Ausgezeichnete
Data Center-Klimatisierung

Einsatz von Erdspeichern und Hybriden Trockenkühlern

Die Kühlung macht typischerweise mit 25 % nach der Hardware den zweitgrößten Energieverbraucher in neueren Rechenzentren aus, in älteren ist der Prozentsatz noch höher. Hier steckt also ein erhebliches Potential für Energieeinsparung. Equinix AM3 Amsterdam hat mit einem innovativen Konzept, das auf 100 % Wasser – ganz ohne Chemie/Biozide –, geothermische Aquiferspeicher und Hybride Trockenkühler setzt, den Green Data Center Award 2012 gewonnen.

Mit mehr als 95 IBX Rechenzentren in 31 Wirtschaftszentren gehört Platform Equinix zu den führenden Rechenzentrums-Dienstleistern weltweit und verbindet auf der ganzen Welt mehr als 4400 Kunden und Partner. Nicht nur in der IT-Technologie, sondern auch in der Umsetzung von Energieeffizienz strebt das Unternehmen eine Spitzenstellung an. Der Neubau des Rechenzentrums AM3 Science Park in Amsterdam stand unter der Zielsetzung, höchstmögliche Energieeffizienz zu erreichen. Dafür wurde ein auf mehreren Faktoren beruhendes Gesamtkonzept entwickelt:

Einsatz von state-of-the-art Technologien wie Hybride Trockenkühler von JAEGGI und speziell für den Einsatz entwickelten Klimaschränken (CRAC = Computer Room Air Conditioning)

Nutzung von geothermischen Aquiferspeichern, um auf Kältemaschinen komplett verzichten zu können,

höhere Raumtemperaturen im Serverraum

Nutzung der Überschusswärme zum Heizen angrenzender Gebäude, in diesem Fall der Universität Amsterdam

System auf der Basis von 100 % Wasser; Wasser-Aufbereitung und -Behandlung ohne Chemikalien

Sicherheit vor Ausbreitung von Legionellen

Das Ergebnis des Konzepts ist eine gemeinsame Energiekostensenkung von über 100 000 Euro jährlich für die beiden Partner, Equinix und die Amsterdamer Universität.

Freie Kühlung und Erdspeicher

Die Klimaschränke im Rechenzentrum weisen das ganze Jahr über eine konstante Kühlwassertemperatur auf. Dadurch wird der Serverraum gekühlt und die Abwärme absorbiert. Die Anlage wird je nach Außentemperatur in drei verschiedenen Betriebsmodi mit Kühlwasser betrieben: (1) Erdspeicherkühlung,

(2) Indirekte freie Kühlung, (3) Mischung aus Erdspeicher- und freier Kühlung.

Bis zu einer gewissen Außentemperatur (Trockenkugeltemperatur) können die vier Hybriden Trockenkühler von JAEGGI die Klimaanlagen beim „freien Kühlen“ mit Kühlwasser versorgen. Das erwärmte Rücklaufwasser, das zu ihnen zurückkommt, wird anschließend wieder auf die gewünschte Kühlwassertemperatur abgekühlt.

Sinkt die Temperatur im Winter unter eine gewisse Außentemperatur ab, führen die Hybriden Trockenkühler dem Kaltwasserbrunnen Kaltwasser zu, wonach es dem Kaltwasser-Erdspeicher zugeführt wird. Zum Erhalt des eigentlich für die Klimaanlagen benötigten Kühlwassers wird das Kaltwasser aus dem Kältespeicher mit dem Wasser aus dem unterirdischen Wärmespeicher gemischt.  Wenn die Außentemperatur über eine gewisse Temperatur ansteigt, steigt die Austrittstemperatur des Kühlwassers der Hybriden Trockenkühler ebenfalls an. Das Wasser wird auf die gewünschte Eingangstemperatur für die CRAC gebracht, indem man Wasser aus dem Kältespeicher beimengt. Im Winter laden die Hybriden Trockenkühler den Kältespeicher wieder auf. Das gesamte Rechenzentrum wird somit das gesamte Jahr über ohne Kühlgeräte gekühlt. Das Rechenzentrum muss das ganze Jahr über gekühlt werden. Überschüssige Wärme wird im Warmwasserbrunnen gespeichert und versorgt im Winter die Heizungsanlage der Universität von Amsterdam in den Nachbargebäuden des Rechenzentrums.  Was vom Prinzip her so einfach klingt, bedarf einer komplexen Hydraulik- und Steueranlage.

Wasser sparender Betrieb

Das System ist nicht nur energie- sondern auch wassersparend. Während der kälteren Jahreszeit oder im Teillastbetrieb wird der Kühler trocken ausschließlich mit konvektiver Wärmeübertragung an die Umgebungsluft betrieben. Erst wenn die geforderte Kaltwassertemperatur so nicht mehr zu erreichen ist, wird der Benetzungskreislauf zugeschaltet. Durch die Nutzung der Verdunstungsenthalpie des aufbereiteten Benetzungswassers arbeiten die Trockenkühler energieeffizient. Zum geringen Energieverbrauch tragen auch der Einsatz von drehzahlgeregelten Axialventilatoren und Antriebsmotoren mit Energieeffizienzklasse IE2 bei, überwacht von einer komplexen „HYBRIMATIC ® “-Steuerung. Dazu arbeitet der Hybride Trockenkühler schwadenfrei, mit einem auf Aerosolaustrag geprüften und sicheren System zur Verhinderung von kontaminiertem Tropfenauswurf (z.B. mit Legionellen), ist leise und wird multifunktional eingesetzt. Redundantes Design und eine hohe Verfügbarkeit der verwendeten Bauteile, die nach den Kriterien der Ökodesignrichtlinie ausgesucht werden, runden das nachhaltige Konzept der JAEGGI-Produkte ab. Die gesamte Rückkühlleistung der im AM3 Science Park installierten Hybriden Trockenkühler beträgt 12 MW. Die zu einem indirektem Vergleich nutzbare EER-Zahl (Energy Efficiency Ratio =  Qthermisch / Pelektrisch) liegt bei EER = 73 im Auslegungsfall; bei einer Kältemaschine werden aktuell von den besten Fabrikaten EER-Werte von 9 bis 15 erreicht.

Umweltgerechte Wasserversorgung

Das ungewöhnliche Konzept beruht auf der Verfügbarkeit von grundwasserführenden Schichten. Deren Nutzung ist vor allem dann interessant, wenn Gebäude ganzjährig einen hohen Kühlungsbedarf haben, wie das bei Rechenzentren der Fall ist. Das Anlegen von Kälte- und Wärmebrunnen ist von einer Genehmigung durch die Behörden abhängig. Die Stadt Amsterdam hat genaue Vorgaben über Brunnentiefe und -abstand erstellt, ebenso für die Wasseraufbereitung. Abhängig von der Betriebsweise wird das Benetzungswasser der Hybriden Trockenkühler automatisch nachgespeist. Das abgeschlämmte Umlaufwasser  wird an das Oberflächenwasser der Stadt Amsterdam abgegeben und damit letztlich wieder ans Grundwasser. Darum verlangte die Stadt die Sicherheit vor Legionellen ohne den Einsatz von Chemikalien bei der Wasseraufbereitung. Das wurde über den Einsatz einer Umkehr-Osmose sowie die Verwendung von keimtötendem UV-C-Licht gelöst.

Equinix prüft inzwischen, wo sich das Konzept auf andere Rechenzentren übertragen lässt. Die Anhebung der Temperatur im Serverraum wurde bereits in allen Rechenzentren vorgenommen. Hybride Trockenkühler sollen eingesetzt werden, wo immer es die Außentemperaturen erlauben. Der Einsatz von Erdspeichern hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab, ist aber immer zu prüfen. Wo möglich, soll die Energieeffizienz durch die Abgabe der Überschusswärme an einen Nachbarn erhöht werden.

Technischen Daten der HTK

Hauptdaten

Kühlertyp

HTK 3.24/10.9-2S-P3-CU-SLNF

Anzahl

Vier Stück

Wärmeleistung für Auslegung total

11258 kW für vier Kühler

Produktseite

Kühlmedium

0 % Glykol / 100 % Wasser

Medium-Temperaturen (Ein-/Austritt) Soll

32 °C / 9 °C

Medium-Massenstrom der Kühler

421,3 t/h

 

Luftseite

 

 

Ventilatordrehzahl

84 %

 

 

maximaler Leistungsbedarf der Ventilatoren und Pumpen

4 x 9,6 kW +2 x 1,2 kW  pro Gerät

 

 

Benetzungswasserverbrauch total für vier Kühler

 

 

bei Luftzustand

5 °C / 58 %

 

 

maximaler Zusatzwasserbedarf für alle Geräte

10,1 m³/h

 

 

Anordnung der Kühler

 

 

Abmessung eines Kühlers (LxBxH) 

11 m x 3 m x 4,9 m

 

 

Betriebsgewicht pro Kühler

18961 kg

 

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