Aus dem Bestseller „IT-Räume und Rechenzentren planen und betreiben“, Teil 5

Energie für das DataCenter effektiv senken

| Autor / Redakteur: Dietmar Müller, Bernd Dürr / Ludger Schmitz

Rechenzentren verbrauchen sehr viel Strom und wandeln sie in Wärme um, zu deren Weiterverwendung es staatliche Förderung braucht.
Rechenzentren verbrauchen sehr viel Strom und wandeln sie in Wärme um, zu deren Weiterverwendung es staatliche Förderung braucht. (Bild: gemeinfrei, Neil_Crook, Pixabay / CC0)

Der Bestseller „IT-Räume und Rechenzentren planen und betreiben“ von Bernd Dürr ist in einer völlig überarbeiteten Neuauflage erschienen. Wir präsentieren ausgewählte Kapitel aus dem Buch in gekürzter Form. Sie als Leser haben die Chance, sich ein kostenloses Exemplar des Buches zu sichern. Sie müssen dazu nur zum heutigen Thema – Energieeffizienz - eine Frage korrekt beantworten.

In der Klimatechnik schlummern enorme energetische Optimierungspotentiale – Bernd Dürr geht davon aus, dass die Klimatisierung bei ungünstiger Auslegung und Auswahl der Technik bis zu 50 Prozent des Energieverbrauchs eines Rechenzentrums ausmacht. Das geht besser - im Folgenden erläutert er detailliert Einsparungspotentiale:

Reduzierung der Lüfterantriebsleistung

In der Klimatechnik erreicht man eine elektrische Energieeinsparung durch den Einsatz von EC-Motoren, die parallel mit reduzierter Drehzahl betrieben werden. EC-Motoren verfügen über einen besseren Wirkungsgrad als konventionelle AC-Motoren und lassen sich aufgrund seiner elektronischen Ansteuerung einfach regeln. Mit den EC-Motoren ist es ohne großen Aufwand möglich, mehrere Ventilatoren parallel und mit kleinem Abstand zueinander mit gleicher Drehzahl laufen zu lassen. Integriert man in solch einen Verbund die Redundanzgeräte eines Rechenzentrums, lässt sich die Lüfterdrehzahl jedes einzelnen Geräts unter Beibehaltung der gleichen Gesamtluftmenge reduzieren. Ein Halbieren der Lüfterdrehzahl bewirkt eine Reduzierung der Lüfterantriebsleistung um 70 Prozent.

Mit Inkrafttreten der ErP-Durchführungsverordnung (Energy related Products-Directive) für Ventilatoren im Jahre 2013 (erste Stufe) und Erhöhung der Anforderungen in 2015 (zweite Stufe), sind die Hersteller nun auch gesetzlich gezwungen, ihre Produkte für den europäischen Markt nach den definierten Effizienzanforderungen zu gestalten. Betroffen davon sind alle Ventilatoren im Leistungsbereich von 125 W bis 500 kW, unabhängig davon, ob sie als Einzelgerät arbeiten oder als Komponente in einem Gerät oder einer Anlage integriert sind. Da die Ventilatoren rund um die Uhr laufen, können schon kleine Einsparungen eine enorme Wirkung auf die Betriebskosten haben.

Hersteller zu effizienteren Produkten gezwungen

Durch die Verordnung sind die Hersteller noch viel mehr dazu gezwungen, über die Auswahl der verwendeten Materialien, durchdachte Konstruktionsdetails und den Einsatz modernster EC-Technik bei den Antrieben, eine hohe Effizienz zu ermöglichen. Motor, Laufrad und Elektronik müssen dabei optimal aufeinander abgestimmt sein, um neben einer hohen Effizienz auch eine Überdimensionierung zu vermeiden. Dabei kommt auch der Aerodynamik des Laufrads beziehungsweise deren Geometrie eine besondere Bedeutung zu. Die Kunst ist es dabei, über den gesamten Drehzahlbereich eine hohe Effizienz zu erreichen.

Als „Motoren“ werden in der ErP-Durchführungsverordnung nur die zwei-, vier und sechspoligen Ausführungen bezeichnet. Die effizienteren EC-Außenläufermotoren sind (leider) in der Verordnung nicht genannt. Die namhaften Hersteller garantieren jedoch trotzdem, dass sie die geforderten Werte der Verordnung mit den EC-Motoren deutlich übertreffen. Es lohnt sich also, mit dem Hersteller der Klimatechnikanlagen unter Umständen effizientere EC-Ventilatoren auszuwählen und einzusetzen als die „Standardkomponenten“, die üblicherweise verbaut werden.

Oft reicht es jedoch auch schon aus, durch intelligente und bedarfsorientierte Anordnung der Doppelbodenlüftungsplatten beziehungsweise Einstellen der Luftmenge an den Doppelbodenlüftungsplatten den Luftstrom zu optimieren und die Lüfterdrehzahl dadurch reduzieren zu können.

Maximierung der Temperaturdifferenz

Aus dem thermodynamischen Zusammenhang mit den physikalischen Größen benötigter Luftmenge, abzuführender Wärmelast und notwendiger Temperaturdifferenz ergibt sich eine Gleichung, siehe nebenstehend.

Die Formel zur Thermodynamik
Die Formel zur Thermodynamik (Bild: Dürr)

Konstante Werte sind dabei die Dichte der Luft mit Luft = 1,185 kg/m³ und die spezifische Wärmekapazität der Luft cpLuft = 1,0045 kJ/kg/K. Die abzuführende Wärmelast Qo ist in der Betrachtung eine feststehende Größe.

Aus der Gleichung wird ersichtlich, dass bei einer Verdopplung der Temperaturdifferenz von 10 K auf 20 K die benötigte Luftmenge VI halbiert werden kann.

Das Bilden von Warm- und Kaltgängen inklusive deren Einhausung sowie die Optimierung des Luftstromes schaffen die Voraussetzungen, um die Auswirkungen messbar zu nutzen. Zudem wird verhindert, dass sich die kalte und die warme Luft über und neben den Datenschränken vermischt und somit die Rücklufttemperatur sinkt. Luftkurzschlüsse werden vermindert bis vermieden.

Wärmerückgewinnung

Es gibt am Markt immer wieder zarte Versuche, die Abwärme aus dem Rechenzentrum zu nutzen. Bisher scheitern alle Ansätze meist kläglich an der Wirtschaftlichkeit. Das Hauptproblem ist die Abwärmetemperatur, die für eine Warmwasserbereitung oder ein Heizungssystem zu niedrig ist. Für die Nutzung in einem Schwimmbad oder für eine Fußbodenheizung wäre sie ausreichend. Doch damit die Anlagen einigermaßen wirtschaftlich arbeiten können, muss sichergestellt sein, dass die Abwärme permanent abgenommen wird. Das ist bei einer Fußbodenheizung jedoch im Sommer nicht gegeben.

Die Energie der Abwärme müsste dann über Wärmepumpen oder Ähnliches auf ein notwendiges Maß angehoben werden, damit sie sich in Fernwärmenetzen oder für Absorptionskältemaschinen nutzen lässt. Das „Zuheizen“ erfordert jedoch Energie, was die Wirtschaftlichkeit sehr in Frage stellt.

Letztlich ist die Politik gefordert

Es mag in bestimmten Bereichen und Anwendungen auch bisher wirtschaftlich schon möglich sein, das ist jedoch nach wie vor eher die Ausnahme als die Regel und oft auch einer gehörigen Portion Idealismus geschuldet. Die Politik ist hier gefordert, die richtigen Weichen zu stellen und die Infrastruktur für eine Kopplung der Wärmeerzeuger (Rechenzentren) und Wärmeverbraucher (Nah- und Fernwärmenetze) bereitzustellen oder entsprechend zu fördern zum Beispiel die Abwärme, die den Fernwärmenetzen zur Verfügung gestellt wird, auch entsprechend zu vergüten.

Die Zukunft wird zeigen, ob sich die Wärmerückgewinnung durch eine mögliche weitere Anhebung der Rücklufttemperatur oder auch die Rückkehr zur Wasserkühlung irgendwann wirtschaftlich darstellen lässt, die Abwärme dann ohne mechanische Temperaturanhebung den Fernwärmenetzen zur Verfügung gestellt werden kann und das Fernwärmenetz so ausgebaut ist, dass eine wirtschaftliche Andockung auch mit überschaubaren Kosten möglich wird.

Die heutige Gewinnfrage:

Was bewirkt ein Halbieren der Lüfterdrehzahl im Rechenzentrum?

Einsendeschluss ist der 20. April. Die Chefredaktion wird unter den Teilnehmern mit der jeweils korrekten Antwort fünf Exemplare des gedruckten Werkes verlosen.

Bereits erschienen ist der Teil 1 unserer Gewinnspielreihe „So setzen Sie das Datacenter richtig ab“, Teil 2 „Grundlagen des Brandschutzes“, Teil 3 „Brände frühzeitig erkennen und melden“ sowie Teil 4 „So versichern Sie das DataCenter richtig“.

Was erwartet den Handbuch-Leser?

In der Neuauflage des erstmals 2013 erschienenen Buchee sind zahlreiche Themen dazugekommen, etwa die Rechenzentrumsnorm DIN EN 50600 oder die „Begrünung“ von Rechenzentren durch noch höhere Energieeffizienz. Bereits auf Basis der Erstausgabe des Standardwerkes hat DataCenter-Insider verschiedene Artikel generiert, als da wären:

* Grundwissen zur Stromversorgung in Rechenzentren, Teil 1, Wissen, was wie ins Datacenter ´reingeht

* Grundlagenwissen zur Stromversorgung in Rechenzentren, Teil 2, Probleme mit dem "Stand der Technik"

* Grundlagenwissen zur Stromversorgung in Rechenzentren, Teil 3, Die USV – effizient soll sie sein

* Grundlagenwissen zur Stromversorgung in Rechenzentren, Teil 4, Batterien für Datacenter sind Sensibelchen

Für alle, die die Verlosung durch DataCenter-Insider nicht abwarten wollen: Das 685-Seiten starke Handbuch „IT-Räume und Rechenzentren planen und betreiben“ von Bernd Dürr ist im Verlag Bau+Technik erschienen und unter der Nummer ISBN 978-3-7640-0626-6 zu bestellen.

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posted am 11.04.2018 um 16:03 von Unregistriert


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