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Mit Wasser als Kältemittel Efficient Energy baut ab 2021 eine Kältemaschine für 120 kW Kühlleistung

| Autor: Ulrike Ostler

Wer die Vergabe des Deutschen Rechenzentrumspreises in den vergangenen Jahren verfolgt hat, kennt die Kältemaschine „E-Chiller“ des Feldkirchener Herstellers Efficient Energy. Denn das Produkt nutzt als Kältemittel Wasser und gewann 2017 damit in der Kategorie „RZ-Klimatisierung und Kühlung“ den 1. Platz. Nun steht eine stärkere Leistungsklasse an, die somit auch für größere Rechenzentren geeignet sein könnte.

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„Die Monate März und April 2020 waren in puncto Auftragseingang die bisher besten in der Firmengeschichte“, sagt Georg Dietrich, CEO des Feldkirchener Unternehmens Efficient Energy, das Kältemaschinen mit dem Kühlmittel Wasser herstellt.
„Die Monate März und April 2020 waren in puncto Auftragseingang die bisher besten in der Firmengeschichte“, sagt Georg Dietrich, CEO des Feldkirchener Unternehmens Efficient Energy, das Kältemaschinen mit dem Kühlmittel Wasser herstellt.
(Bild: Ulrike Ostler/ Vogel IT-Medien GmbH)

Die offizielle Markteinführung soll im Herbst stattfinden, verraten CEO Georg Dietrich und Thomas Bartmann, der als Mitglied der Geschäftsleitung den Bereich Vertrieb, Marketing und Service verantwortet, bei einem Besuch der Produktion (siehe: Bildergalerie). Dennoch kann das Management schon einiges verraten.

In der Produktion von Efficient Energy

Bildergalerie mit 12 Bildern

Der „E-Chiller 120“ kann bei einer Umgebungstemperatur von 22 Grad bis zu 120 Kilowatt (kW) an Kühlleistung hervorbringen; die bisherigen Ausführungen liefern maximal 35 beziehungsweise 45 kW. Doch die Maschine ist nicht nur einfach größer, vielmehr hat Efficient Energy das Design geändert, so dass sie letztlich kompakter geworden ist.

Dabei beträgt der Laufraddurchmesser nun 225,8 Millimeter, das Drehzahldesign erlaubt 55.000 Umdrehungen pro Minute (rpm = revolutions per minute), was sich letztlich auf den Volumenstrom auswirkt, der bei 3,1 Kubikmeter pro Sekunde (m3/s) liegt.

Aufbau eines „E-Chiller“; die Technik nennt der Hersteller „Blue Zero“.
Aufbau eines „E-Chiller“; die Technik nennt der Hersteller „Blue Zero“.
(Bild: Efficient Energy)

Die E-Chiller-Technik

Um zu verstehen, was das bedeutet, erläutert der Hersteller auf der Website die E-Chiller-Technik. Sie basiert auf der Direktverdampfung, der Verdichtung, der Kondensation und der Entspannung von Wasser beziehungsweise Wasserdampf in einem geschlossenen Kreislauf. Dieser Prozess findet anforderungsbezogen in einem Vakuum zwischen 10 und 100 Millibar (mbar) und damit in einem Temperaturbereich von rund 5 Grad und 45 Grad statt.

Die Kühlleistung ist abhängig von der Vorlauftemperatur, der Verdichtervariante und der Kühlwassereintrittstemperatur, bislang war das Produkt daher in vier Varianten in einem Leistungsbereich von 20 kW bis 45 kW Kälteleistung erhältlich. Allerdings konnte sich diese durch Kombination mehrerer auf über 300 kW skalieren.

Bisher gibt es das Produkt Efficient Energy in zwei Leistungsklassen: bis zu 35 und bis zu 45 Kilowatt bei 22 Grad. Ab 2021 gibt es eine neue Leistungsklasse - bis 120 Kilowatt -, die zudem auch noch kompakter daherkommt.
Bisher gibt es das Produkt Efficient Energy in zwei Leistungsklassen: bis zu 35 und bis zu 45 Kilowatt bei 22 Grad. Ab 2021 gibt es eine neue Leistungsklasse - bis 120 Kilowatt -, die zudem auch noch kompakter daherkommt.
(Bild: Eficcient Energy)

Am Beispiel des „Typ 35“ lässt sich für eine benötigte Kaltwasseraustrittstemperatur von 18 Grad eine maximal zulässige Kühlwassereintrittstemperatur von 40 Grad ablesen. Der dunkel eingefärbte und mit „I“ gekennzeichnete Bereich beschreibt jeweils den optimalen Einsatzbereich.

Die Arbeitstzahl beschreibt die Kälteleistung über einen Tag.
Die Arbeitstzahl beschreibt die Kälteleistung über einen Tag.
(Bild: Eficcient Energy)

Für eine benötigte Kaltwassertemperatur von 20 Grad und einer Kühlwassertemperatur von 25 Grad lässt sich ein EER-Wert (EER = Energy Efficiency Ratio) von „8“ ablesen.

In Kombination mit anderen Kühltechniken

Die Produkte von Energy-Efficiency lassen sich mit anderen Kühltechniken kombinieren. Für Rechenzentren kommen etwa Anlagen für die adiabatische Kühlung in Frage. OEM-Partner Menerga kombiniert die Technik von Effecient Energy mit Adiabatik gar in einem System.

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Über Effiicient Energy

Der E-Chiller setze durch seine Betriebsweise „neue Maßstäbe“ bei der Energie-Effizienz, heißt es auf der Website von Efficient Energy, mit bis zu 80 Prozent Stromersparnis gegenüber dem Stand der Technik. Damit das möglich wird, benötigt Das Unternehmen, das in Feldkirchen angesiedelt ist, eine Reihe an Investoren und Förderern.

Die Investoren:

  • MIG Fonds
  • Santo Venture Capital GmbH
  • Private Investoren

Die Förderer:

  • Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
  • Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologien (StMWIVT)

Der Vorteil von Wasser (R718) als Kältemittel ist evident. Unter anderem spielen die F-Gase-Verordnung, Ökodesign-Richtlinien und die prognostizierte Kältemittel- und Energiekostenentwicklung eine wichtige Rolle. Das führt, so vermutet CEO Georg Dietrich, auch dazu, dass auch in der aktuellen Wirtschaftskrise kein Rückgang der Nachfrage nach E-Chiller-Geräten gegeben habe. Im Gegenteil: Die Nachfrage sei gestiegen, so dass es derzeit in den Produktionshallen des Unternehmens vergleichsweise ausgeräumt aussehe (siehe: Bildergalerie).

Zu einen, so vermuten Dietrich und Bartmann, sei der Wunsch oder auch der Zwang zur Nachhaltigkeit beziehungsweise zur Reduktion der Treibhausgase dafür verantwortlich. So ist die F-Gase-Verordnung ist seit dem 1. Mai 2015 in Kraft. Sie soll dazu führen, dass für die Atmosphäre schädlichen Fluorkohlenwasserstoffe eingeschränkt werden.

Die vorgesehen Reduktion der F-Gase bedeutet eine Reduzierung der Emissionen fluorierter Treibhausgase (F-Gase) um 70 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent in der EU.
Die vorgesehen Reduktion der F-Gase bedeutet eine Reduzierung der Emissionen fluorierter Treibhausgase (F-Gase) um 70 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent in der EU.
(Bild: Efficient Energy)

Die EU-Mitgliedsländer müssen das CO2-Äquivalent der F-Gas Kältemittel stufenweise bis 2030 um fast 80 Prozent verringern (siehe: Abbildung). Neben Wasser kommen auch andere Alternativen in Frage(siehe: „“ : Propan (R290), Ammoniak (R717), R1234ze, Co2(R744) und R32. Allerdings haben diese Kältemittel ein relativ niedriges bis kein Treibhauspotenzial, aber R1234ze, Propan und R32 sind brennbar, CO2 ist ein Hochdruckkältemittel und Ammoniak ist sowohl brennbar als auch giftig.

Zudem sei tatsächlich eine schon zu Beginn vermutete Preissteigerung zu verzeichnen (siehe: „F-Gase zur Kühlung werden knapp, die Preise steigen 2018: Großer Schritt zu weniger F-Gasen“). So habe etwa das synthetische Kältemittel R410A, so ist zwischen März 2017 und Oktober 2018 eine Preissteigerung um einen Faktor 3 erfolgt.

In der Produktion von Efficient Energy

Bildergalerie mit 12 Bildern

Zum anderen beschere der auch in der Krise (bisher) anhaltende Boom im Rechenzentrumsbau der Firma ein positives Wachstum der Nachfrage. Immerhin produziert das Unternehme rund die Hälfte für den Einsatz in Rechenzentren. „Die Monate März und April 2020 waren in puncto Auftragseingänge die besten in der bisherigen Firmengeschichte“, so Bartmann.

Der große Bruder

Nun will Efficient Energy im mit E-Chiller 120 ein Modell auf den Markt bringen, das eine bis zu 300 Prozent höhere Kälteleistung aufweist, ein zu 25 Prozent besseres Druckverhältnis, eine 25prozentige Steigerung in der Effizienz beziehungsweise eine Leistungsdichte pro Quadratmeter von plus 36 Prozent. Ab 2021 soll produziert werden. Die ersten Vorbestellungen gebe es schon, so Bartmann.

Die angekündigte Kältemaschinenvariante „E-Chiller 120“ wartet gegenüber den existenten Modellen mit enormer Leistungssteigerung auf.
Die angekündigte Kältemaschinenvariante „E-Chiller 120“ wartet gegenüber den existenten Modellen mit enormer Leistungssteigerung auf.
(Bild: Efficient Energy)

Bedenken, Wasser sei zwar ein natürliches Kältemittel, das zwar keine Treibhausgase erzeuge, aber dennoch wenig umweltfreundlich, da Wasser eine zunehmend knappe Ressource sei, begegnet die Geschäftsleistung mit dem Hinweis, der E-Chiller funktioniere mit einem geschlossenen Wasserkreislauf. Um das 120er Modell zu füllen bedürfe es einmalig um die 100 Liter. Verluste etwa durch Verdunstung gebe es nicht.

Nach eigenen Angaben hat Efficient Energy rund zehn Jahre geforscht, um eine Kältemaschine auf den Markt und in Serienproduktion zu bringen, die mit dem Kältemittel Wasser funktioniert. Schwierig sei insbesondere der Kälteprozess im Hochvakuum selbst, aber auch diesen Prozess, der auf Differenzen im Millibarbereich beruht, in Gang zu bringen. Zudem muss das Endprodukt bezahlbar sein.

Im Vergleich zu den Vorgängermodellen zeigt der „E-Chiller120“ eine bis zu 300 Prozent höhre Kälteleistung.
Im Vergleich zu den Vorgängermodellen zeigt der „E-Chiller120“ eine bis zu 300 Prozent höhre Kälteleistung.
(Bild: Efficient Energy)

Laut Geschäftsleitung des Kälte-Anlagenherstellers müssen die Kunden für einen E-Chiller ungefähr so viel aufbringen, wie für eine vergleichbare -F-Gase-Anlage. Allerdings ist hier die BAFA-Förderung bereits eingerechnet (BAFA = Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle). https://www.bafa.de/DE/Home/home_node.html

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E-Chiller-Einsatz bei der Sparkasse Calw

Zu den Referenzkunden von Efficient Energy gehört die Sparkassen-IT in Calw. Hier geht es um die Kühlung eines Rechenzentrums mit der maximalen Kälteleistung von 70 kW und einer Kaltgangtemperatur von maximal 25 Grad.

Wie in vielen Datacenter wächst auch hier der IT-Bedarf und damit die geforderte Kühlleistung. Zum Start mussten 8 bis 10 kW Kälteleistung erbracht werden, was etwa 10 bis 15 Prozent der maximalen Leistung entspricht.

Die Kühlluftzufuhr in einer Warmgangeinhausung erfolgt über Seitenkühler. Die Kälte-Erzeugung von 70 kW wurde damals durch einen Standardkaltwassersatz übernommen in Verbindung mit, indirekter freier Kühlung. Der E-Chiller mit einer Kälteleistung von 35 kW reichte für die anfängliche IT-Last. Die Technik wurde zum Redundanzsystem für die Standardkältemaschine.

Doch im Sommer 2016 nach Inbetriebnahme stellte sich heraus, dass der Teillastbetrieb durch die geregelten Turboverdichter in Verbindung mit der integrierten freien Kühlung überaus effizient ist. Der E-Chiller wurde zur führenden Kältemaschine.

Das ist bei heute so geblieben, obwohl die IT-laste mittlerweile blieb bis heute beibehalten, obwohl 30 kW übersteigt.

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Über den Autor

 Ulrike Ostler

Ulrike Ostler

Chefredakteurin DataCenter-Insider, DataCenter-Insider