Deltaclima CoolWall - PowerBuilding

WEISS KLIMATECHNIK 

Energieeffiziente Klimasysteme 

Theorie und Praxis der Rechenzentrumsklimatisierung

THEORIE und PRAXIS 

Theorie: 

Wenn man alles WEISS aber 

nichts funktioniert! 

Praxis: 

Wenn alles funktioniert und 

keiner WEISS warum! 

Februar 2012 © by WEISS Klimatechnik GmbH 

2

WEISS Group - Who we are 

Business Units 

Weiss Environmental Simulation 

Weiss Air Solutions 

Hersteller von Prüfgeräten und 

Anlagen zur Simulation von 

Umwelteinflüssen sowie zur 

Wärmebehandlung und 

Trocknung 


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WEISS - Produkt Portfolio 

- Temperatur und Klimaprüfanlagen 

- Korrosion- und Bewitterungsequipment 

- Vibration Testkammern 

- Vacuum Prüfanlagen 

- Staub und Spritzwasser 

- Pflanzenwuchsschränke 

- Stabilitätsprüfungen von Pharmazeutischen 

Erzeugnissen …. 

Klimaprüfschrank 

Fahrzeug-Prüfkammer 

Temp.- und Klimakammer 


4


Mediclean ® 

Systemlösungen für alle Bereiche im 

Krankenhaus 

- Hygiene-Kompaktgeräte 

- Hygiene-Systemgeräte 

- OP-Decken 

- Umluftmodule 

- Medienbrücken 

Ultraclean ® / Ultraconstant 

Lösungen und Komponenten für alle 

Reinraumanwendungen und Prüfräume 

- kpl. Reinraumsysteme 

- lokale Reinräume 

- mobile Reinraum-Container 

- Filter Fan Module 

- Minienvironments 


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Deltaclima ® 

Deltachiller ® 

Deltaclima CoolWall ® 

Deltaclima mini ® 

Deltaclima smart ® 

Telco Line ® 

Dataclima ® 

Uniclima ® 

Energieeffiziente Klimatisierung für die Informationstechnologie und Telekommunikation 

Kompakt-Klimageräte von direkter Kühlung bis zur kompletten Mission Critical Solution 


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Weiss Air Solutions in Deutschland 

Hude 

Oberhausen 

Hannover 

Stammhaus 

Niederlassungen der 

Weiss Air Solutions 

Weiss GWE 

Gießen 

Leipzig 

BDK Luft- u. Reinraumtechnik 

Stuttgart 

Nürnberg 

Freiburg 

Sonnenbühl 

München 


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ENERGY-EFFICIENT AIR-CONDITIONING SYSTEMS 

Zum Thema….. 


8

GRUNDLAGEN 

Begriffsbestimmung der Temperaturen 

∆t ist die Differenz zwischen 

Rücklufttemperatur und 

Zulufttemperatur 

Rücklufttemperatur 

Die Rücklufttemperatur ist 

abhängig von der 

Rückluftführung 

Raumtemperatur 

∆t 

Freier Ansaug mit und ohne 

Ansaugplenum 

- Rückluftdecke 

- Trennwand zwischen Raum 

und Klimaspange 

Zulufttemperatur 

Raumtemperatur ist nicht die 

Rücklufttemperatur 


9

GRUNDLAGEN 

Temperaturdifferenz 

∆t = 

Q k 

V x ρ x c 

Q K - Kühlleistung 

V - Luftmenge 

ρ - Luftdichte 

c - spez. Wärmekap. 

Je höher die Rücklufttemperatur ist um so höher wird die 

Wirtschaftlichkeit der Klimatechnik 

- Kühlwassertemperaturen können steigen 

(mehr freie Kühlung) 

- Luftmenge kann reduziert werden 

(Einsparung an Ventilatorleistung) 

zu niedrige 

Zulufttemperatur: 

geringerer Freikühlanteil 

höhere latente 

Kälteleistung 

niedrige 

Verdampfungstemperatur 


10

GRUNDLAGEN 

Ventilatorgesetz 

kW 2 = 

kW 1 x 

Vol 2 

Vol 1 

3 

(U Min ~ Vol) 

kW 2 

Motorleistung neu 

kW 1 

Motorleistung alt 

Vol 2 

Luftmenge neu 

Vol 1 

Luftmenge alt 

Diese Formel beschreibt die Abhängigkeit der Motorleistung von der 

Luftmenge. 

Die Motorleistung steigt oder fällt in der 3.Potenz zur Luftmenge! 

Verdoppelt sich die Luftmenge, verachtfach sich die Motorleistung 

Halbiert sich die Luftmenge, reduziert sich die Motorleistung auch um 

das achtfache! 


11

ANWENDUNG 

Berechnungsbeispiel Ventilatorgesetz: 

1 in Betrieb, 1 stand by 2 in abgesenktem Betrieb 

4,2kW 

0kW 

0,8kW 

0,8kW 

4,1kW bei 33.000m³/h 1,6kW bei 33.000m³/h 

75% Energieeinsparung 

EINSCHALTEN der Redundanzgeräte 

Das Ventilatorgesetz 

ermöglicht eine 

Energieeinsparung 

von 75% beim 

Betrieb von beiden 

Geräten mit jeweils 

reduzierter 

Luftmenge. Die 

Gesamtluftmenge 

und Kühlleistung 

bleibt gleich. 

Im Havariefall 

übernimmt das 

verbleibende Gerät 

die Kühlung durch 

Hochfahren der 

Ventilatordrehzahl 

auf 100% 


12

Ventilatorleistung 


bei gemischter Rackaufstellung 

bei Kalt- /Warmzonen 

2 x ULK 

p stat 

Lochplatten 

Druckboden +25Pa 

Bei running redundancy 

Ventilatorleistung @ 33.000m³/h = 1,6kW 


13

Statischer Druck / dynamischer Druck: 

2 x ULK 

p dyn 

p 

p stat 

ges 

Druckboden mind. +25Pa 

Die Verhältnisse in einem 

Druckboden sind mit einem 

Luftballon zu vergleichen, 

welcher aufgeblasen wird. 

Nur dieser Zustand zeichnet 

einen Druckboden aus; d.h. 

der Boden muss dicht wie ein 

Luftballon sein! Sonst wird 

sich kein Überdruck 

einstellen. Ein Loch im Ballon 

entspricht der Lüftungsplatte 

im Druckboden. 

p dyn 

p stat 

Doppelboden 

p ges 


14



bei eingehaustem / teileingehaustem Kaltgang 

mit dynamischer Lastanpassung 

Temp 

Temp 

2 x ULK 

p stat 

Gitterroste 


bei reduziertem Doppelbodendruck 

Ventilatorleistung @ 33.000m³/h = 1,2kW 


15

Doppelboden 

Leckluft 

Beispiel Rechenzentrum 

12m x 12m = 144m² 

20 x 20 = 400 Doppelbodenplatten 

Pro Platte (0,6m x 0,6m) 

Kantenlänge = 2,4m 


Gesamte Kantenlänge = 960m !!! 

Ohne sonstige Bohrungen, 

Öffnungen, Bürstensysteme etc. 


16

ULK 



bei eingehaustem / teileingehaustem Kaltgang 

mit dynamischer Lastanpassung 

Temp 

Temp 

p stat 

Gitterroste 


und geringerer Leckluftrate 

Ventilatorleistung @ 28.000m³/h = 0,8kW (weitere 50%) !!! 


17

ENERGY-EFFICIENT AIR-CONDITIONING SYSTEMS 

Welche Temperatur ist die Richtige???….. 


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2011 AND 2008 THERMAL GUIDELINE COMPARISONS (MODIFIED) 

Classes 

IT Equipment 

Environmental Control 

2011 2008 Applications 

Server: Server: Storage Personal 

Tightly 

Workstations 

Enterprise Volume Products Computers 

Controlled 

Some Control 

A B C D E F G H I J 

A1 1 Datacenter X X X 

A2 2 Datacenter X X X X X 

A3 N/A Datacenter X X X X X 

A4 N/A Datacenter X X X X X 

B 3 office, home etc. 

C 4 industrial etc. 

2011 THERMAL GUIDELINES - CELSIUS (MODIFIED) 

Equipment Environment Specifications 

DataCenter 

Dry- Bulb 

Humidity Range, non- Condensing 

Maximum 

Class Low High Low 

High 

Dew Point Rate of Change 

Recommended 

A1 To A4 18°C 27°C 5.5°C DP 60% RH 15°C DP 

Allowable 

A1 15°C 32°C 20% RH 80% RH 

17.0 5/20 

A2 10°C 35°C 20% RH 80% RH 

21.0 5/20 

A3 5°C 40°C -12°C DP 8% RH 85% RH 

24.0 5/20 

A4 5°C 45°C -12°C DP 8% RH 90% RH 

24.0 5/20 


19

Möglichkeiten: 

• DIREKTE FREIE KÜHLUNG 


20

DIREKTE FREIE KÜHLUNG 

Physikalische Vorteile der direkten freien Kühlung 

Anzahl Stunden [h/a] 

400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

35 

32 

29 

26 

23 

20 

17 

14 

11 

8 

5 

2 

Außentemperatur [°C] 

DIN 4710, Außenlufttemperaturen (München) 

- während ca. 7.000 Stunden pro Jahr


AU 

Kombination aus direkter freier Kühlung und Umluftkühlung (DX oder CW) 

USV 

AB 

ZU 

Externe Kälteversorgung CW oder Kondensator bei DX 


22 

FO 

Die physikalisch bzw. 

energetisch beste 

Lösung lässt sich mit der 

dargestellten 

Kombination erreichen. 

Es gibt zwei 

Einsatzmöglichkeiten 

dieser Variante: 

Ganzjährige direkte freie 

Kühlung zur energetisch 

günstigen Kühlung 

Notkühlung durch 

Außenluft bei Ausfall der 

externen 

Kälteerzeugung bzw. der 

Netzversorgung nur 

USV- Versorgung des 

Ventilators nötig


deltaclima mit Energieeinsparung durch DIREKTE FREIE KÜHLUNG 

deltaclima ® -FreeCooling 

Voraussetzungen: 

Außenwand von Vorteil 

Keine Sauerstoffreduktionsanlage 

Großes Feuchtefenster (20 – 80% r.F.) 


23


Energievergleich mit RZ 180kW bei 22°C (30°C) Zuluft und 35°C(43°C) Rückluft: 

900.000 € 

800.000 € 

700.000 € 

LifeCycleCosts [€] 

600.000 € 

500.000 € 

400.000 € 

300.000 € 

200.000 € 

100.000 € 

0 € 

deltaclima DX deltaclima DX-ESC deltaclima DX-ESC-FC 

(22°C) 

deltaclima DX-ESC-FC 

(30°C) 

Anlage Typ 

Energiekosten pro Jahr 

Energiekosten in 10 Jahren 

physik. Einsparpotential 

Anlagen-COP 

1 2 3 3 

82.266 € 39.896 € 9.188 € 5.415 € 

822.660 € 398.960 € 91.880 € 54.150 € 

- € 423.700 € 730.780 € 768.510 € 

3,0 6,0 26,0 44,0 

Stromkosten 0,15€/kWh 


24



25



26


Außenluftansaugung 


27


Fortluftöffnung über Dachhaube 


28


Quelle: DELL 


29


Quelle: DELL 


30

Möglichkeiten: 

• DIREKTE FREIE KÜHLUNG 

• NEUE INNOVATIVE KONZEPTE 


31


Wärmetauscherfläche optimiert 

Kühlerwand 

Filter 

Seitenansicht RZ 


32



33



34


Ausgangssituation: 

Ausbau von RZ-Flächen mit jeweils ca. 200 m² in 2013, 

Wärmelast pro Modul ca. 1,5 kW/m² = 320 kW 

Anbindung an das Kaltwasser über zwei Versorgungen 

4 Rohrleitungen im Doppelboden 

Betriebsbedingungen: 

Rückluft: 29 °C / 30 % r.F. 

Wasser: VL18 °C (Brunnenwasser, Systemtrennung) 

Externe Pressung: 50 Pa 

Filterklasse: G4 

Redundanz: 2N+2 

Sequenzbetrieb 

Notbetrieb 


35


Layout Variante - ULK 

Konfiguration: 

2 x 4 x ULK mit je 2 x Ventilatoren (Redundanz 3+1) 

Nettokühlleistung = 2 x 158 kW 

Leistungsaufnahme = 2 x 15,2 kW 

Keine Erweiterung mehr möglich 

NACHTEILE / PROBLEME 

1. Erweiterbarkeit ? 

2. Wartungsfreiraum min. 800 mm vor den 

Geräten, Ventilatorwechsel ? 

3. Zu wenig Platz für Verrohrung und 

zusätzl. Luftwiderstand 


36


Layout Variante I - CoolWall 

Variante I: 

2 x 3 x CoolWall-Module mit jeweils 2 x Ventilatoren (Running Redundancy 2+1) 



Erweiterung möglich 


37


Energetischer Vergleich 

STULZ 

WEISS 

ULK 

Baureihe 

ASD 1350 CWU CoolWall 300.4 CW [1] 

Redundanz ST 6+2 4+2 

Geräte in Betrieb ST 8 6 

Ventilatoranzahl pro Gerät ST 2 2 

Kühlleistung kW 41,7 54,7 

Kühlleistung, ges. kW 333,6 328,2 

Luftmenge m³/h 19.000 21.500 

Luftmenge, ges. m³/h 152.000 129.000 

Leistungsaufnahme kW 1,90 1,95 

Leistungsaufnahme, ges. kW 15,20 11,70 

Nutzkühlleistung, ges. kW 318 317 

Nutzkühlleistung, spez. kW/m² 1,59 1,59 

Energieverbrauch kWh/Jahr 133.152 102.492 

Energiekosten @ 15 Cent/kWh €/Jahr 19.973,00 15.374,00 

 

Einsparung pro Raum €/Jahr -4.599,00 

-23% 

Bei Auslegung der CoolWall auf gleiche Nutzkühlleistung können 23 % der Energiekosten 

gegenüber Umluftklimageräten eingespart werden 


38


Layout Variante II - CoolWall 

Variante II: 




Erweiterung möglich 


39



STULZ 

WEISS 

WEISS 

ULK 

Baureihe 

ASD 1350 CWU CoolWall 300.4 CW [1] CoolWall 300.4 CW [2] 

Redundanz ST 6+2 4+2 6+2 

Geräte in Betrieb ST 8 6 8 

Ventilatoranzahl pro Gerät ST 2 2 2 

Kühlleistung kW 41,7 54,7 40,9 

Kühlleistung, ges. kW 333,6 328,2 327,2 

Luftmenge m³/h 19.000 21.500 17.800 

Luftmenge, ges. m³/h 152.000 129.000 142.400 

Leistungsaufnahme kW 1,90 1,95 1,24 

Leistungsaufnahme, ges. kW 15,20 11,70 9,92 

Nutzkühlleistung, ges. kW 318 317 317 

Nutzkühlleistung, spez. kW/m² 1,59 1,59 1,59 

Energieverbrauch kWh/Jahr 133.152 102.492 86.899 

Energiekosten @ 15 Cent/kWh €/Jahr 19.973,00 15.374,00 13.035,00 

Einsparung pro Raum €/Jahr -4.599,00 -6.938,00 

-23% -35% 

 

Mit mittlerer CoolWall- Bestückung können 35 % der Energiekosten gegenüber 

Umluftklimageräten eingespart werden 


40


Layout Variante III - CoolWall 

Variante III: 



Leistungsaufnahme = 2 x 7 kW 


41



STULZ 

WEISS 

WEISS 

WEISS 

Baureihe 

ASD 1350 ULKCWU 

CoolWall 300.4 CW [1] CoolWall 300.4 CW [2] CoolWall 300.4 CW [3] 

Redundanz ST 6+2 4+2 6+2 8+2 

Geräte in Betrieb ST 8 6 8 10 

Ventilatoranzahl pro Gerät ST 2 2 2 2 

Kühlleistung kW 41,7 54,7 40,9 32,5 

Kühlleistung, ges. kW 333,6 328,2 327,2 325,0 

Luftmenge m³/h 19.000 21.500 17.800 17.800 

Luftmenge, ges. m³/h 152.000 129.000 142.400 178.000 

Leistungsaufnahme kW 1,90 1,95 1,24 0,70 

Leistungsaufnahme, ges. kW 15,20 11,70 9,92 7,00 

Nutzkühlleistung, ges. kW 318 317 317 318 

Nutzkühlleistung, spez. kW/m² 1,59 1,59 1,59 1,59 

Energieverbrauch kWh/Jahr 133.152 102.492 86.899 61.320 

Energiekosten @ 15 Cent/kWh €/Jahr 19.973,00 15.374,00 13.035,00 9.198,00 

Einsparung pro Raum €/Jahr -4.599,00 -6.938,00 -10.854,00 

-23% -35% -54% 

 

Mit max. CoolWall- Bestückung können 54 % der Energiekosten gegenüber Umluftklimageräten 

eingespart werden 


42


Total Cost of Ownership (TCO) 

350.000 

300.000 

250.000 

Kosten [EUR] 

200.000 

150.000 

100.000 

50.000 

0 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Zeit [Jahr] 

STULZ 

ASD 

ULK1350 

CWU 

WEISS 

CoolWall 300.4 CW [1] 

WEISS 


WEISS 



43


Total Cost of Ownership (TCO) 

350.000 

300.000 

250.000 

Vergleich mit €0,-- 

Invest für ULK-Variante 

Kosten [EUR] 

200.000 

150.000 

100.000 

50.000 

0 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Zeit [Jahr] 

STULZ 

ASD 

ULK1350 

CWU 

WEISS 


WEISS 


WEISS 



44



45


Maximal abführbare Leistung bei gleichen Betriebsbedingungen 

Variante Ansaug Wasser Ventilatorleistung pro Spange Gesamt Differenz 

[kW] [kW] [kW] 

8 x CoolWall 36 236 472 48% 

29°C/30%r.F. 18°C / 25°C 

10 x CoolWall 45 295 590 84% 

Maximal abführbare Leistung bei gleichen Betriebsbedingungen und Ventilatorleistung 

Variante Ansaug Wasser Ventilatorleistung pro Spange Gesamt Differenz 

[kW] [kW] [kW] 

8 x CoolWall 30,4 225 450 41% 

29°C/30%r.F. 18°C / 25°C 

10 x CoolWall 30,4 265 530 66% 

Mit den Varianten CoolWall können bis zu 66% mehr Serverabwärme aus der Raum abgeführt 

werden, bei gleicher Anschlußleistung!! 


46


-54% 

+84% 


47

Thermische Verhältnisse verschiedener Server 

„Pizza“-Server 

Blade-Server 

25° 

40° 

25° 

50° 

∆T15K@220m³/h 

∆T25K@130m³/h 

Steigende Ansaugtemperaturen bewirken höhere Austrittstemperaturen 

Bei geschlossenen Kaltgängen bedingt dies „Raumtemperaturen“ von über 40°- 50°C !!! 

IST DAS MÖGLICH ??? 


48


Kaltraumkonzept 

Filter 

Kühlerwand 

Seitenansicht RZ 


49


CoolWall mit Warmgangeinhausung 

KALTRAUM 

25°C 

WARMGANG 

35°C 

KALTRAUM 

25°C 

Saugboden 


50


Technische Ausstattung 

Gehäuse mit geschweißtem Grundrahmen und perforierter 

Frontfläche 

Großflächiger Wärmetauscher mit Hochleistungslamellen 

Filterzellen G4 aus synthetischem Faservliesstoff mit 

umlaufender Dichtung reinluftseitig 

Edelstahl-Kondensatwanne 

Regelkugelventil inkl. Stellantrieb mit Handverstellung 

Entleerungshahn, Entlüftungsventil 

Edelstahl-Kondensatwanne 

Regler pcs+ compact mit Built-in-Display 

Einfache Wartung und allseitige Zugänglichkeit! 


51


Technische Ausstattung 

 

 

 

 

 

EC-Ventilator mit Kunststoff-Laufrad 

Optimierte Geometrie der Laufräder mit abgerundeten Konturen 

=> hohe Luftleistung, verbesserte Wirkungsgrade, sehr gute Akustik 

Lüftereinheit mit Tragspinne, Düsenplatte und Schutzgitter 

Netz- und Steuerleitung mit Steckverbindern => einfacher Lüfterwechsel nach oben 

Gitterrost 900 x 900 x 40 mm (optional) 


52


Weitere Konfigurationen (Auszug) 

CoolWall 


Racks 

Racks 

Racks 

Racks 

Draufsicht RZ 


53




Racks 

Racks 

Racks 

Racks 

Racks 

Racks 

Racks 

Racks 


Draufsicht RZ 


54



Racks 


Racks 

Racks 

Racks 

Draufsicht RZ 


55



56



57



58



59



60


VORTEILE 

• Großflächige Kühlerflächen im Raum 

• Modulare und flexible Aufteilung der Kühlflächen 

• Nachträgliche Erweiterung leicht möglich 

• Volle Ausnutzung der Kühlflächen 

• Geringe Kosten, da keine Klimaschränke 

• Installationsaufwand nicht größer 

• Warm- oder Kaltraumlösung möglich 

• Gute Skalierbarkeit 

• Hohe spez. Kühlleistung 

• Kombinierbar mit direkter freier Kühlung 

• Innovatives Konzept 


61

Weiss Klimatechnik GmbH 

Greizer Straße 41-49 

35447 Reiskirchen ¬ Deutschland 

T +49 6408 846500 

F +49 6408 848720 

www.wkt.com 

ict@wkt.com 


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Deltaclima CoolWall - PowerBuilding

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