JAEGGI Hybridtechnologie AG

> Intelligente Technologien für eine nachhaltige Zukunft

Energieeinsparung durch

innovative Rückkühlung

Referent: Dipl.-Ing Marian Kielpinski

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Betriebskostensenkung im Rechenzentrum

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

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

Fazit

Agenda

2

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

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

Fazit

Agenda

3

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

finoox®

microox®

Systems

thermoline

thermoclean

thermoplus

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

Güntner Group

4

JAEGGI Hybridtechnologie AG

- 2.700 Mitarbeiter

- 265 Mio. € Umsatz

- 65.000 m² Produktionsfläche

- 7 Produktionsstätten

- Über 70 Vertretungen und Vertriebsbüros

- Gegründet 1931 (Güntner)

Güntner Group – Unternehmensdaten weltweit

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

5

JAEGGI Hybridtechnologie AG

- 2.700 Mitarbeiter

- 265 Mio. € Umsatz

- 65.000 m² Produktionsfläche

- 7 Produktionsstätten

- Über 70 Vertretungen und Vertriebsbüros

- Gegründet 1931 (Güntner)

JAEGGI Hybridtechnologie AG - Unternehmensdaten

- 70 Mitarbeiter

- 26 Mio. € Umsatz

- Haupsitz in Basel

- Über 10 Vertriebsbüros

- Gegründet 1929

- Herstellung Hybridkühler seit 1989

- Seit 1995 Mitglied der Güntner Gruppe

- 3500 Hybridkühler

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

6

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum

Ausgangssituation, IST Zustand

Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine

Freien Kühlung

Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern

Fallbeispiele

Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)

Optimierung der freien Kühlung

Rechenzentrum ohne Kältemaschine

Fazit

Agenda

7

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

8

Verdunstungskühlung Hybridkühlung

„hybride“ KühlerOffener KT

Photo: Hamon

Geschlossener KT

Photo: Evapco

Hybride Trockenkühler

Trockenkühlung

Hybride Kühltürme

Photo: Hamon

Adiabater Trockenkühler Besprühte Trockenkühler

Rückkühltechnik im Überblick

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

Unterscheidungsmerkmale: Trocken / Benetzt

Kühlturm

offen

Kühlturm

geschlossen

Hybridkühler

JAEGGI

„ADC“ Kühler

JAEGGI

Hydrospray

Güntner

Trockenkühler

Güntner

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

Aufstellfläche

100%

Aufstellfläche

200%

Aufstellfläche

300%

Aufstellfläche

500%

Aufstellfläche

500 … 600%

Photo: Hamon Photo: Evapco

TrockenBenetzt

Rückkühltechnik im Überblick

9

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

> Bei Trockenkühlung ist die Kühlgrenze die Lufttemperatur

> Bei Verdunstungskühlung ist die Kühlgrenze die Feuchtkugel-

temperatur

10

Kühlgrenzabstand, Kühlsysteme

Wasser

Luft

KGA

tM2

tL1

tM1

tL2

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

> Bei Trockenkühlung ist die Kühlgrenze die Lufttemperatur

> Bei Verdunstungskühlung ist die Kühlgrenze die Feuchtkugel-

temperatur

> Der Kühlgrenzabstand KGA hat einen wesentlichen

Einfluss auf die Kühlergrösse.

11

Kühlgrenzabstand, Kühlsysteme

Wasser

Luft

KGA

tM2

tL1

tM1

tL2

Beispiel Hybridkühler

Kühlleistung 1.150 kW

KGA 5

Invest 240 T€

KGA 7

Invest 170 T€

Kriterium für die Wahl des Rückkühlsystems sind u.a.

- die Rücklauftemperatur

- ein wirtschaftlicher KGA!

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

12

Vorteile gegenüber Trockenkühlern:

> viel niedrigere Wassertemperaturen, Kühlgrenze Feuchtkugeltemperatur

> 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®)

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum

Ausgangssituation, IST Zustand

Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine

Freien Kühlung

Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern

Fallbeispiele

Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)

Optimierung der freien Kühlung

Rechenzentrum ohne Kältemaschine

Fazit

Agenda

13

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

14

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

Ausgangssituation: Kühlung ist mit 25% zweitgrösster Stromverbraucher

Typische Anteile von IT-Hardware und Betriebstechnik am Stromverbrauch in einem neuen Rechenzentrum

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

USV10%

Luftverteilung12%

Kühlung25%

IT Hardware50%

Netzteile/ Licht etc.3%

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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

15

Funktionsschema einer Kälteanlage zur Raumluftkühlung (Serverraum)

Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung

Energiezufuhr durch Verdichter der Kälteanlage, Pumpen, Gebläse, …

Luftkühler

Verdampfer Verflüssiger

Rückkühler

20/15ºC Kaltwasser

12/ 6°C Kaltwasser32/27ºC Kühlwasser

1000 kW

Kältemaschine

(Kaltwassersatz)

Energie

Wasser

1.000 kW 150 kW – 250 kW 1.150 kW – 1.250 kW

Wärme- Kältelast Kompressorenergie Kühlleistung

ca. 15 kW

Energie

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

16

Funktionsschema einer Kälteanlage zur Raumluftkühlung, Freie Kühlung

Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung

Energiezufuhr durch Verdichter der Kälteanlage, Pumpen, Gebläse, …

Luftkühler Rückkühler

20/15ºC Kaltwasser

12/ 6°C Kaltwasser32/27ºC Kühlwasser

1000 kW

Freie Kühlung

1.000 kW 150 kW – 250 kW 1.150 kW – 1.250 kW

Wärme- Kältelast Kompressorenergie Kühlleistung

ca. 15 kW

Wasser

Energie

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

17

Wie kalt muss es im Serverraum tatsächlich sein?

Quelle: Weiss ITK Airconditioning, Vortrag Suisse Frio November 2011

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Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum

Ausgangssituation, IST Zustand

Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine

Freien Kühlung

Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern

Fallbeispiele

Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)

Optimierung der freien Kühlung

Rechenzentrum ohne Kältemaschine,

Fazit

Agenda

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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

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Optimierung wassergekühlter Kaltwassersatz

Kältekreislauf mit wichtigsten Komponenten

im h - log p - Diagramm

Temperaturhub/ Druckdifferenz Hebel für energetische Optimierung

Dp

𝑃𝑒𝑙

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

20

Leistungszahl EER eines modernen Turboverdichters in Abhängigkeit der Kaltwassertemp.

.

0

ufnahmeLeistungsaelektr.

ungKälteleist

Aufwand

Nutzen

elektrW

QEER

Kaltwasser 12° / 6°

Kaltwasser 20° / 14°

Strom sparen an der Kältemaschine durch niedrigere

Verflüssigungstemperaturen: ca. 3% pro 1K

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Leistungsaufnahme 1.000 kW Kältemaschine

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

21

Verdichter-Leistungsaufnahme in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur

Hybridkühler

Kühlleistung 1.150 kW

Kühlwasser 32°C /27°C

Lufttemp. 34°C / 36%

P el. 15 kW

„EER“ >70

Kühlwassertemperatur < 35°C nur durch Verdunstungsenergie

Bei Lufttemperatur > 34°C mit 36% relativer Feuchte

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum

Ausgangssituation, IST Zustand

Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine

Freien Kühlung

Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern

Fallbeispiele

Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)

Optimierung der freien Kühlung

Rechenzentrum ohne Kältemaschine,

Fazit

Agenda

22

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

23

Freie Kühlung in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur

Hybridkühler

Kühlleistung 1.150 kW

Kühlwasser 32°C /27°C

Lufttemp. 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°CKältemaschinenbetrieb

Freie Kühlung benetzter Betrieb

Freie Kühlung Trockenbetrieb

Temperaturhäufigkeit

Standort Frankfurt am Main DIN 4710

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum

Ausgangssituation, IST Zustand

Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine

Freien Kühlung

Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern

Fallbeispiele

Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)

Optimierung der freien Kühlung

Rechenzentrum ohne Kältemaschine

Fazit

Agenda

24

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

25

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 Betrieb (Rechenzentrum)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Ve

rdu

ns

tun

gs

wa

ss

erm

en

ge

m³/

h

Lufttemperatur

Vergleich der Verdunstungswassermenge Kühlturm - Hybridkühler

Temperaturhäufigkeit Standort Frankfurt

Hybridkühler

Kühlturm

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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

26

Betriebscharakteristik von Hybridkühlern

0

50

100

150

200

250

-10 0 10 20 30

Stu

nd

en

an

zah

l [h

]

Temperatur [°C]

Mittlerer Jahrestemperaturgang (Meteonorm 1995-2005)

Mittlerer Jahrestemperaturgang für Zürich

100% . . . 20% Therm. Leistung

Trockenbetrieb Benetzter Betrieb

Mittlerer Jahrestemperaturgang Frankfurt am Main

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Berechnung Betriebscharakteristik

Kühlleistung: 6.120 kW

Kühlwasser: 36°C / 30°C

Luftzustand: 33°C / 38% rF

Beispiel: 4 Hybrid Trockenkühler

34°

C28°C

Regelgröße (28°C)

Anstieg der Lufttemperatur / Kühllast

Regelung Ventilatordrehzahl bis 100%

Sequentielle Benetzung

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

Regelungsstrategie von Hybridkühlern

Lastabhängige Benetzung / Verdunstung

27

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum

Ausgangssituation, IST Zustand

Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine

Freien Kühlung

Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern

Fallbeispiele

Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)

Optimierung der freien Kühlung

Rechenzentrum ohne Kältemaschine

Fazit

Agenda

28

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum

Ausgangssituation, IST Zustand

Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine

Freien Kühlung

Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern

Fallbeispiele

Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)

Optimierung der freien Kühlung

Rechenzentrum ohne Kältemaschine

Fazit

Agenda

29

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

Wasser 𝐜(𝟐𝟎°𝐂) = 𝟒, 𝟏𝟖𝒌𝑱

𝒌𝒈∙𝑲

Glykol (Antifrogen N) 𝐜(𝟐𝟎°𝐂) = 𝟐, 𝟑𝟎𝒌𝑱

𝒌𝒈∙𝑲

Wasser/ Glykol (76/34) 𝐜 𝟐𝟎°𝐂 = 𝟑, 𝟔𝟓𝒌𝑱

𝒌𝒈∙𝑲∆𝒄 ≈ 𝟏𝟑%

30

Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz

Quelle: http://www.abderhalden-fluids.ch/images/antifrogen/pdf/Antifrogen_N_TM_de.pdf 23.02.15

JAEGGI Hybridtechnologie AG

The Beauty …

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

31

Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz

Quelle: http://atmospheric-phenomena.blogspot.ch/2015/01/the-best-photos-of-winter.html 23.02.15

and the Beast

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

Erforderlich Schutzmassnahmen:

- Zu-/ Abluft Jalousieklappen

- Wintervorhänge

- Mindestleistung im Notbetrieb

- Permanente Umwälzung

- …

32

Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

07.05.2015 33

Geschlossener Kühlkreislauf

mit Glykol und Wasserkreislauf

und Plattenwärmeübertrager

Halboffenes System mit 100%

Wasserfüllung und hydraulischem

Speicher

Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz

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Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

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

Fazit

Agenda

34

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

07.05.2015 35

Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems Magdeburg / Biere

Quelle: T-Systems und JAEGGI

DDC Magdeburg & Biere

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

07.05.2015 36

Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems Magdeburg / Biere

Quelle: JAEGGI

JAEGGI Hybride Trockenkühler

insg. 18 x HTK 12 MW

> 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 Kühlwassertemp.

effizienter KM Betrieb

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

07.05.2015 37

Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems Magdeburg / Biere

Quelle: www.heise.de http://www.heise.de/ix/meldung/Telekom-eroeffnet-Zwillings-Rechenzentrum-bei-Magdeburg-2249711.html?hg=1&hgi=0&hgf=false 19.02.15

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

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

Fazit

Agenda

38

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

39

Fallbeispiel: Rechenzentrumskühlung ohne Kältemaschine

Quelle: Weiss ITK Airconditioning, Vortrag Suisse Frio November 2011

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

41

Fallbeispiel: Rechenzentrumskühlung ganz ohne Kältemaschine

Quelle: Dr. Eicher + Pauli AG / RZ Integral AG

Swisscom Wankdorf, 8 JAEGGI Hybride Trockenkühler je 750 kW, 35/25/21ºC,

Inbetriebnahme 2014

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

42

Fallbeispiel: Rechenzentrumskühlung ganz ohne Kältemaschine

Quelle: Homepage Swisscom https://www.swisscom.ch/de/about/verantwortung/digitale-schweiz/rechenzentrum-wankdorf.html#energieeffizienz 19.02.15

Swisscom Wankdorf, 8 JAEGGI Hybride Trockenkühler je 750 kW, 35/25/21ºC,

Inbetriebnahme 2014

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Vorstellung Güntner-Gruppe

Rückkühltechnik im Überblick

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

Fazit

Agenda

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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

JAEGGI Hybridtechnologie AG

1. Möglichst hohe Kaltwassertemperatur an der Kältemaschine anstreben

2. Wassergekühlte Kältemaschinen mit hohem EER einsetzen

3. Kühlwassertemperatur möglichst niedrig (Umgebungsbedingungen beachten)

4. Energie- und wassersparende Rückkühler mit optimierter MSR Technik einsetzen

5. Maximale Zeit für freie Kühlung nutzen

6. Rechenzentrum ohne Kältemaschine prüfen

7. Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolgemisch), Optimierung der freien Kühlung

Minimaler Energie- und Wasserverbrauch

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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

Fazit

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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung

Referenzen

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JAEGGI - das Original

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Gerne stehe ich Ihnen für Ihre Fragen zur Verfügung.

Ihr Ansprechpartner:

JAEGGI Hybridtechnologie AG

Hirschgässlein 11

CH-4051 Basel

Dipl.-Ing Marian Kielpinski

Telefon +49 (0)2241 1652681

Marian.kielpinski@jaeggi-hybrid.ch

www.jaeggi-hybrid.ch