energieeffiziente rückkühlung in rechenzentren staffel 20/infrakon... · rechenzentrum usv 10%...

Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG / 18.02.2016 1

18. Februar 2016infraKon 2016 –Die InfrastrukTour

ReferentMarian KielpinskiVertriebsleiter DACHJAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeffiziente Rückkühlungin Rechenzentren


infraKon 2016Inhalt

> Allgemein

> Güntner Gruppe

> Übersicht der Rückkühltechnik

> Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum

> Ausgangssituation, IST Zustand

> Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine

> Freie Kühlung

> Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern

> Fallbeispiele

> Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)

> Optimierung der freien Kühlung

> Rechenzentrum ohne Kältemaschine 100% Freie Kühlung

> Fazit


JAEGGI Hybridtechnologie AGüber 85 Jahre Erfahrung

1929 JAEGGI Firmengründung in Bern, CH

1988Entwicklung des HybridenTrockenkühlersHTK

2003HybriderVerflüssiger HTVwird patentiert

2009Verlagerung des Hauptsitzes nach Basel, CH

1934Produktions-start von Kühlsystemen

1969 Erweiterung der Produktion in Boesingen

1948Expansion und Baueiner neuenProduktionshalle

1995Mitglied der Güntner Gruppe

2012Entwicklung des AdiabaticDry Cooler Hybrid Blue

2009Produktionsverlagerung nach Fürstenfeldbruck, Deutschland


Güntner Gruppe - Technologien

Pro

duct

sA

pplic

atio

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echn

olog

y


Vier Marken –eine starke Gruppe


> Rückkühltechnik im Überblick



Rückkühltechnik im Überblick

Kühlturm offen

Kühlturm geschlossen

HybridkühlerJAEGGI

„ADC“ KühlerJAEGGI

HydrosprayGüntner

Trockenkühler Güntner

TFluid =TFK+2K TFluid =TFK+3K TFluid =TFK+4K TFluid =TFK+5...8 K TFluid =TFK+5...8K TFluid =TTK+ 8...15K

Aufstellfläche100%

Aufstellfläche200%

Aufstellfläche300%

Aufstellfläche500%

Aufstellfläche500 … 600%

Photo: Hamon Photo: Evapco

TrockenBenetzt


Rückkühltechnik im Überblick

T=35°C / 33%Rh

Trocken=35°C

Feuchtkugel=22°C


Vorteile gegenüber Trockenkühlern:

> viel niedrigere Wassertemperaturen, KühlgrenzeFeuchtkugeltemperatur

> geringerer Stromverbrauch

> geringerer Platzbedarf

Vorteile gegenüber Kühltürmen:

> viel geringerer Wasserverbrauch

> schwadenfrei

> Keine Aerosolbildung (Legionellenemission, Hygienezertifikat)

> Keine Verschmutzung des Primärsystems

> deutlich leiser (keine Schalldämpfer)

Funktion und Vorteile des JAEGGI Hybridkühlers (HTK Hybrid High Performance ®)

Hybrider Trockenkühler HTK


Vorteile gegenüber Trockenkühlern:

> viel niedrigere Wassertemperaturen, KühlgrenzeFeuchtkugeltemperatur



Vorteile gegenüber Kühltürmen:

> viel geringerer Wasserverbrauch

> schwadenfrei

> Keine Aerosolbildung (Legionellenemission, Hygienezertifikat)

> Keine Verschmutzung des Primärsystems

> deutlich leiser (keine Schalldämpfer)

Funktion und Vorteile des JAEGGI ADC Advanced Dry Cooler

Adiabater Rückkühler ADC


> Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum



Ressourcenverbrauch imRechenzentrum

USV

10%

Luftverteilung

12%

Kühlung25%

IT Hardware50%

Netzteile/ Licht etc.

3%

Quelle: DENA; Leistung steigern, Kosten senken: Energieeffizienz im Rechenzentrum

ZIEL: PUE (Power Usage Effectiveness) so gering wie möglich


Klassische Kälteerzeugung

Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung

Energiezufuhr durch Verdichter der Kälteanlage, Pump en, Gebläse, …

Luftkühler

Verdampfer Verflüssiger

Rückkühler

20/15ºC Kaltwasser 32/27ºC Kühlwasser

1000 kW 1120 kW

Kältemaschine

120 kWWasser

Elektrische EnergieElektrische Energie

Elektrische Energie


Definition EER

Luftkühler

Verdampfer Verflüssiger

Rückkühler

.

0

brauchEnergieverer Elektrisch

ngKühlleistu

Aufwand

Nutzen

elektrP

QEER ===


Freie Kühlung

Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung

Luftkühler Rückkühler

20/15ºC Kaltwasser

1000 kW 1000 kW

Wasser

Elektrische Energie

Elektrische Energie


Empfehlungen gemässASHRAE


> Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine



Kältemaschinen -Kühlung

Kältemaschinen Kühlung:

> hohe Lufttemperaturen

> Effiziente Rückkühlung der Kältemaschine

> Energieeinsparung im Kältemaschinenbetrieb

> Wassereinsparung durch Hybride Trockenkühler




Cooling process in the log(p) - h diagram

Kälteprozess mit den Hauptkomponenten im log(p) - h Diagramm

Optimierung wassergekühlte Kältemaschine

Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Verflüssiger (1) und Verdampfer (3), umso kleiner ist der elektrische Energieverbrauch des Verdichters (2)

� Potential für Energieeinsparung in der Kältetechnik


4

5

6

7

8

9

10

25/30 27/32 30/35 34/42

En

erg

y E

ffic

ien

cy R

ati

o (

EE

R)

Kühlwassertemperaturen [°C]

bei Kaltwasser 20/15°C

Strom sparen an der Kältemaschine durch niedrigere

Verflüssigungstemperaturen: ca. 3% pro 1K

KKkW

kW

kWP

kWP

EER

EER

Elektr

Elektr

1

%3

5

%14

132

18

132)35/30(

114)30/25(

57.7)35/30(

77.8)30/25(

.

.

⇒≈

==

==


Leistungsaufnahme 1.000 kW Kältemaschine

Hybridkühler

Kühlleistung 1.150 kW Kühlwasser 32°C /27°CLufttemp. 34°C / 36%P el. 15 kW„EER“ >70

Kühlwassertemperatur < 35 °C nur durch Verdunstungsenergie

Bei Lufttemperatur > 34 °C mit 36% relativer Feuchte



> Freie Kühlung


Freie-Kühlung

Free Cooling:

> tiefe Lufttemperaturen

> Energieeinsparung durch ausgeschaltete Kältemaschine

> Wassereinsparung durch Hybride Trockenkühler


Freie Kühlung in Abhängigkeitder Kühlwassertemperatur

Hybridkühler

Kühlleistung 1.150 kW Kühlwasser 32°C /27°CLufttemp. 34°C / 36%Pel 15 kW„EER“ >70

0%

20%

40%

60%

80%

100%

11/6°C 14/9°C 17/12°C 20/15°C 23/18°C 26/21°C 29/24°C

Kältemaschinenbetrieb

Freie Kühlung benetzter Betrieb

Freie Kühlung Trockenbetrieb

TemperaturhäufigkeitStandort Stuttgart DIN


Verdunstungswassermenge in Abhängigkeit der Lufttemperatur

Rückkühlleistung 1.150 kW mit Kühlwasser 32/27 °C bei Tf = 22 °C:

Wasser- und Chemieeinsparung von ca. 80% durch den Einsatz von Hybridkühler gegenüber Kühlturm bei ganzjahres Betri eb (Rechenzentrum)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Ver

duns

tung

swas

serm

enge

m³/h

Lufttemperatur

Vergleich der Verdunstungswassermenge Kühlturm - Hybridkühler

Temperaturhäufigkeit Standort Stuttgart

Hybridkühler

Kühlturm


Die vier Betriebsarten

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Stu

nd

en

pro

Ja

hr

Lufttemperatur°C

Freie Kühlung trocken Freie Kühlung benetzt trocken benetzt

3814

1782

598

2566


Regelungsstrategie von Hybridkühlern

Kühlleistung: 6.120 kWKühlwasser: 36°C / 30°CLuftzustand: 33°C / 38% rF

Vier Hybride Trockenkühler

34°C28°C

Regelgröße (28°C)

Anstieg der Lufttemperatur / KühllastRegelung Ventilatordrehzahl bis 100%Sequentielle Benetzung

Lastabhängige Benetzung / Verdunstung


> Fallbeispiele



Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz

Wasser � ��°�� , ��

�∙�

Wasser/ Glykol (76/34) � � ��°� � �, ��

�∙�∆� � ��%

Quelle: http://www.schickgruppe.net/wp-content/uploads/2014/05/Merkblatt-Antifrogen-N_Februar_2014.pdf 01.02.16


Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz

The Beauty … …and the Beast


ErforderlicheSchutzmassnahmen

- Zu-/ Abluft Jalousieklappen

- Wintervorhänge

- Mindestleistung im Notbetrieb

- Permanente Umwälzung


100% Wasser ohneKältemaschineHybride Trockenkühler bei “Equinix AM3” - Amsterdam, Nie derlande

Compressorless Datacenter Kühlung mit ATES

Kühlertyp: 4 x HTK 3.24/10.9 (phase I)

Kühlleistung: 11‘258 kW

Kühlmedium: 0% Glykol, 100% WasserMedium Temp: 32/ 9 °C

Aufstellfläche mit: 11 m x 3 m(4.9 m Höhe)

Betriebsgewicht pro Kühler: 18,961 kg


Aquifer Thermal Energy Storage (ATES)

Wärmequelle

20°C 15°C

13°C

18°C

Wärmespeicher


Aquifer Thermal Energy Storage (ATES)


100% Wasser System

JAEGGI Hybrid Trockenkühler HTK 3.24/10.9

> -16 – 1.5°C Abkühlen des ATES1151 Stunden / Jahr

> 1.5 - 14°C Freie Kühlung5982 Stunden / Jahr

> 14 - 25°C Vorkühlung mit Kältemaschine

> >25°C reiner ATES Betrieb

> Ausgeglichener Verbrauch / Regeneration des ATES über das Jahr


Gleitende Freie Kühlung

Hybride Trockenkühler in Deutschlands grösstem Rech encenter

Environment friendly and efficient cooling

Kühlertyp: 18 x HTK 1.8/10.9

Kühlleistung: 21.42 MW

Kühlmedium: 34% Glykol/ 66% Wasser

Medium temp: 36°C / 30°C


Gleitende Freie Kühlung

JAEGGI Hybrid Trockenkühler HTK 1.8/10.9

> 3400 h/a freie Kühlung (trocken) ohne KM bei 19/14°C

> 1450 h/a freie Kühlung (benetzt) ohne KM 19/14°C

> 3100 h/a gleitende freie Kühlung mit KM bis 24/21°C

fast 8000 Stunden/Jahr ohne alleinigen Einsatz der KM

> Reiner KM-Betrieb mit 32/26°C Kühlwassertemperaturen

Effizienter KM Betrieb


100% Freie Kühlung

Hybrid Dry Coolers at “Swisscom” - Bern, Switzerland

Compressorless Datacenter Cooling

Kühlertyp: 8 x HTK 1.8/7.8

Kühlleistung: 6‘000 kW

Kühlmedium: 34% Glykol, 66% WasserMedium Temp: 35/ 25 °C

Aufstellfläche: 3.5 m x 2 m(3.2 m Hähe)

Betriebsgewicht: 7,345 kg


100% Freie Kühlung

System ohne Kältemaschine:

> Reine Freie Kühlung 8760h

> Redundante Kühler

> Grosser Regenwassertank

> Redundante Benetzungswasser-versorgung (Regenwasser/ UO)

> Effiziente Plattenwärmetauscher


Referenz TIER IV

JAEGGI Hybride Trockenkühler HTK 1.8/7.8

> 8760 Stunden Free Cooling!

> Leistungstest auf dem Prüfstand zur Überprüfung der spezifizierten Leistungen.

> Akustische Messungen zur Überprüfung der Schalldaten


FazitMinimaler Energie- und Wasserverbrauch

> Maximiert die Freikühlleistung> Durch hohe Lufttemperaturen in den Rechenzentren (ASHRAE 2011)

> Durch niedrige Umgebungstemperaturen am Standort

> Energieeinsparung von bis zu 93% und mehr> Mit Systemen ohne Kältemaschine

> Durch optimierte Mess- und Regeltechnologie

> Höchstmögliche Kaltwasser-Temperatur> Durch hocheffiziente Wärmeübertrager in den Rechenzentren (Rear door heat exchanger)

> Durch große Wärmeübertragerflächen

> Wassereinsparung> Durch Hybride Trockenkühler mit vielen Betriebsstunden im Trockenbetrieb


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