Serverräume effizienter kühlen
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K l i m a rung und der Aufstellort feststehen, stellt sich oft die Frage nach dem effektivsten Funktionsprinzip. Um eine Gefährdung durch Wasser auszuschließen, bevorzugen viele Anwender kältemittelbasierte Systeme. Diese Entscheidung geht allerdings mit dem Verzicht auf mehrere Vorteile einher. So sind eventuelle Leckagen im Kaltwasserkreislauf leichter zu entdecken als solche in einem Kältemittelkreislauf, da austretendes Kältemittel sofort verdampft. Außerdem gestatten Kaltwassernetze ein Rohrsystem, das lange Leitungswege zulässt und in das sich leicht weitere Geräte einbeziehen lassen. Schließlich eröffnet ein Glykol-Wasser-System die Möglichkeit, den Rückkühler an beliebiger Stelle zu platzieren und diesen zur Freikühlung zu nutzen. Um dem Risiko eines Wasseraustritts vorzubeugen, genügt es, im üblichen Doppelboden eine Auffangwanne einzubauen. Freikühlfunktion reduziert Betriebskosten Insbesondere für Anwendungen, in denen eine hohe innere Kühllast abzuführen ist, lohnt sich ein Blick auf Klimageräte mit Wasser- Glykol-Kreisläufen und Freikühl-Funktion. Welches Energieeinsparpotenzial dies eröffnet, macht der Vergleich zweier GEA-Geräte aus der Serie „T-Range“ mit identischer Kühlleistung in Tabelle 1 deutlich: In beiden Gerätevarianten, der „C“- und „F“-Version, ist ein Kältemittelkreislauf im Innern des Präzisionsklimageräts installiert, der die abzuführende Wärme über einen Wärmetauscher an einen Wasser-Glykol-Kreislauf abgibt. Dieser wiederum bindet einen außen aufgestellten Luft-Wasser-Kühler ein. Bei der F-Version wird die anfallende Wärme bei niedrigen Außentemperaturen unterstützend über einen zusätzlichen innen liegenden Luft- Wasser-Wärmetauscher abgeführt. Im günstigsten Fall genügt die Freikühlung ohne Zuhilfenahme des Kompressors, um die richtige Lufttemperatur bereitzustellen. In der Übergangszeit kann der Kompressor modellabhängig bei geringerer Last zugeschaltet werden. Beide Betriebsfälle minimieren die Laufzeit bzw. Auslastung des Verdichters und sparen somit elektrische Antriebsenergie. ∂ Tabelle 1: Systemvergleich wasserbasiertes Präzisionsklimagerät mit und ohne Freikühlung. Kaltwasser- System C-Version Freikühl-System F-Version Kälteleistung 19,2 kW 19,2 kW Elektrische Leistungsaufnahme 2,01 kW 2,01 kW Ventilator Elektrische Leistungsaufnahme 0,22 kW 0,2 kW Pumpe Elektrische Leistungsaufnahme 0,79 kW 0,79 kW Rückkühlerventilator Elektrische Leistungsaufnahme 6,4 kW 5,93 kW Kompressor Summe maximale Leistungsaufnahme 9,42 kW 8,93 kW Stromverbrauch in kWh/a 82.548 51.409 (für Standort Wien) Ersparnis Stromkosten bei ganzjährigem Betrieb (12 ct/kWh) – 3740,- €/a ∂ Mit Freikühlung ausgestattete Präzisionsklimageräte kühlen bei ausreichend niedrigen Außentemperaturen ohne Verdichtereinsatz oder nutzen diesen nur im Teillastbetrieb, sodass gegenüber herkömmlichen Lösungen etwa ein Drittel an elektrischer Antriebsenergie eingespart werden kann. Wirtschaftlich ist die Mehrinvestition in ein Gerät mit Freikühlung immer dann, wenn hohe innere Kühllasten existieren und die Außentemperatur für eine möglichst hohe Anzahl von Jahresstunden unter der gewünschten Zulufttemperatur liegt. Dies ist in Mittel- und Nordeuropa in der Regel der Fall, wie ein Blick in die Statistik der meteorologischen Daten zur Berechnung des Energiebedarfs von heiz- und raumlufttechnischen Anlagen (DIN 4710 Bbl. 1) zeigt. So liegt beispielsweise für den Standort Essen lediglich an 2900 h im Jahr die Außentemperatur oberhalb von 12 °C. Das Rechenbeispiel in Tabelle 1 zeigt das Einsparpotenzial auf: Angenommen wird ein Strompreis von 12 ct/kWh. Bei der „F“-Version kann der Verdichter etwa ein Drittel des Jahres abgeschaltet bleiben, sodass der Verbrauch etwa 51 400 kWh pro Jahr beträgt. Gegenüber der „C“-Version, die etwa 82 500 kWh jährlich benötigt, werden demnach 3740 Euro jährliche Betriebskosten eingespart. Die Mehrkosten für die „F“-Version machen sich damit in weniger als zwei Jahren bezahlt. Gleichzeitig wird die Umwelt entlastet: Eine Stromerzeugung im deutschen Kraftwerksmix vorausgesetzt, vermeidet eine Freikühlung dieser Größenordung fast 20 t CO₂ jährlich. Auch den Vergleich mit einer kältemittelbasierten Variante braucht die Klimaanlage mit Freikühlung nicht zu scheuen: Gegenüber einer Ausführung als Split-System gleicher Leistung spart die Freikühlung mehr als 20 000 kWh Strom und bietet zugleich die mit einem wasserbasierten System verbundenen konstruktiven Vorteile. Modernisierung mit „Ambicool“ Ein Beispiel für die erfolgreiche Anwendung der Freikühlung liefert die Häcker Küchen GmbH & Co. KG, Rödinghausen. Seit dem Bezug des Verwaltungsneubaus ist die IT-Zentrale des mittelständischen Produzenten im dritten Obergeschoss angesiedelt. In dem fensterlosen Raum befindet sich seitdem das datentechnische Rückgrat des Unternehmens. In den letzten Jahren wuchs die Anzahl der Serverschränke. So sind heute fast zehn voll bestückte Racks dort in Betrieb. Sie benötigen eine Heft 5 /2008 · IKZ-FACHPLANER 23
K l i m a ∂ Die Präzisionsklimageräte der GEA-Baureihe „T-Range“ sind in verschiedenen Versionen und Leistungen erhältlich und eignen sich für Einsatzgebiete, in denen eine hohe Temperatur- und Feuchtigkeitskonstanz gewünscht ist. elektrische Leistung von bis zu 25 kW. Die resultierende Abwärme abzuführen war bis Sommer 2007 Aufgabe eines redundant ausgelegten Split- Systems. Die Kälte wurde über vier Kassetten-Geräte in den Raumecken im Umluftbetrieb an die Luft übergeben. Die jeweils diagonal gegenüberliegenden Kassettengeräte gehörten zu einem Kältekreis. Der Ausfall eines Kreises im vorigen Jahr zeigte, dass diese Anlagenkonfiguration keine Redundanz mehr bot. Die defekte Anlage wurde zunächst repariert, doch langfristig sollte eine andere Lösung her. Statt einen dritten Kältekreis zu installieren, wählten die Verantwortlichen eine neue, energiesparende Technik: ein Präzisionsklimagerät mit Freikühlung. Es kann am Standort in Westfalen zwei Drittel der Betriebszeit zur Deckung des Kühlbedarfs beitragen und so den durchschnittlichen Stromverbrauch des Kompressors deutlich senken. Die Mehrinvestition des Gerätes gegenüber einer Version ohne Freikühlung wird sich in weniger als drei Jahren rentiert haben. Seit Sommer 2007 kühlt ein GEA-Klimaschrank der Baureihe „T-Range Ambicool“ die IT-Zentrale. Er verfügt über zwei Verdichter in Twin-Anordnung. Bei Volllast arbeiten beide Kompressoren, bei Teillast liefert einer alleine bis zu 60 % der Nennkälteleistung. Die Twin-Anordnung bietet eine interne Redundanz und ermöglicht außerdem einen niedrigen Einschaltstrom. Das neu installierte Präzisionsklimagerät kühlt die Luft auf etwa 12 °C herunter und führt sie dem Raum wieder zu. Die Regelung nutzt die Austrittstemperatur als Führungsgröße und stellt das Gerät so ein, dass sie auf +/-1 K eingehalten wird. Die relative Feuchtigkeit darf dabei lediglich im Bereich von +/-5 % schwanken. Die Regelung ist in die Gebäudeleittechnik eingebunden, sodass bei einer eventuellen Störung die als Reserve vorgehaltenen Split- Geräte automatisch in Betrieb gehen würden. Bester Wirkungsgrad im Teillastbetrieb Das verwendete Modell liefert maximal 33 kW Kühlleistung und ist somit um 25 % überdimensioniert. Das verschafft Häcker zum einen Spielraum für die weitere Installation von Servern und verringert andererseits die Betriebskosten. So erreichen die meisten Präzisionsklimageräte ihren besten Wirkungsgrad nicht bei Volllast, sondern oft bei zwei Drittel oder drei Viertel der Nennleistung. Auch um Redundanz zu schaffen, lohnt es sich, mehrere Geräte in Teillast zu betreiben. Bei einem sogenannten n+1- System steht darüber hinaus bei Störungen oder Wartungsarbeiten genügend Leistung bereit. Durch die geschickte Wahl des Betriebspunktes kann darüber hinaus im Normalbetrieb das bestmögliche Verhältnis aus eingesetzter Energie und Kälteleistung erzielt werden. ∂ B i l d e r : GEA-Happel Klimatechnik, Herne @ Internetinformationen: www.gea-happel.de ∂ Seit Sommer 2007 wird die IT-Zentrale bei Häcker-Küchen mithilfe eines Präzisionsklimagerätes mit Freikühlfunktion gekühlt. Bild: Häcker Küchen GmbH 24 IKZ-FACHPLANER · Heft 5 /2008
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∂ Die Präzisionsklimageräte der GEA-Baureihe „T-Range“ sind in verschiedenen<br />
Versionen und Leistungen erhältlich und eignen sich für Einsatzgebiete,<br />
in denen eine hohe Temperatur- und Feuchtigkeitskonstanz gewünscht ist.<br />
elektrische Leistung von bis<br />
zu 25 kW. Die resultierende<br />
Abwärme abzuführen war bis<br />
Sommer 2007 Aufgabe eines<br />
redundant ausgelegten Split-<br />
Systems. Die Kälte wurde über<br />
vier Kassetten-Geräte in den<br />
Raumecken im Umluftbetrieb<br />
an die Luft übergeben. Die jeweils<br />
diagonal gegenüberliegenden<br />
Kassettengeräte gehörten<br />
zu einem Kältekreis.<br />
Der Ausfall eines Kreises<br />
im vorigen Jahr zeigte, dass<br />
diese Anlagenkonfiguration<br />
keine Redundanz mehr bot.<br />
Die defekte Anlage wurde zunächst<br />
repariert, doch langfristig<br />
sollte eine andere Lösung<br />
her. Statt einen dritten<br />
Kältekreis zu installieren,<br />
wählten die Verantwortlichen<br />
eine neue, energiesparende<br />
Technik: ein Präzisionsklimagerät<br />
mit Freikühlung. Es<br />
kann am Standort in Westfalen<br />
zwei Drittel der Betriebszeit<br />
zur Deckung des Kühlbedarfs<br />
beitragen und so den<br />
durchschnittlichen Stromverbrauch<br />
des Kompressors deutlich<br />
senken. Die Mehrinvestition<br />
des Gerätes gegenüber einer<br />
Version ohne Freikühlung<br />
wird sich in weniger als drei<br />
Jahren rentiert haben.<br />
Seit Sommer 2007 kühlt ein<br />
GEA-Klimaschrank der Baureihe<br />
„T-Range Ambicool“ die<br />
IT-Zentrale. Er verfügt über<br />
zwei Verdichter in Twin-Anordnung.<br />
Bei Volllast arbeiten<br />
beide Kompressoren, bei Teillast<br />
liefert einer alleine bis zu<br />
60 % der Nennkälteleistung.<br />
Die Twin-Anordnung bietet<br />
eine interne Redundanz und<br />
ermöglicht außerdem einen<br />
niedrigen Einschaltstrom.<br />
Das neu installierte Präzisionsklimagerät<br />
kühlt die<br />
Luft auf etwa 12 °C herunter<br />
und führt sie dem Raum wieder<br />
zu. Die Regelung nutzt die<br />
Austrittstemperatur als Führungsgröße<br />
und stellt das Gerät<br />
so ein, dass sie auf +/-1 K<br />
eingehalten wird. Die relative<br />
Feuchtigkeit darf dabei lediglich<br />
im Bereich von +/-5 %<br />
schwanken. Die Regelung ist<br />
in die Gebäudeleittechnik eingebunden,<br />
sodass bei einer<br />
eventuellen Störung die als<br />
Reserve vorgehaltenen Split-<br />
Geräte automatisch in Betrieb<br />
gehen würden.<br />
Bester Wirkungsgrad im<br />
Teillastbetrieb<br />
Das verwendete Modell liefert<br />
maximal 33 kW Kühlleistung<br />
und ist somit um 25 %<br />
überdimensioniert. Das verschafft<br />
Häcker zum einen<br />
Spielraum für die weitere Installation<br />
von Servern und<br />
verringert andererseits die<br />
Betriebskosten. So erreichen<br />
die meisten Präzisionsklimageräte<br />
ihren besten Wirkungsgrad<br />
nicht bei Volllast, sondern<br />
oft bei zwei Drittel oder<br />
drei Viertel der Nennleistung.<br />
Auch um Redundanz zu schaffen,<br />
lohnt es sich, mehrere Geräte<br />
in Teillast zu betreiben.<br />
Bei einem sogenannten n+1-<br />
System steht darüber hinaus<br />
bei Störungen oder Wartungsarbeiten<br />
genügend Leistung<br />
bereit. Durch die geschickte<br />
Wahl des Betriebspunktes<br />
kann darüber hinaus im Normalbetrieb<br />
das bestmögliche<br />
Verhältnis aus eingesetzter<br />
Energie und Kälteleistung erzielt<br />
werden.<br />
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B i l d e r : GEA-Happel Klimatechnik,<br />
Herne<br />
@ Internetinformationen: <br />
www.gea-happel.de<br />
∂ Seit Sommer 2007 wird die IT-Zentrale bei Häcker-Küchen mithilfe eines Präzisionsklimagerätes mit Freikühlfunktion<br />
gekühlt. <br />
Bild: Häcker Küchen GmbH<br />
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