Netzwerk Kälteeffizienz 3. Treffen zum Thema ...€¦ · Ziel heute: Kaltgang – Warmgang...

STULZ MACHT KLIMA MIT SYSTEM Energieeffiziente Rechenzentrumsklimatisierung 1

IT Klima mit System

Willkommen bei der

GmbH

Netzwerk Kälteeffizienz

3. Treffen zum Thema "Energieeffiziente Kühlung von Servern und Rechenzentren“


IT Klima mit System

Mission Energy Energieeffiziente Rechenzentrumsklimatisierung

Einführung in die Thematik

Energieeinsparpotentiale im Luftkreislauf

Effizienzsteigerung bei der Kälteerzeugung

Neue Konzepte


IT Klima mit System

STULZ Gruppe

Klimatechnik KunststofftechnikHerstellung und Vertrieb von Klima-geräten, RLT-Anlagenbau und Service- und Objektmanagement.

STULZ GmbH, Deutschland (P)

STULZ Pty Ltd, AustralienSTULZ-ATS (Shanghai), China (P)STULZ France S.A.R.L., FrankreichSTULZ UK Ltd., GroßbritannienSTULZ CHSPL Pvt Ltd, Indien (P)STULZ SpA, Italien (P)STULZ Groep B.V., NiederlandeSTULZ Polska Sp. z o.o., PolenSTULZ España S.A., SpanienSTULZ-ATS Inc., USA (P)STULZ Pty Ltd, New Zealand

(P): Produktionsstätte

Entwicklung und Produktion von Kunststoff-Präzisionsteilen für die Automobil-Industrie.

MONTAPLAST GmbH, Deutschland

MONTAPLAST of North America

Umsatz 2008Kunststofftechnik € ≥ 400 MioKlimatechnik € ≥ 300 Mio

Total € ≥ 700 Mio

MitarbeiterKunststofftechnik ≥ 2.400Klimatechnik ≥ 1.600

Total ≥ 4.000


IT Klima mit System

Sie finden STULZ ...

Italien

Deutschland

China

USA

Firmenzentrale

… und seine qualifizierten und professionellen Partner –weltweit.

Produktionsstätten

Indien

Deutschland


IT Klima mit System

Treffen Sie STULZ – in Deutschland

STULZ NiederlassungenHamburg ( Zentrale )HannoverBerlinDüsseldorfLeipzigFrankfurtNürnbergSt. IngbertStuttgartKarlsruheMünchen

STULZ Niederlassungen

VertriebKonzeptberatungSysteme/ProduktePräzisionsklimaService


IT Klima mit System

IT Rechenzentrumsklimatisierung – neue Herausforderungen für Planung und Betrieb

Konzeptberatung für die Errichtung und den

Betrieb der Anlagen

Aufgabengerechte Systemauslegung und

Geräteauswahl

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen


IT Klima mit System

STULZ Produkte - Rundum ZuverlässigkeitPräzisionsklimageräte für kleine Telekomanwendungen bis zum ITK Rechenzentrum

Kaltwassererzeuger für Präzisionsklima und wassergekühlte IT Racks


IT Klima mit System

STULZ Produkte – innovativ und effizient !

Einführung energieeffizienter EC Ventilatoren als Standard für die CyberAir Umluftklimageräte im Jahr 2004 – heute optional bei allen Namenhaften Herstellern

STULZ Systemkostenberechnung liefert weltweite TCO Betrachtungen für den Errichter und Betreiber von ITK Rechenzentren seit 2006

STULZ Stand-by Management als integrale C7000 Regelungsfunktion für CW-Klimageräte wurde 2006 in den Markt eingeführt

Weiterentwicklung der Indirekten Freien Kühlung durch die FunktionalitätDynamic Free Cooling verfügbar seit Mai 2007

Optimierung/Erweiterung im November 2008 der Kaltwasserklimageräte der Baureihe CyberAir CW und CWE – Ziel: Max. Energieeffizienz

Neue STULZ Konzeption zur Direkten Freien Kühlung


IT Klima mit System

STULZ Präzisionsklima – Lösungskompetenz aus einer Hand nicht nur für das IT RechenzentrumBeratung, Ausführung und Inbetriebnahme aus einer Hand

Präzisionsklimaanlagen

Kaltwassererzeugung

Kaltwassersysteme


IT Klima mit System

STULZ ServiceNachhaltige Betriebssicherheit durch bedarfsgerechte Servicekonzepte – 140 STULZ Servicetechniker sichern bundesweit einen flächendeckenden Service mit kürzesten Zugriffzeiten.

Klimaservice von der Instandsetzung bis hinzum Vollunterhalt der Klimatechnik

24/7 verfügbarer Notdienst

Technisches Gebäudemanagement für die Gewerke- Kälte/Klimaanlagen- Systemstromversorgung- Betriebskritischer Infrastruktur

Webbasierendes Dokumentenmanagement

Regionale und überregionale Servicestruktur

Ersatzteillogistik über ein Zentrallager, 11 Stütz-punktlager sowie mobile Bevorratung

…..nicht nur für STULZ Produkte!


IT Klima mit System

Einführung in die Thematik

Mission EnergyEnergieeffiziente Rechenzentrumsklimatisierung


IT Klima mit System

Gemäß einer Schätzung des Branchenverbandes BITKOM gibt es in Deutschland etwa 50.000 Rechenzentren –

Es kann davon ausgegangen werden, daßin ca. 5.000 Rechenzentren kein,

in ca. 5.000 geringer und

in ca. 40.000 Rechenzentren erheblicherOptimierungsbedarf an der Klimatisierung besteht.


IT Klima mit System

Rechenzentrums / ITK Raum – Klimatisierung „gestern?“


IT Klima mit System

Ziel heute: Kaltgang – Warmgang Konzept, aber…

Kalte Luft von der warmen Luft trennen


IT Klima mit System

Ziel der Klimatisierung: Kalte Zuluft vor die 19” Ebene

horizontale Luftführung durch das Rack

Source: INTEL Source: HP


IT Klima mit System

Source: ASHRAE


IT Klima mit System

Definition Präzisionsklima:Umluftklimagerät zur Erreichung definierter, konstanter und somit präziser Lufttemperatur und Luftfeuchtezustände im Raum - dabei werden die Raumtemperatur und Raumfeuchte in engen Grenzen geregelt. Umluftklimageräte erzeugen diesen Luftzustand durch:

KühlenNachheizen

Zusätzlich wird die Umluft über gefiltert über eine hohe Filterklasse.

Die Kälteleistung wird mit einem hohen sensiblen Kälteleistungsanteil erbracht, dieser Kälteleistungsanteil dient zur Absenkung der Raumtemperatur. Dazu ist eine hohe Umluftmenge erforderlich.

Der latente Kälteleistungsanteil dient zur geregelten Entfeuchtung.

…d.h. Komfortklima „Baumarktklima“ scheidet auch aufgrund der geringeren Energieeffizienz aus!

=> Die eingesetzte Energie wird gezielt eingesetzt um die Raumtemperatur abzusenken!

BefeuchtenEntfeuchten


IT Klima mit System

Verteilung des Gesamtenergiebedarfs eines ITK Rechenzentrums

Kaltwassererzeuger; 33%

Befeuchter; 3%

Umluftklimageräte; 9%

IT Equipment; 30%

Versorgungseinrichtungen; 5%

USV; 18%

Generator/Schalteinrichtungen; 1%

Licht; 1%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1

45 %Klimatisierung

Abhängig vom Klimatisierungskonzept kann der Anteil des Energiebedarfes für die Klimatisierung zwischen

25% und 55% am Gesamtenergiebedarfesdes Rechenzentrums betragen !


IT Klima mit System

Freie Kühlung Raumkonditionen

Außenbedingungen

Doppelbodenhöhe

Wassertemperaturen

Teillastverhalten

Wärmetauscherfläche

Filterfläche

Lüftertechnologie

Abmessungen

Kältemittel

Rohrdimensionierung

Pumpentechnologie

Einbauteile

Parametrierung

Filterzustand

Kältemittelfüllmengen

Abgleich

Luftverteilung

Eine Auswahl an Stellschrauben, die einen Einfluß auf die Energieeffizienz haben:

Einbindung Stand-by

Sollwerte


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Energieeinsparpotentiale im Luftkreislauf

Mission Energy Energieeffiziente Rechenzentrumsklimatisierung


IT Klima mit System

Vom Gesamtsystem zum Luftkreislauf im Rechenzentrum


IT Klima mit System

Vom Luftkreislauf zum Klimagerät


IT Klima mit System

1

2

3

Die Stellschrauben am Klimagerät

1

2

3

Ventilatortechnologie

Wärmetauscherfläche /Anordnung der Komponenten

Luftfilter (Luftfiltertyp und -fläche)


IT Klima mit System

1Beispiel: Ventilatortechnologie

Luftgekühltes Klimagerät (DX) CSD1052A ASD1062ABreite 2.725mm 2.550mmVentilator Trommelventilator EC Ventilator

Luftvolumenstrom 24.000m3/h 24.000m3/hExt. Druck 20Pa 20Pa

Ventilatorantriebsleistung 9,2kW 5,9kW

Betriebskosten p.a. 12.088,80 € 7.752,60 €

Betriebskostenreduzierung abs. 4.336,20 €

Betriebskostenreduzierung % -36%



IT Klima mit System

2Beispiel: Größere Wärmetauscherfläche

Kaltwassergekühltes Klimagerät ASD1100CW ASD1200CW ASD1200CWBreite 2.150mm 2.550mm 2.550mmZusätzliche Breite +400mm +400mm

Rückluftbedingung 24°C/50% 24°C/50% 24°C/50%PKW 10°C/15°C 10°C/15°C 10°C/15°C

Luftvolumenstrom 22.000m3/h 22.000m3/h 21.900m3/hKälteleistung (netto, sensibel) 66,8kW 67,1kW 66,9kW

Ventilatorantriebsleistung 5,2kW 3,6kW 3,5kW

Betriebskosten Lüfter p.a. 6.832,80 € 4.730,40 € 4.599,00 €

Betriebskostenreduzierung abs. 2.102,40 € 2.233,80 €

Betriebskostenreduzierung % -31% -33%



IT Klima mit System

Gerätebreite 2150 mm

Ger

äteh

öhe

1980

mm


Ger

äteh

öhe

1980

mm


ASD 1100 CW ASD 1500 CW

ASD 1600 CWE

Ger

äteh

öhe

2496

mm

…weitere Möglichkeiten die Wärmetauscherflächen zu maximieren!


IT Klima mit System

» Reduzierung der elektrischen Leistungsaufnahme um 48% (ASD 1500 CW)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000

Volumenstrom [m³/h]

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]

ASD1600CWE ASD1100CW ASD1500CW

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000

Volumenstrom [m³/h]

Leis

tung

sauf

nahm

e [k

W]

ASD1600CWE ASD1100CW ASD1500CW

… und die Auswirkungen auf die Leistungsaufnahme der Ventilatoren.


IT Klima mit System

Ansicht von vorn Ansicht links

Kühler

E-Kasten

Dampfbefeuchter

E-Heizung

Verrohrung

Ventil

Ventilator

Luftfilter

Aufbau des Gerätes ASD1600CWE


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Empfohlener Aufbau –Klimagerät oberhalb des Doppelbodens

Geringe Bauhöhe des Raumes –Lüftereinheit in dem Doppelboden

ASD1600CWE - Möglichkeiten der Installation


IT Klima mit System

Die Stellschrauben im Luftkreislauf: Reduzierung der luftseitigen Widerstände

4

5

6

7

8

945

67

8

9

Luftfilter

Externer statischer Druck

Einbauten „Zuluft“

Anzahl Auslässe

Anzahl Ausschnitte

Luftvolumenstrom

Einbauten „Rückluft“

3

3

3 9bis Reduzierung der luftseitigen Widerstände = Reduzierung der Lüfterantriebsleitung


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Anfangsdruckverlust Enddruckverlust"sauber" "schmutzig"

Filtermatte G4 80..85Pa 160..200Pa

ZigZagFilter G4 65..70Pa 130..150Pa

ZigZagFilterHP G4 35..45Pa 70..100Pa

Stellschraube Luftfilter

3.1

3.2

3.1

3.2

„vom sauberen Filter zum schmutzigen Filter“: Reduzierung der Luftmenge bei gleicher Antriebsleistung des Ventilators. WenigerLuftvolumen kann zu Wärmenestern im Raum führen!! Filtermanagement mit nachgeführter Luftmenge kann dies vermeiden.

„von der kleinen Filterfläche zur großen Filterfläche“: Reduzierung der Ventilatorantriebs-leistung bei gleicher Luftmenge!

3


IT Klima mit System

ACHTUNG: Reduzierung der luftseitigen Widerstände: Ja, aber der Doppelboden ist ein Druckboden und benötigt für die gleichmäßige Zuluftverteilung einen Über-druck von ca. 20Pa! Daher müssen die Auslässe und Schlitzplatten bilanziert sein und ein ausreichender Druck im Doppelboden muß gewährleistet sein. Leckluftraten durch überflüssige Öffnungen sind zu minimieren!

Die Stellschrauben im Luftkreislauf: Reduzierung des luftseitigen Widerstandes um 10Pa bedeutet:

2-3% Reduzierung der Aufnahmeleistung eines EC Ventilators

1-2% Reduzierung der Aufnahmeleistung eines Trommelventilators

3 9bis


IT Klima mit System

Der Doppelboden – aus klimatechnischer Sicht: DER ZULUFTKANAL !

Ausreichende lichte Höhe für die zu erwartende Wärmelast und die geplante Raumgröße

Abdichtung aller Kabeldurchführungen, damit ein ausreichender Überdruck und somit eine optimale Luftverteilung im Raum erreicht werden kann

Vermeidung von Einbauten (Rohrleitungen, Kabeltrassen, etc.)

Kabelmanagement ggf. IT Verkabelung „von oben“ insbesondere bei geringen realisierbaren Doppelbodenhöhen

Entfernung von nicht mehr benötigter IT Verkabelung

Jeder unnötige Druckverlust erhöht die Lüfterantriebsleistung und die Betriebskosten !


IT Klima mit System

Der Doppelboden – das am meist unterschätzte “System” im Rechenzentrum

Nur ein freier Doppelboden läßt das Rechenzentrum atmen !


IT Klima mit System

Beispiel: Senkung externer Druckverlust 50Pa

Luftgekühltes Klimagerät (DX) CSD521A ASD531ABreite 1.750mm 1.750mmVentilator Trommelventilator EC Ventilator

Luftvolumenstrom 14.000m3/h 14.000m3/hExt. Druck 70Pa 70PaVentilatorantriebsleistung 5,2kW 3,2kWBetriebskosten p.a. 6.832,80 € 4.204,80 €

Luftvolumenstrom 14.000m3/h 14.000m3/hExt. Druck 20Pa 20PaVentilatorantriebsleistung 4,8kW 2,8kWBetriebskosten p.a. 6.307,20 € 3.679,20 €

Betriebskostenreduzierung abs. 525,60 € 525,60 €

Betriebskostenreduzierung % -8% -13%

bis3 9 Die Stellschrauben im Luftkreislauf: Reduzierung der luftseitigen Widerstände


IT Klima mit System

Weitere Stellschrauben im Luftkreislauf: Trennung von warmer und kalter Luft

10 Luftbypass

Rackdesign

Rackausrüstung

11

12

Trennung kalte Luft von warmer Luft = maximales ΔΤ = max. Energieeffizienz!

Konzept hierfür auch : KALTGANGEINHAUSUNG oder WARMGANGEINHAUSUNG

1011

12 ΔΤ

18°C

28°C


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Effizienzsteigerung bei der Kälteerzeugung



IT Klima mit System

Kälteerzeugung ohne Kältemaschine: Die Freie Kühlung

Direkte Freie Kühlung

Indirekte Freie Kühlung

……die Freie Kdie Freie Küühlung ist KEINE neue Technologiehlung ist KEINE neue Technologie-- jedenfalls nicht in Europa!jedenfalls nicht in Europa!


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Freie Kühlung – Direkte Freie Kühlung über Außenluft

Verwendung für Mobilfunkcontainer/Shelter bei geringer Wärmelast und aufgrund höherer Toleranz gegenüber der Raumluftfeuchte; direkte Freie Kühlung fand im Rechenzentrum/Datacenter-bereich in der Vergangenheit KEINE Anwendung !


IT Klima mit System

Kälteerzeugung ohne Kältemaschine: Die Freie Kühlung


IT Klima mit System

Funktionsweise der indirekten Freien Kühlung


IT Klima mit System

Freie Kühlung – Indirekte Freie KühlungUmluftklimageräte mit integrierter Freikühlungsfunktion

Raumluft wird von der Außenluft über ein zwischengeschaltetes Wasser/Glykolmedium „entkoppelt“,findet Verwendung in kleineren/mittleren Rechenzentren/DataZentren.


IT Klima mit System

Freie Kühlung – Indirekte Freie KühlungKaltwassererzeugung mit integrierter Freikühlungsfunktion

Raumluft wird von der Außenluft über ein zwischengeschaltetes Wasser/Glykolmedium „entkoppelt“,findet Verwendung in mittleren/großen Rechenzentren/DataZentren, z.T. auch mit separatem Rückkühlerund wassergekühlter Kälteerzeugung.


IT Klima mit System

Indoor Kaltwassererzeuger mit Indirekter Freier Kühlung bis zu 100kW Kälteleistung auf 1,25m²

…mit diesem Produkt lassen sich auch bei einer Kaltwasserlösung die Haupt-komponeten (Außer Rückkühler) in der Gebäudehülle unterbringen!


IT Klima mit System

12

13

14

12

13

14

Freie Kühlung

Rücklufttemperatur

Außentemperatur

Die Stellschrauben an einem Freikühlungssystem


IT Klima mit System

Beispiel Systemdesign: System OHNE Freie Kühlung gegen System MIT Freier Kühlung12 14+

+31%

-55%


IT Klima mit System

Beispiel Systemdesign: System OHNE Freie Kühlung gegen System MIT Freier Kühlung

12 14+


IT Klima mit System

Beispiel Systemdesign: System OHNE Freie Kühlung gegen System MIT Freier Kühlung

138,7Tage

11,0Tage

62,1Tage

153,3Tage

59% desJahres OHNE

Betrieb der Kälte-

maschine=

215,4Tage

365,0Tage

100% desJahresM I T

Betrieb der Kälte-

maschine=

365,0Tage

12+14


IT Klima mit System

13Beispiel Rückluftbedingungen: Gleiches Klimasystem– unterschiedliche Rückluftbedingungen 22°C/55%r.F. vs. 27°C/40%r.F. !14+

- 20%

Ursache: z.B. zu niedrige Sollwertvorgabe an Klimageräten


IT Klima mit System

13 Beispiel Rückluftbedingungen: Gleiches Klimasystem unterschiedliche Rückluftbedingungen 22°C/55%r.F. vs. 27°C/40%r.F. !14+


IT Klima mit System

47,5Tage

47,5Tage

120,5Tage

149,5Tage

138,7Tage

11,0Tage

62,1Tage

153,3Tage46% desJahres OHNE

Betrieb der Kälte-

maschine= 168Tage

59% desJahres OHNE

Betrieb der Kälte-

maschine=

215,4Tage

22°C / 55%r.F.27°C / 40%r.F.

13 14+

11 Tage 100%

Betrieb der Kältemaschine

47,5 Tage 100%

Betrieb der Kältemaschine

Beispiel Rückluftbedingungen: Gleiches Klimasystem unterschiedliche Rückluftbedingungen 22°C/55%r.F. vs. 27°C/40%r.F. !


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Energiebedarf

DX

Kom

pressorK

ühlung

FCFreie Kühlung

EFCErw

eiterteFreie K

ühlung

MIX

Kom

pressor undFreie K

ühlung

Indoor

OutdoorR

egelung

Daten

Dynamic Free Cooling,oder bedarfsabhängigeAussteuerung der Komponenten

Weitere Energieeinsparungspotentiale bei der indirekten Freien Kühlung

Variable, bedarfsabhängige Steuer-ung der KomponentenEinbindung der Stand-by GeräteMax. Energieeffizienzbis zu 30% Energieeinsparungs-potential gegenüber der her-kömmlichen indirekten Freien Kühlung


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Außentem

peratur Ener

gieb

edar

f

FCFreie Kühlung

EFCErweiterte Freie Kühlung

MIXKompressor &Freie Kühlung

DXKompressorKühlung

DFC steuert alle Systemkomponenten mit höchster Energieeffizienz

Stand-by

Aus Min. CW: MaxDX: Off An Max. Variabel

An

An

Aus

Aus

Step

An

Variabel

Max.

Max.

CW: MaxDX: Off

CW: VarDX: Var

CW: OffDX: Max

Max.

Max.

Max.

Max.

Min. Variabel


IT Klima mit System

15

16

17

18

15

16

17

18

Pumpentechnologie

Auslegung Rohrleitungs-system inkl. Armaturen

Auslegung der Wärmetauscher

Lüftertechnologie

Weitere Stellschrauben an einem Freikühlungssystem


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Neue Konzepte



IT Klima mit System

Neue Konzepte: STULZ Direkte Freie Kühlung!

ASHRAE TC 9.9 - 2004

ASHRAE TC 9.9 - 2008

Veränderte Anforderungen an die Klimatisierung machen neueKlimakonzepte möglich!

oder

Enge Toleranzen für Temperatur und Luftfeuchtigkeit erfordernnach wie vor Umluftklimatisierung!


IT Klima mit System


Ber

lin

Bre

mer

have

n

Ess

en

Fra

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Ham

burg

Man

nhei

m

Mün

chen

Nür

nber

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Stu

ttgar

t

% Anteil 87,6 94,1 91,2 86,8 92,6 85,7 90,0 88,9 90,7

Stunden 7.672 8.239 7.992 7.601 8.111 7.508 7.883 7.787 7.942

Stunden = Jahrestemperaturstunden bis einschließlich 18°C

WETTERDATEN

Mittlere jährliche Stundenanzahl, gemäß DIN 4710 Januar 2003

% Anteil = Prozentualer Anteil der Jahrestemperaturstunden bis einschließlich 18°C

d.h. in Deutschland sind mindestens 85% des Jahres die Temperaturen ≤ 18°C


IT Klima mit System


IT Klima mit System


Vorteile:

Hohe Energieeffizienz durch die direkte Nutzung der Freien Kühlung –keine Verluste durch zusätzliche Wärmetauscher

Hervorragende Skalierbarkeit des Systems „Build as you grow!“ –keine Hydraulikauslegung (Verrohrung, Pumpen, Armaturen) am 1.Tag für den Endausbau notwendig

Hohe Betriebssicherheit durch in sich geschlossene und einfachaufgebaute Klimatisierungssysteme

Geringere Investitionskosten im Vergleich zu Systemen der Indirekten Freien Kühlung

Geringerer Energiebdarf im Vergleich zu allen herkömmlichen Systemen


IT Klima mit System


Rahmenbedingungen:

Freigabe der Raumfeuchtigkeit – Bereich z.B. 20%- 80% r.F.

Bei der Standortwahl Staubbelastung berücksichtigen (z.B. Vermeidung der Nähe zu Autobahn, Ernte, Innenstadtbereich)

Inkaufnahme von möglichen Umwelteinflüssen(z.B. Rauch, Gase etc.)

Eingeständnisse an die Gebäudesicherheit

Bauliche Voraussetzung:

Bauliche Freiheit für die Gebäudeausführung

Kanalstrecken möglichst kurz halten (Druckverluste)

Luftansaug vor Sonneneinstrahlung schützen


IT Klima mit System

Vielen Dank für Ihr InteresseKontakt:

Achim PfleidererLeiter Service und Marketing [email protected]

Green IT


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