Aus warm wird kalt Was macht ein Chiller im Rechenzentrum?

Anbieter zum Thema

Stäubli Fluid Connectors

DC-Datacenter-Group GmbH

EPS Rechenzentrum Infrastruktur GmbH

Stulz GmbH

Rittal GmbH & Co. KG

mehr weniger

Vertiv GmbH

weniger

Wenn im Rechenzentrum gekühlt wird, ist meist auch ein Chiller im Spiel. Doch was genau tut diese Komponente und wie funktioniert das?

Chiller sorgen dafür, dass der Wärmeträger, der die Abwärme aus dem Rack abgeführt hat, wieder abkühlt und zurückgeführt werden kann. Die Wärme wird ein anderes Medium übergeben. Ist dieses sekundäre Medium Wasser, wird der Chiller als Kaltwassersatz bezeichnet. Kaltwassersätze sind in allen Industrien verbreitet, in denen gekühlt werden muss.

Doch ein Zuviel an Kühlung ist ökonomisch, ökologisch Unsinn. Rechenzentren werden heute mit wesentlich höheren Temperaturen betrieben als früher. Ein nur 18 Grad warmer Rechnerraum sollte heute schon aus energetischen Gründen der Vergangenheit angehören. Raumtemperaturen von bis zu 27 Grad gelten nicht mehr als exotisch.

Basis: Der Carnot-Prozess

Das senkt die Leistungsanforderungen an die Kühlanlage und damit auch an den Kaltwassersatz. Denn sie bemisst sich nach der Menge der abzutransportierenden Wärme. Diese ist wiederum abhängig davon, wie viel Abwärme die Geräte abgeben und wie groß die Temperaturspreizung zwischen kalter und warmer Seite eines Raums, einer Rechnerreihe, eines Racks oder eines einzelnen Geräts ist.

• Technisch basieren Chiller auf dem Prinzip des Wärmetausches und, wenn sie einen Kompressor benutzen, auf dem Carnot-Prozess (siehe: Abbildung):

• In der ersten Phase nimmt ein Arbeitsmedium die Wärme aus einem Transportmedium auf, das an ihm vorbeigeführt wird.

• In Schritt zwei wird dieses Arbeitsmedium in einem Verdichter komprimiert.

• In der dritten Phase gibt das Arbeitsmedium ohne Austausch mit der Umgebung (adiabatisch) seine Wärme an einen Rückkühlkreis ab.

• In Schritt vier dehnt es sich nach dem Passieren eines Expansionsventils aus, und der Kreislauf beginnt von neuem.

Kompressor muss nicht ständig sein

Günstigenfalls ist zumindest zeitweise kein Kompressor nötig; dann spricht man von Freikühlung. Hier gibt das Wasser im Kühlkreislauf seine Wärme direkt an ein Medium im Außenbereich ab, wobei der Chiller am oder auf dem Gebäude steht. Meistens übernimmt Luft die Abwärme, aber auch Wasser ist zumindest denkbar, etwa, wenn ein Datacenter unter dem Meeresspiegel arbeitet.

Kaltwassersätze können zudem im Gerät mit Adiabatik kombiniert sein, wie das Produkt „Cybercool Water“ von Stulz. In der Abbildung sieht man im Querschnitt das Aggregat mit dem Rohrbündel, in dem das Wasser fließt. Darauf wird das Kältemittel versprüht, verdampft dort und kühlt so das Wasser ab. Außerdem können Kombi-Chiller zusätzlich freie Kühlung verwenden.

Das kalte Wasser im geschlossenen Kreislauf gibt der Chiller an das Kaltwassernetz des Rechenzentrums ab. Das Rückkühlmedium, an das das Arbeitsmittel bei Kompressorbetrieb seine Wärme ableitet, ist entweder Luft oder Wasser. Handelt es sich um Wasser, wird es in einem zweiten Kreislauf zu Rückkühlern auf dem Dach geführt.

Umweltkritisch: Das Kältemittel

Eine wesentliche Eigenschaft von Chillern ist das benutzte Kältemittel, das möglichst umweltfreundlich sein sollte. Dabei haben die Kältemittel vierstellige Bezeichnungen: ein „R“ und drei Ziffern. Die drei Ziffern stehen erstens für die Zahl der Kohlenstoffatome minus eins, zweitens für die Zahl der Wasserstoffatome plus 1 und dritttens die Zahl der Fluoratome.

Steht eine 7 am Anfang, handelt es sich um anorganische Kältemittel. Hinsichtlich des Klimaschutzes sind Kältemittel ohne Fluor besonders gut geeignet. Die besonders klimaschädlichen Kältemittel „R134a“, „R404A“, „R507“, „R407C“ und „R410A“ dürfen nach 2030 nicht mehr verwendet werden.

Vielfältige Kompressortechnologien

Weiter ist neben der Kühlkapazität auch die Kompressortechnologie bezeichnend für Chiller. Hier gibt es unterschiedliche Varianten, die sich durch Baugrößen und Leistungsfähigkeit unterscheiden. Beispiele sind Rollkolben-, Scroll-, Hubkolben- und Schraubenverdichter. Turboverdichter sind anders als die bisher genannten Typen Strömungsmaschinen mit drehbaren und feststehenden Lamellen, die am Ausgang dynamisch den Druck erhöhen.

Neben einteiligen gibt es auch Split-Kaltwassersätze. Bei ihnen steht der Verdichter außen, der Rest der Komponenten innen. Wichtige Hersteller von Kaltwassersätzen sind etwa Vertiv, Stulz und Rittal.

(ID:48986362)