Kennzahl für effiziente Kühlung Was ist die Cooling Efficiency Ratio (CER)?

Anbieter zum Thema

Vertiv GmbH

DAXTEN GmbH

ConSysTech GmbH

Effiziente Kühlung gehört heute zu den wichtigsten Anforderungen an Rechenzentren. Wie effizient sie ist, misst die Cooling Efficiency Ratio (CER).

Wenn es ums Kühlen geht, gehört die Cooling Efficiency Ratio (CER) zu den wichtigsten Parametern. Sie ist eines der Effizienzmaße, die standardisiert wurden.

Beschreiben wird die CER in EN 50600-4-7. Inzwischen liegt auch eine Spezifizierung der CER durch die ISO vor, sie wurde im März veröffentlicht und heißt ISO/IEC 30134-7:2023. Vorlage war die europäische Norm. Sie fordert Mindesteffizienzgrade, gemessen in CER, für Kühlaggregate.

Ersatz für die Jahresarbeitszahl

CER ersetzt den bisher üblichen Parameter Jahresarbeitszahl, mit dem die Effizienz von Wärme- oder Kältemaschinen traditionell angegeben wurde. Die Berechnung allerdings erfolgt analog.

Die CER ist das Verhältnis zwischen der in zwölf Monaten 'wegzukühlenden' Wärmemenge und der dafür verbrauchten elektrischen Arbeit in Kilowattstunden (kWh). Zu unterscheiden ist CER von der Cooling Performance Ratio (CPR). Sie bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Wärmelast und der elektrischen Leistung eines Kühlaggregats in kW.

CER ist immer positiv. Je höher der Wert, desto besser die Effizienz der Kühlung. Denn je größer das Ergebnis, desto weniger elektrische Energie wird benötigt, um die vorhandene Wärme abzukühlen oder anzuheben, etwa für die Einspeisung in Wärmenetze.

Vorgaben der DIN EN 50600

Die Vorgaben der DIN En 50600-4-7 unterscheiden sich je nach dem Baujahr des Rechenzentrums. Für Rechenzentren, die nach dem 1.1.24 in Betrieb gehen, muss CER >9 sein. Datacenter, die zwischen 2019 und 2023 eröffnet wurden, brauchen eine CER >8. Für Rechenzentren mit Eröffnung in den Jahren 2015 bis 2018 ist eine CER von >7 vorgeschrieben, für welche mit Start bis Ende 2014 muss die CER >6 sein.

Allerdings gibt es Ausnahmen für neu errichtete Rechenzentren. Denn insbesondere Co-Location-Sites nutzen die Rechenzentren erst mit der Zeit voll aus. Daher gelten hier für die erste Zeit des Bestehens abgemilderte Werte. Im ersten Betriebsjahr muss CER >5 sein, im zweiten >6,5.

Die Grundlage: der Carnot-Prozess

Basis jeder Kältemaschine oder Wärmepumpe ist der 1824 erstmalig beschriebene Carnot-Prozess. Dieser Prozess arbeitet mit der Kompression und Dekompression von Gasen und gliedert sich in vier Phasen. Er funktioniert in einem phasenweise abgeschlossenen Raum, in dem das Arbeitsmedium durch Hubkolben komprimiert oder wieder entspannt wird.

In der ersten Phase wird das Gas bei konstanter Temperatur komprimiert, wobei Wärme entsteht und abgeführt wird (isotherme Kompression). In der zweiten Phase wird das Medium durch weitere Kompression erhitzt (isentrope Kompression). Dabei lädt sich das Medium mit Energie auf, da die Wärme nicht entweichen kann.

In der dritten Phase expandiert das Gas bei gleichbleibender Temperatur, die aus dem Wärmereservoir entnommen wird, und drückt damit den Kolben wieder nach unten, leistet also mechanische Arbeit (isotherme Expansion). In der vierten Phase kühlt sich das Gas durch Wärmeaustausch weiter ab und leistet weitere Arbeit (isentrope Expansion). Dann beginnt der Prozess von vorn.

Carnot-Prozess und Fernwärme

Dabei sinkt die Effizienz mit der Höhe der gewünschten Steigerung oder Absenkung der Temperatur. Das ist der Grund, warum relativ kühles Abwasser aus Datacenter-Kühlanlagen nicht sinnvoll als Medium in konvbentionelle Fernwärmenetze mit um die 100 Grad Arbeitstemperatur eingespeist werden kann. Der Temperaurhub ist so hoch, dass der dafür nötige Energieverbrauch den Energiegewinn durch Abwärmenutzung wieder aufheben würde.

(ID:49423668)