Variable-Speed-Antriebe halten Cleveland Metroparks' RainForest im optimalen Klima

Hinter den Kulissen erhält eine raffinierte Mischung aus Maschinenbau und fortschrittlicher HLK-Technologie den Cleveland Metroparks' RainForest, eine tropische Oase nur 40 Meilen von der kanadischen Grenze entfernt. Die Cleveland (Ohio) Metroparks, eine Erholungsbehörde, bekannt für ihr „Emerald Necklace“ aus Wäldern, Golfplätzen, Wanderwegen und kulturellen Wahrzeichen, setzt auf state-of-the-art Ausrüstung, um diesen einzigartigen Lebensraum im Zoo-Komplex zu bewahren.

Eröffnet 1992, ist der RainForest eine kuppelüberdachte Biosphäre auf zwei Acres tropischer Flora und Fauna. Sein Luftbehandlungssystem – mit Halbtonnen-Wärmerädern und ABB-Motoren – spart täglich 18.000 Pfund Wasser, indem es Feuchtigkeit aus verbrauchter Abluft auf trockene, einströmende Frischluft überträgt, alle 2,5 Stunden.

Der RainForest beherbergt 600 Tiere, von Vögeln und Affen bis zu Reptilien und bunten Fischen, und bietet über einer Million Besuchern jährlich das Erlebnis, durch mittelamerikanische, afrikanische oder asiatische Regenwälder zu wandern.

Eine fragile Umgebung in rauem Klima
Trotz extremer Temperaturschwankungen der Großen Seen – von unter null „Alberta Clipper“ Stürmen im Winter bis zu sonnengebratenen Sommertagen über 90 °F – genießen Besucher und Bewohner ein nahezu konstantes 76 °F und 76 % Luftfeuchtigkeit. Diese Stabilität wird durch ein HLK-System erreicht, das sich zu 100 % Zuverlässigkeit über die Jahre entwickelt hat.

Die 30-Millionen-Dollar-Investition taucht Gäste nicht nur in exotische Umgebungen ein, sondern dient auch als kraftvolle Erinnerung an die Dringlichkeit, Regenwaldflächen vor Überentwicklung zu schützen.

Wärmerad-Anwendung kritisch für konstante Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle

Direct Air Systems Inc., ansässig in Cleveland und Columbus, Ohio, und Zesco Inc., ein in Cleveland ansässiger elektromechanischer Motion-Control-Spezialist, bieten HLK-Service für den RainForest und andere lokale Wahrzeichen, einschließlich der Rock 'n Roll Hall of Fame.

Der RainForest nutzt zwei 100 % Außenluft-Handler. Einer, mit 60.000 cfm Kapazität, kühlt primär die Umgebung; der andere, mit 40.000 cfm, integriert einen Vorheizer und Befeuchter-Rack. Beide Einheiten verfügen über nebeneinander angeordnete, 10-Fuß-Durchmesser, 1.000-Pfund trockene Desiccant-Wärmeräder, die täglich 18.000 lbs Wasser einsparen, indem sie Feuchtigkeit aus der Abluft auf den einströmenden Strom alle 2,5 Stunden übertragen.

Diese 10-Fuß-Wärmeräder rotieren 7–18 Mal pro Minute, angetrieben von ABB Motor/Drive Direct Torque Control – eliminierend den Bedarf an einem Getriebe und erhöhend die Systemzuverlässigkeit.

Der Begriff „Desiccant“ bezieht sich auf das Material, das an den Wärmeradoberflächen gebunden ist, das Feuchtigkeit und Gerüche bindet, die dann über den oberen Teil der Räder abgeführt werden.

Je nach Feuchtigkeitslevel rotieren die Räder zwischen sieben und 18 Umdrehungen pro Minute. Frische Prozessluft wird unten angesaugt, durch die Räder gefiltert, und ihre Temperatur und Feuchtigkeit werden durch die langsame Rotation und den Wärme-/Feuchtetransfer aus dem Inneren moderiert. Heizer erwärmen die Luft bei Bedarf, bevor sie in den RainForest-Innenraum gelangt, der mehr als 60 Temperaturzonen umfasst, einschließlich Büros, Cafeteria und Geschenkeläden.

Luftbehandlungseinheiten in die Facility integriert
Im Gegensatz zu typischen Dachgeräten, die den Elementen ausgesetzt sind, sind die RainForest-Handler in die Struktur integriert, um Effizienz während Clevelands heißer Sommer und kalter Winter zu bewahren.

Effizienz und Einfachheit zeichnen das System aus
Der Desiccant-Prozess wurde für seine 85 % Effizienz und operative Einfachheit gewählt. Einfache mechanische Ausrüstung liefert typischerweise größere Zuverlässigkeit und einfachere Wartung. Initial nutzte jedes Rad einen 1-PS-AC-Motor mit 5:1 Getriebeuntersetzung über ein mechanisches Getriebe.

Im Laufe der Zeit fielen Getriebe in alarmierender Rate aus – ein Austausch pro Jahr, ohne erkennbares Muster. Die Ursache war die niedrige Drehzahl, die das Spritzschmieren des Getriebes nicht richtig einrücken ließ, was zu vorzeitigem Verschleiß führte.

Weg zur Lösung
Anstatt mit unzuverlässigen Getrieben fortzufahren, wandte sich Direct Air Systems einer AC-Drive/AC-Motor-Lösung zu, die Getriebe gänzlich eliminiert. Dieser Ansatz – mittlerweile in HLK üblich – bietet bewährtes Engineering, Kosteneffizienz und vereinfachte Wartung.

Steve Snyder, Präsident von Direct Air Systems, erklärt: „Als Getriebeschmierung untragbar wurde, adoptierten wir einen Direct-Torque-Ansatz, der kosteneffektiv, wartungsfreundlich und einfach zu bedienen war. Die Cleveland Metroparks wählten unser Angebot für dieses Öffentlichkeitsprojekt.“

Der Retrofit installierte ABBs Direct Torque Control (DTC) Lösung mit kompakten ACS 800 Drives, die einen deutlich kleineren Footprint beanspruchen – entscheidend in platzbeschränkten Bereichen. Der ursprüngliche 1-PS-Motor/Getriebe wurde durch einen ABB 5-PS-Induktionsmotor und Low-Voltage-Drive ersetzt. Dieses Direct-Drive-Arrangement eliminiert Getriebe und Pulsenkodierer, ermöglicht volles Drehmoment bis runter auf Null Geschwindigkeit.

Die ABB Drives berechnen Motordrehmoment und Fluss 40.000 Mal pro Sekunde über einen internen Algorithmus, eliminieren den Bedarf an Encoder-Feedback und reduzieren Wartung und Ausfallzeiten.

Während jedes Energierad-System von individuellen Johnson Controls Einheiten gesteuert wird, werden Motor- und Drive-Status über das umfassende Johnson Controls Building Management System des RainForest überwacht. Im Falle eines Steuerungsausfalls fallen die ABB ACS Drives automatisch auf ein voreingestelltes RPM zurück, um Wärmeübertragung aufrechtzuerhalten. Ersatzmotoren werden vor Ort gelagert, Drives bei Direct Air Systems im nahegelegenen Büro.

Seit der ABB Motor/Drive-Installation vor über vier Jahren genießt der RainForest ununterbrochenen Service. Direct Air Systems setzt Direct Torque Control nun aktiv in anderen Projekten ein, zitiert Kosteneffizienz, Einfachheit und Zuverlässigkeit.

Ein Modell für den Erhalt der Welt-Regenwälder
Besucherbeiträge, neben Bemühungen von Organisationen und Regierungen, schützen knappe Regenwaldflächen vor Überentwicklung. Diese geschützten Gebiete dienen nicht nur als Wildtierzufluchten, sondern werten den Planeten auf, indem sie Kohlendioxid binden und eine Quelle zukünftiger Medikamente bieten.

Über eine Million Besucher jährlich genießen die 76 °F/76 % Feuchtigkeit Umgebung, während das Luftbehandlungssystem die Notwendigkeit unterstreicht, native Regenwälder zu schützen – aktuell schrumpfend um 1,5 Acres pro Sekunde durch Entwaldung.

Bei Animal Planet vorgestellt, ist der RainForest eine von mehreren Attraktionen im Cleveland Metroparks Zoo, der 168 Acres umfasst und die größte Sammlung von Primatenarten in Nordamerika unter seinen 3.000 Tieren beherbergt.

Über den Autor:

ABB, Automation Products, Low-Voltage Drives, ist der weltweit größte Hersteller von Elektromotoren und Antrieben. In den USA liefert ein integrierter Kanal aus Vertriebsrepräsentanten, Distributoren und Systemintegratoren mit Sitz in New Berlin, Wisconsin, eine komplette Linie energieeffizienter elektrischer Antriebe und Motoren – von 1/8 bis 135.000 PS – für eine breite Palette industrieller und kommerzieller Kunden. Mehr unter www.abb.us/drives.com.