Effiziente Kühl- und Klimalösungen für Rechenzentren

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Effiziente KühlKühl- und Klimalösungen
für Rechenzentren
Filderstadt, 18.04.2013
Dipl.-Ing. (FH) Markus Betz
© Copyright cci Dialog GmbH
1
Inhalt
Unternehmensprofil
Energie & Effizienz
Physikalische Grundlagen
Lösungen
Zusammenfassung
2
Unternehmensprofil
Energie & Effizienz
Lösungen
Zusammenfassung
3
Dipl.-Ing. (FH) Markus Betz, Bereichsleiter Rechenzentren
4
45 Mitarbeiter
Karlsruhe
25
Stuttgart-Leinfelden 20
5
6
Leistungsbereiche
Energie-Effizienz
Gebäudetechnik
Hightech-Facilities
Rechenzentren
Referenzen Rechenzentren
7
Unternehmensprofil
Energie & Effizienz
Lösungen
Zusammenfassung
8
Effizienz?
9
Strompreis
Verzehnfachung!
10
11
Energieverbrauch im Rechenzentrum
Beleuchtung + Sonstiges
ELT-Verluste
Kühlung + Klimatisierung
IT-Last
Standard
KlimaOptimierung
GesamtOptimierung
12
ELT-Verluste
IT-Last
Standard
KlimaOptimierung
GesamtOptimierung
13
ELT-Verluste
IT-Last
Standard
KlimaOptimierung
GesamtOptimierung
14
Energiekonzept – Jahresgesamtkosten-Berechnung
Varianten Kälteerzeugung
Jahresgesamtkosten
1.600.000 €
verbrauchsgebundene Kosten
1.600.000 €
1.400.000 €
betriebsgebundene Kosten
1.400.000 €
kapitalgebundene Kosten
1.200.000 €
1.200.000 €
Schwankung bei Strompreissteigerung 3% - 6%
1.000.000 €
1.000.000 €
800.000 €
800.000 €
600.000 €
600.000 €
400.000 €
400.000 €
200.000 €
200.000 €
0€
0€
-200.000 €
-200.000 €
1
C
2
SCF
3
QA
4
QAF
5
QWF
6
GD
Variante
7
QAG
8
QWFG
9
AKE
10
AKW
11
AKB
Energiekonzept – dynamische Barwertberechnung
15
Klimakonzept
16
Störfallsimulation
17
Unternehmensprofil
Energie & Effizienz
Lösungen
Zusammenfassung
18
19
Temperatur und Feuchte
18
27
32
45
20
Volumenstrom und Leistungsbedarf
3
Pel ~ V
90% V ≈ 73% Pel
80% V ≈ 51% Pel
50% V ≈ 13% Pel
Volumenstrom und Leistungsbedarf
Beispiel aus der Praxis
• Rechenzentrum-Neubau 2008, ca. 6 Monate in Betrieb
• 5 IT-Räume, je ca. 850 m² = gesamt 4.250 m² RZ-Fläche
• Pro IT-Raum max. 1.500 kW Server-Kühllast, gesamt 7.500 kW
• Pro IT-Raum 22 Klimaschränke, gesamt 110 Klimaschränke
Optimierung ausschließlich durch Veränderung regelungstechnischer
Parameter:
⇒ Reduzierung des elektrischen Leistungsbedarfs: ca. 85 kW
(x 365 d/a x 24 h/d)
⇒ Elektrische Energieeinsparung: ca. 750.000 kWh/Jahr
⇒ Energiekosteneinsparung: ca. 90.000 €/Jahr (mit 12 Ct/kWh)
21
Unternehmensprofil
Energie & Effizienz
Lösungen
Zusammenfassung
22
Grundsätzlich:
Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit stehen an oberster Stelle!
Zulässige Temperaturen ausnützen (abzgl. Sicherheitsreserve)
Zulässiges Luftfeuchteband ausnützen (+ effiziente Befeuchtung)
Außenluftvolumenstrom minimieren
23
Verbraucherseite
24
25
Effizientes Klimatisierungskonzept: Kaltgangeinhausung
hohe Zulufttemperatur
höhere Kaltwassertemperaturen
längere Betriebszeit der
Freien Kühlung / geringere
mechanische Kältearbeit
geringerer Energiebedarf
Kälteerzeugung
automatische Anpassung des
Luftvolumenstroms
(z.B. Doppelboden-Differenzdruckregelung)
geringerer Ventilatorenergiebedarf
hohe Temperaturspreizung
Zuluft – Abluft
geringerer Luftvolumenstrom
geringerer Ventilatorenergiebedarf
höhere Temperaturspreizung
Kaltwasser
geringerer Wasservolumenstrom
geringerer Pumpenenergiebedarf
26
Geschlossene Racks & wassergekühlte Racks
geschlossenes Rack
Zuluftversorgung des Racks
direkt aus dem Doppelboden
einfach und effektiv
bis ~ 5 kW/Rack
direkt wassergekühltes Rack
integrierter Wasser-Luft-Wärmetauscher
integrierte Ventilatoren
bis ~ 20 kW/Rack und höher
Quelle: Stulz
Effiziente Luftkühlung und Luftförderung
Ventilatoren im Doppelboden
große Kühlregisterfläche
große Filterfläche
geringe Druckdifferenzen
Automatische Anpassung des
Luftvolumenstroms:
Doppelboden-Druckregelung
effiziente EC-Ventilatoren
geringe Kaltwasser-Druckverluste
Quelle: Stulz
27
Erzeugerseite
28
29
Effiziente Kälteerzeugung – luftgekühlt
indirekte Freie Kühlung
geregelte und effiziente Verdichter
(z.B. Schraubenverdichter mit FU,
magnetgelagerter Turboverdichter)
effiziente (EC-)Ventilatoren
große Kondensatorfläche
Quelle: Stulz
große Freikühlfläche
30
Effiziente Kälteerzeugung – wassergekühlt
indirekte Freie Kühlung
geregelte und effiziente Verdichter
(z.B. magnetgelagerter Turboverdichter,
Schraubenverdichter mit FU)
große Verdampferfläche
große Kondensatorfläche
Rückkühlung sehr wichtiger Aspekt!
Quelle: Cofely Refrigeration
31
Indirekte Freie Kühlung
< 22°C AT (92,8%): 100% Freie Kühlung
> 22°C bis < 30°C AT (6,7%): Mischbetrieb
Freie Kühlung + mechanische Kälte
> 30°C AT (0,5%): 100% mechanische Kälte
(25°C Zuluft, 37°C Abluft,
Wetterdaten DIN 4710 Mannheim)
Quelle: Kyoto Cooling
32
Indirekte Freie Kühlung + Adiabatische Kühlung
Kühlleistung: ca. 220 kW
Luftvolumenstrom: ca. 48.000 m³/h
LxBxH: ca. 14 m x 4 m x 4,5 m
Quelle: Robatherm
33
Indirekte Freie Kühlung + Adiabatische Kühlung
< 18°C Außenlufttemperatur: 100% indirekte Freie Kühlung
> 18°C bis < 27°C Außenlufttemperatur: 100% adiabatische Kühlung
> 27°C (ca. 3% der Jahreszeit): Mischbetrieb adiabatische Kühlung + mechanische
Kälteerzeugung
Quelle: Hoval
34
Direkte Außenluft-Freikühlung
Quelle: Stulz
je nach Außenlufttemperatur:
o 100% Freie Kühlung
o Mischbetrieb Freie Kühlung +
mechanische Kälte
o 100% mechanische Kälte
Luftfeuchte beachten:
bei niedrigen Außenluftfeuchten
(im Winter) Befeuchtung erforderlich
35
Direkte Außenluft-Freikühlung
Container-Rechenzentrum
2 x (230 kWk / 28 m²) = 8,2 kW/m², n+1 (3+1)
< 25°C AT (96,5%): 100% Freie Kühlung
pPUE(Kälte/Klima IT) = 1,06
TCO(Kälte/Klima) = 70% von „Standard-RZ“
> 25°C AT (3,5%): 100% mechanische Kälte
Quelle: T.P.I.
36
Gesamtenergieoptimierung: Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
(9,5 MWhel + 34 MWhel) x
145 €/MWhel = 6.308 €
100 MWhGas x
40 €/MWhGas = 4.000 €
37
Gesamtenergieoptimierung: Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
mit
2,5%
Darlehenszins
18%
Rendite!
Unternehmensprofil
Energie & Effizienz
Lösungen
Zusammenfassung
38
In acht Schritten zur effizienten Lösung
Energie- und Klimakonzept mit Variantenvergleich
und Wirtschaftlichkeitsberechnung / Masterplan
Luftführung optimieren
Temperaturen anheben
Luftkühlung und Luftförderung optimieren
ggf. Freie Kühlung
Kälteerzeugung optimieren
Gesamtenergetische Maßnahmen betrachten
Monitoring und kontinuierliche Verbesserung
39
Es gibt eine Vielzahl
von Möglichkeiten,
die optimale Lösung
muss für jedes Rechenzentrum
individuell gefunden werden.
40
41
„I`m still confused,
but on a higher level!“
(Churchill)
Vielen Dank
für Ihre Aufmerksamkeit!
42
Dipl.-Ing. (FH) Markus Betz, Bereichsleiter Rechenzentren
43

Effiziente Kühl- und Klimalösungen für Rechenzentren

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