Betriebskostensenkung im Rechenzentrum FFM15/01_M... · Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems...

JAEGGI Hybridtechnologie AG

> Intelligente Technologien für eine nachhaltige Zukunft

Energieeinsparung durch

innovative Rückkühlung

Referent: Dipl.-Ing Marian Kielpinski


Betriebskostensenkung im Rechenzentrum


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







Freie Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

3



finoox®

microox®

Systems

thermoline

thermoclean

thermoplus


Güntner Group

4


- 2.700 Mitarbeiter

- 265 Mio. € Umsatz

- 65.000 m² Produktionsfläche

- 7 Produktionsstätten

- Über 70 Vertretungen und Vertriebsbüros

- Gegründet 1931 (Güntner)

Güntner Group – Unternehmensdaten weltweit


5


- 2.700 Mitarbeiter


- 65.000 m² Produktionsfläche

- 7 Produktionsstätten

- Über 70 Vertretungen und Vertriebsbüros

- Gegründet 1931 (Güntner)

JAEGGI Hybridtechnologie AG - Unternehmensdaten

- 70 Mitarbeiter


- Haupsitz in Basel

- Über 10 Vertriebsbüros

- Gegründet 1929

- Herstellung Hybridkühler seit 1989

- Seit 1995 Mitglied der Güntner Gruppe

- 3500 Hybridkühler


6







Freien Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

7




8

Verdunstungskühlung Hybridkühlung

„hybride“ KühlerOffener KT

Photo: Hamon

Geschlossener KT

Photo: Evapco

Hybride Trockenkühler

Trockenkühlung

Hybride Kühltürme

Photo: Hamon

Adiabater Trockenkühler Besprühte Trockenkühler




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


9



> 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



> 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.

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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!



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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®)







Freien Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

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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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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

http://thesuperslice.com/wp-content/uploads/2012/10/CBF_008.jpg




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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





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Wie kalt muss es im Serverraum tatsächlich sein?

Quelle: Weiss ITK Airconditioning, Vortrag Suisse Frio November 2011







Freien Kühlung


Fallbeispiele



Rechenzentrum ohne Kältemaschine,

Fazit

Agenda

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Optimierung wassergekühlter Kaltwassersatz

Kältekreislauf mit wichtigsten Komponenten

im h - log p - Diagramm

Temperaturhub/ Druckdifferenz Hebel für energetische Optimierung

Dp

𝑃𝑒𝑙



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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


Leistungsaufnahme 1.000 kW Kältemaschine


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Verdichter-Leistungsaufnahme in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur

Hybridkühler


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







Freien Kühlung


Fallbeispiele



Rechenzentrum ohne Kältemaschine,

Fazit

Agenda

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23

Freie Kühlung in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur

Hybridkühler


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







Freien Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

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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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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


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


Regelungsstrategie von Hybridkühlern

Lastabhängige Benetzung / Verdunstung

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Freien Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

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Freien Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

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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%

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Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz

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

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


The Beauty …


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

and the Beast

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



Erforderlich Schutzmassnahmen:

- Zu-/ Abluft Jalousieklappen

- Wintervorhänge

- Mindestleistung im Notbetrieb

- Permanente Umwälzung

- …

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07.05.2015 33

Geschlossener Kühlkreislauf

mit Glykol und Wasserkreislauf

und Plattenwärmeübertrager

Halboffenes System mit 100%

Wasserfüllung und hydraulischem

Speicher








Freie Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

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07.05.2015 35

Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems Magdeburg / Biere

Quelle: T-Systems und JAEGGI

DDC Magdeburg & Biere



07.05.2015 36


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



07.05.2015 37


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

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







Freie Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

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39

Fallbeispiel: Rechenzentrumskühlung ohne Kältemaschine

Quelle: Weiss ITK Airconditioning, Vortrag Suisse Frio November 2011



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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



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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

https://www.swisscom.ch/de/about/verantwortung/digitale-schweiz/rechenzentrum-wankdorf.html







Freie Kühlung


Fallbeispiele




Fazit

Agenda

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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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Fazit



Referenzen

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JAEGGI - das Original

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Gerne stehe ich Ihnen für Ihre Fragen zur Verfügung.

Ihr Ansprechpartner:


Hirschgässlein 11

CH-4051 Basel

Dipl.-Ing Marian Kielpinski

Telefon +49 (0)2241 1652681

[email protected]

www.jaeggi-hybrid.ch

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