Kältemittel oder Wasser?

Welche indirekte Freikühlung ist die günstigste im Rechenzentrum?

| Autor / Redakteur: Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Dies gilt besonders für das zukünftig wohl standardmäßig eingesetzte „R1234ze“. „R22“ darf inzwischen nicht mehr verwendet werden, „R407c“ nur noch in der Schweiz, „R134a“ wird bis 2030 reduziert und ist ab dann nicht mehr erlaubt. Derzeit hat R1234ze aber noch nicht alle Zertifizierungen durchlaufen und ist aktuell zudem rund dreimal teurer ist als der Vorläufer.

Die Kosten hängen von der Fläche und dem Einsatzort ab

Bei der Kostenbetrachtung berücksichtigt Stulz Anschaffungs- und Betriebskosten. Zu Grunde gelegt wird zudem eine typische Jahres-Temperaturkurve der Stadt Hamburg und durchgängiger Ganzjahresbetrieb.

Kostenrelationen der Investition in die Komponenten von indirekten Freikühlanlagen, die mit Kühlmittel (GE) und mit Kaltwasser betrieben werden.
Kostenrelationen der Investition in die Komponenten von indirekten Freikühlanlagen, die mit Kühlmittel (GE) und mit Kaltwasser betrieben werden. (Bild: Stulz)

Die nutzbare Fläche im projektierten Rechenzentrum soll 15 mal 30 Meter groß sein und eine Kälteleistung von 1 Kilowatt pro Quadratmeter beziehungsweise 444 Kilowatt brauchen. Als Raumtemperatur wird 30 Grad Celsius angepeilt und die relative Luftfeuchtigkeit sollte 40 Prozent betragen. Die Außentemperaturen im Sommer sollten maximal 35 bis 38 Grad Celsius erreichen, was heute im Hochsommer durchaus keine Besonderheit mehr ist.

Bei der Berechnung der Anlage stellt es sich heraus, dass das Design des RZ-Raumes letztlich für die Kosten des kältemittelbetriebenen Systems eine große Rolle spielt. In einer ersten Kalkulationsvariante wird die gesamte Leistung in einem Raum der Größe 30 mal 15 Meter untergebracht.

Rechnen muss sein

Soll dieser Raum gekühlt werden, braucht man dazu sechs CRAC-Einheiten zu 74 Kilowatt Leistung. Ist n+1-Redundanz gewünscht, sind sieben Anlagen erforderlich. Teilt man dasselbe Rechenzentrum in zwei Räume zu je 222 Quadratmeter, beispielsweise, weil das Rechenzentrum nur schrittweise gefüllt werden soll, so sind für eine n+1-Versorgung mit Kühlleistung pro Raum vier Einheiten nötig, insgesamt also acht. Wird der zweite Raum erst sehr viel später benötigt, muss man allerdings auch die CRACs dafür erst später kaufen.

Gegenüberstellung der aktiven Komponenten von GE- und Kaltwasseranlage außerhalb und innnerhalb des Rechenzentrums
Gegenüberstellung der aktiven Komponenten von GE- und Kaltwasseranlage außerhalb und innnerhalb des Rechenzentrums (Bild: Stulz)

Bei der Kühlmittelanlage entfallen die höchsten Investitionskosten auf den CRAC, der aber modular ausgelegt ist, bei der Kaltwasser-Anlage auf den Kaltwassersatz. Hinsichtlich der Stromkosten fallen insbesondere die verwendeten Pumpen ins Gewicht.

Die RZ-Lufttemperatur entscheidet, wie viel Kühlleistung aus jedem CRAC-Aggregat geholt werden kann: Je höher die Raumtemperatur im Rechenzentrum sein darf und je geringer die Luftfeuchtigkeit, desto mehr Fläche lässt sich mit einem Kühlaggregat gleicher Leistung kühlen. So temperiert ein baugleicher CRAC bei einer erlaubten Raumtemperatur von 28 Grad Celsius und 40 Prozent relativer Feuchte gut 50 Prozent mehr Fläche als bei Zielwerten von 24 Grad RZ-Temperatur und 50 Prozent Luftfeuchtigkeit.

Was muss rein, was kommt raus?

Beim wassergekühlten System ist die angestrebte Zu- und Abflusstemperatur des Kühlmediums zum außen befindlichen Kaltwassersatz (Chiller) entscheidend für die Leistung. Auch hier gilt aber die Grundregel: Je höher die möglichen Temperaturen, desto geringer sind die anfallenden Kühlkosten, wobei allerdings die Unterschiede nicht so gravierend ausfallen wie beim CRAC.

Das Bild zeigt, dass die Zu- und Abflusstemperatur des Kühlwassers die Notwendigkeit, aktive Kühlmaßnahmen zu verwenden, beeinflusst: Werden höhere Temperaturen zugelassen, verschiebt sich das Freikühl-Fenster in höhere Temperaturbereiche, der Betrieb wird energiesparsamer.
Das Bild zeigt, dass die Zu- und Abflusstemperatur des Kühlwassers die Notwendigkeit, aktive Kühlmaßnahmen zu verwenden, beeinflusst: Werden höhere Temperaturen zugelassen, verschiebt sich das Freikühl-Fenster in höhere Temperaturbereiche, der Betrieb wird energiesparsamer. (Bild: Stulz)

Daraus ergibt sich für die wassergekühlte Anlage bei einer Zuflusstemperatur von 18 und einer Abflusstemperatur von 12 Grad Celsius, dass bis 4 Grad Celsius frei gekühlt werden kann, von 4 bis 16 Grad Celsius Mischbetrieb gefahren wird und oberhalb 16 Grad der Chiller die gesamte Kühlarbeit aktiv übernimmt. Reichen 20 Grad Warm- und 14 Grad Kaltwassertemperatur, verschieben sich der Mix- und der aktive Chiller-Betrieb jeweils um zwei Grad noch oben, was Stromkosten spart.

Unter den oben skizzierten Bedingungen liegen die Betriebskosten des Kaltwassersystems durchgängig unter denen des Kältemittel-basierenden Systems. Die Ergebnisse für die Variante mit den geteilten Räumen legen aber nahe, dass es bei RZ-Leistungen unterhalb 400 Kilowatt und Skalierung in kleinen Schritten wegen des modularen Aufbaus der CRACs günstiger ist, auf ein Kühlmittel-basierendes System auszuweichen. Oberhalb 500 Kilowatt empfiehlt sich grundsätzlich ein Kaltwassersatz, im Bereich dazwischen entscheiden individuelle Gegebenheiten.

* Ariane Rüdige ist freie Journalisitin in München.

Inhalt des Artikels:

Was meinen Sie zu diesem Thema?
DIe Frage ob Wasser oder Kühlmittel ist aber nicht beantwortet...  lesen
posted am 16.09.2015 um 13:56 von Unregistriert


Mitdiskutieren
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 43590319 / Klimatechnik)