Ein Konzept zum Energie und Betriebskosten sparen mit Zusatzkühlung

Wirtschaftliche Kühlung von kleinen Server-Räumen

| Autor / Redakteur: Jürgen Loose / Ulrike Ostler

Vorteile des vorgeschlagenen Kombinationskühlsystems mit doppelter freier Kühlung

Die meiste Zeit des Jahres wird der Server-Raum mit unterschiedlicher Nutzung der kühlen Außenluft alleine mit dem RLT-Zusatzgerät ausreichend gekühlt/klimatisiert:

Bei kalter Außenluft bis etwa < 10 Grad findet die indirekte freie Kühlung statt.

Bei ansteigender, weiterhin ausreichend kühler Außenluft mit der dann automatisch (in der Außenluft) vorhandenen ausreichenden Feuchte X (g Wasser pro kg Luft) wird die direkte freie Kühlung durchgeführt.

Eine Kältemaschine oder eine andere maschinelle Kühlart wird dann nur noch ganz selten benötigt, wenn die Außenluft wärmer ist als die beim Kunden im Extremfall erlaubte Zulufttemperatur. Wenn schon – wie hier unterstellt – Umluftkühlgeräte vorhanden sind, werden diese jetzt (jedoch nur mehr ganz selten !) benutzt.

Die Meteorologie erlaubt es

Wie aus dem Bild 3 zu erkennen, wird beim Kombinationskühlsystem an Hand der für einen Anwendungsort bekannten Meteorologischen Daten (hier beispielsweise für München) und der aktuellen Außenluftzustände jeweils eine der 6 möglichen Betriebszustände (Kühlfälle) genutzt. Bei dem dargestellten Beispiel werden die Umluftkühlgeräte nur an etwa 535 Stunden/Jahr in der Betriebsart Nr. 6 (Feld 6) benötigt.

Wie aus dem Feld 5 in Bild 3 zu erkennen ist, kann das RLT-Zusatzgerät mit doppelter freier Kühlung - im Gegensatz zu anderen Klimasystemen, wo lediglich die indirekte freie Kühlung genutzt wird – bei steigender Außentemperatur solange Energie sparend genutzt werden, wie die Außentemperatur in etwa der individuell vom Kunden erlaubten, maximal zulässigen (!) Zulufttemperatur entspricht, also sehr häufig.

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Das Wichtigste in Kürze

Dabei wird solange wie möglich (siehe Feld 1, 2, 3 und in der Hauptzeit von Feld 4), eine relativ niedrige Zulufttemperatur von lediglich zirka 17 Grad genutzt. So kann der Raum an 8.230 Stunden pro Jahr mithilfe der Außenluft indirekt oder direkt ganz wirtschaftlich mit einem hohen delta t (Zuluft = 17 Grad, Abluft = 32 Grad: ► delta t = 15 K) gekühlt werden. Dabei werden die Server stets ordentlich gekühlt und es entstehen angenehme Raumtemperaturen in der hauptsächlichen Serverbedienzone, in der Kaltzone (siehe: Bild 2).

Angewandte Physik

Durch die bei diesem System mit doppelter freier Kühlung häufig mögliche kleine Zulufttemperatur und eine angestrebte möglichst hohe Ablufttemperatur kann zumeist ein kleiner Kühlluftstrom mit einer großen Temperaturdifferenz zwischen Zuluft in den Raum und Abluft (der Fachmann spricht von Nutzung eines hohen delta t) zur Raumkühlung benutzt werden. Dabei wird die Luft nicht auf den Taupunkt abgekühlt!

Entsprechend der angewandten Physik gilt: Desto kleiner der aktuelle Volumenstrom in einem raumlufttechnischen System ist, das hier für den Maximalfall bei kleinerem delta t für den maschinellen Kühlfall ausgelegt wird, desto höher ist die Einsparung bei der Antriebsleistung der Ventilatoren zur Luftförderung. Beispiel: Bereits bei 20 Prozent weniger Kühlluft sinkt die Antriebsleistung eines Ventilators theoretisch um 49 Prozent, praktisch etwa um etwa 40 Prozent, je nach Wirkungsgrad des verwendeten Motor/Ventilator Kombination.

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Wenn dann zudem nur ein Teilluftstrom über die aktuell benötigten Luftbehandlungsteile geführt wird, sinken – wiederum physikalisch bedingt – die Luftwiderstände im Klimagerät und infolgedessen die Antriebsleistung beider Ventilatoren nochmals ganz stark.

Die Einsatzzeit der Umluftkühlgeräte könnte übrigens noch weiter verkürzt werden, wenn der Kunde an den wenigen Stunden des Jahres mit besonders warmen Außentemperaturen (ganz selten) noch höhere Zulufttemperaturen als 24 Grad und eine Raumtemperatur bis etwa 37 Grad (diese wird oben an der Decke im Warmgang gemessen), also länger die direkte freie Kühlung, zulassen würde. Von AESHREA empfohlen werden bei großen Rechenzentren häufig Ablufttemperaturen bis zu 37 Grad verwendet.

Anordnung des RLT-Zusatzgerätes

Es ist angedacht, dass das RLT-Zusatzgerät direkt im Kaltgang (siehe: Bild 2) oder in diesen einblasend aufgestellt wird. Ein Doppelboden ist bei der von mir angedachten Lösung nicht nötig – siehe : analog zum Vorschlag beim erhaltenen Rechenzentrumspreis 2014 und dem dazu gehörenden Artikel " Mehrfach modulares Inroom-Cooling mit IT-Case" in der Zeitschrift Datacenter-Insider im März 2014.

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Fördermittel genehm?

Das hier vorgesehene RLT-Gerät könnte auch im Warmgang oder in einer warmen Zone aufgestellt werden, wenn die Zuluft in den Kaltgang hinüber geführt wird. Wichtig ist, dass die Abluft direkt aus dem Warmgang, möglichst ganz oben unter der Decke, beim dort entstehenden Wärmepolster, abgesaugt wird.

Falls die Möglichkeit besteht, das RLT- Zusatzgerät im Nachbarraum (daneben, darüber, darunter) unter zu bringen, könnte mithilfe einer im Gerät nachrüstbaren Verdunstungskühlung die Nutzungszeit der Kältemaschine nochmals reduziert werden. Das lohnt sich m. E. bei doppelter freier Kühlung und auch bei alleiniger direkter freier Kühlung aber nur in Klimazonen, wo es häufig wärmer ist als in München.

Durch Nutzung eines Fortluftventilators (zusätzlich zum Zuluftventilator) kann der Raum so versorgt werden, dass durch Drehzahlregelung am Fortluftventilator stets ein leichter Überdruck erzeugt wird, so dass kein Staub aus benachbarten Räumen angesaugt werden kann. So kann es auch keinen störenden Über- oder Unterdruck für evtl. dort anwesende Personen geben.

Controlling des Betriebes

Mit dem im RLT-Zusatzgerät integrierten Energiemanager und Fernbedienungsmodul kann der Kunde den täglichen, wöchentlichen und jährlichen Stromverbrauch vor Ort und/oder aus der Ferne kontrollieren. Dabei kann er auch jederzeit seine Sollwerte bedarfsgerecht verändern und natürlich die aktuellen und zurück liegenden im Prozess entstandenen Raumkonditionen (Istwerte für Temperatur, Feuchte und Volumenströme) kontrollieren. Durch eine regelmäßige Kontrollmöglichkeit kann er langfristig betrachtet, viel Geld sparen.

Mit vielen interssanten Vorträgen findet am 21. Oktober in Würzburg der "DataCenter-Tag" der Cooling Days statt. DataCenter-Insider ist Medienpartner.
Mit vielen interssanten Vorträgen findet am 21. Oktober in Würzburg der "DataCenter-Tag" der Cooling Days statt. DataCenter-Insider ist Medienpartner. (Bild: VBM-Archiv)

Veranstaltungstipp: DataCenter-Tag auf den Cooling-Days

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