprozesses. Zusammen mit den Daten der Drucksensoren und der elektrischen Daten des Powermeters lassen sich so in Echtzeit polytrope Wirkungsgrade, COP-Kälte- oder -Heizleistung direkt berechnen. Die explizite Anzeige der Überhitzung des Expansionsventils und der Unterkühlung vor dem Expansionsventil liefert aussagekräftige Werte über die Funktion der Anlage.
Neben der Masterbox und dem Powermeter können noch ein oder mehrere Sputniks zum Einsatz kommen. Die Entfernung zur Masterbox kann dabei bis zu 200 m betragen. So können weit entfernte Wärmetauscher mit in die Diagnose eingebunden werden. Das kann ein Verflüssiger aber auch ein Verdampfer sein. Über die weiteren Drucksensoren kann der Druckverlust einer Rohrleitung zwischen Verdichter und Wärmetauscher bestimmt werden, sowohl druck- als auch saugseitig. Ferner kann der interne Druckverlust des Wärmetauschers gemessen werden. Mit den aufgenommenen elektrischen Daten können verschiedenste Verbraucher wie Ventilatoren oder Magnetventile erfasst werden. Damit erstreckt sich die energetische Beurteilung nicht nur auf den Verdichter, sondern auch auf die anderen relevanten Verbraucher. Fehlfunktionen an diesen Komponenten können durch die Langzeitmessungen zuverlässig erkannt werden.
„CoolTool - DiaGnostics“-Erweiterungsmöglichkeiten
In der letzten Ausbaustufe können mit der Masterbox insgesamt fünf Sputniks mit jeweils einem Powermeter eingesetzt werden. Damit können ein Verflüssiger und vier Verdampfer incl. ihrer elektrischen Daten gleichzeitig mit erfasst werden. Dabei werden bis zu 48 Temperaturwerte automatisch erfasst, mit zwölf Druckmessungen kombiniert und zusammen mit bis zu 36 Daten aus den elektrischen Messkanälen ausgewertet. Jeder Kanal und jede Berechnung kann dabei in der „CoolTool - DiaGnostics“-Software separat betrachtet und analysiert werden. Sensorpakete mit weiteren Temperaturfühlern, größeren Amperezangen, Volumenstrommessern und weiterem Zubehör runden das System ab.
Zusammen mit den Hardwarekomponenten weist das System folgende Leistungsmerkmale auf:
› Energetische Inspektion, Aufzeichnung, Berechnung, Analyse, Diagnose von Kälte-, Klima- und Wärmepumpensystem mit bis zu 96 Kanälen
› Kurz- und langfristige Aufzeichnung aller relevanten Betriebszustände über Temperatur- und Drucksensoren
› Erfassung der elektrischen Daten von Verdichtern, Lüftern, Ventilen und weiteren Antrieben
› Direkte Berechnung und Auswertung der wichtigsten Prozesskennzahlen für alle gängigen Kältemittel
› Leistungsberechnung über elektrische Daten, Bauteilgröße und Volumenstrom
› Schnelle und genaue COP-Bestimmung
› Zugriff auf „CoolTool“-Datenbank mit über 25 000 Bauteilen
› Flexible Messintervalle von einer Sekunde bis mehrere Minuten
› Echtzeitdarstellung aller gemessenen und berechneten Größen
› Darstellung der gespeicherten Messwerte als Stream in Zeitraffer
› Darstellung der gespeicherten Messwerte als Stream im h,log p-Diagramm
› Anzahl der Messpunkte praktisch unbegrenzt
› Datenübertragung über USB-Port und/oder Speicherung auf interner microSD-Karte
› Druckverlustmessungen von Rohrleitungen
› Druckverlustmessungen von Wärmetauschern
› Bedienung über Touchscreen mit und ohne Notebook
› Akkulaufzeit bis zu acht bzw. 24 Stunden
› Möglichkeit des Auslesens der Daten mittels Internet
(1) Powermeter misst die Stromaufnahmen und die Spannungen der drei Phasen.
(2) Der bis zu 200 m entfernte Sputnik misst die Drücke am Verdampfer sowie je 2 x Eintritts- und Austrittstemperaturen luftseitig.
(3) Die Masterbox misst die Temperaturen und Drücke am Kreislauf: Temperatur am Fühler des Expansionsventils, am Verdichtereintritt und -austritt, Temperatur vor dem Expansionsventil, Saug- und Verflüssigungsdruck, sowie die Verflüssiger-Ein- und Austrittstemperaturen.
(4) Die Masterbox sammelt die Daten für die Auswertung. Diese können auf SD-Karte geschrieben werden oder direkt in Echtzeit auf dem Notebook ausgewertet werden.
