RZ - Klimatisierung Leitfaden fأ¼r die Planung von Klima ... ¤sentaآ  Kأ¼hlung Kyoto-...

download RZ - Klimatisierung Leitfaden fأ¼r die Planung von Klima ... ¤sentaآ  Kأ¼hlung Kyoto- Kأ¼hlung rel.

If you can't read please download the document

  • date post

    15-Aug-2020
  • Category

    Documents

  • view

    0
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of RZ - Klimatisierung Leitfaden fأ¼r die Planung von Klima ... ¤sentaآ  Kأ¼hlung Kyoto-...

  • 1

    RZ - Klimatisierung

    Leitfaden für die Planung von Klima und Kältetechnik

    in Rechenzentren

  • 2

    Referentenprofil:

    Terrahe, Ulrich

    dc-ce RZ-Beratung Berner Str. 38

    60437 Frankfurt/Main

    069-66161895

    0173-6219556

    069-66161911

    u.terrahe@dc-ce.de

    Berufliche Ausbildung:

    Diplom-Ingenieur (Energie- und Wärmetechnik), Diplom-Wirtschafts-Ingenieur Maschinenschlosser

    Fachgebiet der Referententätigkeit:

    Technische Infrastruktur Rechenzentren, Risiko- und Schwachstellenanalyse

    Energieeffizienz in Rechenzentren

    Berufliche Tätigkeit:

    Seit 1997 in der RechenzentrumspIanung; Inhaber der dc-ce RZ-Beratung und Beratender Ingenieur,

    Frankfurt am Main, Initiator und Veranstalter des Events Future Thinking und des Deutschen

    Rechenzentrumspreises

    Erfahrung als Referent:

    Referent für die Datacenter Dynamics in Frankfurt und Mumbai, für die IIR und Euroforum in Frankfurt

    und Düsseldorf, Bitkom, Cast e.V., Universität Bochum, Computerwoche, Infrakon

    Referent an der Technischen Akademie Wuppertal (Seminar: Fachkraft für betriebssichere

    Rechenzentren)

    mailto:u.terrahe@dc-ce.de mailto:u.terrahe@dc-ce.de mailto:u.terrahe@dc-ce.de

  • 3

    Kaltgang-

    Warmgang

    Adsorber

    wassergekühltes

    Rack

    direkte freie

    Kühlung

    Kyoto-

    Kühlung

    rel. Feuchte

    PUE

    > 1,3

    Turbocor-

    verdichter

    Wärme-

    pumpe

    Einhausung

    Verschattung

    Adiabate

    Kühlung Direktverdampfer Tier 4

    ? dynamische

    Lasten

    Monitoring

    Wartung

    Freikühlregister

    Optimale Klimatisierung?

  • 4

    Kühlungsprozess im Rechenzentrum

    Rückluft Zuluft Außenluft Außenluft

    Vorlauf (Wasser)

    Rücklauf (Wasser)

    innen außen

    Rack /Rechenzentrum Umgebung

    3 =Kältemaschine *

    1 = Lüfter

    2 = Pumpen

    4 = Kondensator (Lüfter)

    5 = Wärmetauscher 5 = Wärmetauscher

    1

    5

  • 5

    Physikalische Gesetzmäßigkeiten

    Q = VL x ρA x cpA x Δ𝛝

  • 6

    Physikalische Gesetzmäßigkeiten

    𝑉 1

    𝑉 2 =

    𝑝1 𝑝2

    −2

    = 𝑃1 𝑃2

    −3

    = 𝑛1 𝑛2

    𝑉 : Volumenstrom 𝑝: Druckverlust 𝑃: elektrische Leistung 𝑛: Drehzahl des Ventilators

    Volumenstrom

    𝑽 in m³/h Druckverlust

    p in Pa

    Elektrische

    Leistungsaufnahme

    P in Watt

    3.000 500 3000

    2.500 347 1736

    2.000 222 889

    1.500 125 375

    1.000 56 111

    750 31 47

    500 14 14

    250 3 2

    3.000

    1.500 =

    500

    𝑝2

    −2

    = 3.000

    𝑃2

    −3

    = 𝑛1 𝑛2

    22 = 500 Pa

    𝑝2 → 𝑝2 = 125 Pa

    23 = 3.000 W

    𝑃2 → 𝑃2 = 375 W

  • 7

    Das hx- Diagramm nach Molliere

    1.25 kg/m 3

    1.20 kg/m 3

    1.15 kg/m 3

    1.10 kg/m3

    20 kJ/kg

    40 kJ/kg

    60 kJ/kg

    E nt

    ha lp

    ie

    100%

    50%

    90%

    80%

    70%

    60%

    40% 30% 20% 15% 10% 5%

    R e

    l. F

    e u

    c h

    te

    -0 g

    /k g

    2 g

    /k g

    4 g

    /k g

    6 g

    /k g

    8 g

    /k g

    1 0

    g /k

    g

    1 2

    g /k

    g

    1 4

    g /k

    g

    1 6

    g /k

    g

    1 8

    g /k

    g

    2 0

    g /k

    g

    Wasser

    -10 °

    -5 °

    0 °

    5 °

    10 °

    15 °

    20 °

    25 °

    30 °

    35 °

    40 °

    T e

    m p

    e ra

    tu r

    Meteorological data for Frankfurt concerning Meteonorm

    Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft - Druck 0.950 bar (537.000 m / 10.000 °C / 80.000 % rF)

    1.30 kg/m 3

    1.25 kg/m 3

    1.20 kg/m 3

    1.15 kg/m3

    20 kJ/kg

    40 kJ/kg

    60 kJ/kg

    E nt

    ha lp

    ie

    100%

    50%

    90%

    80%

    70%

    60%

    40% 30% 20% 15% 10% 5%

    R e

    l. F

    e u

    c h

    te

    -0 g

    /k g

    2 g

    /k g

    4 g

    /k g

    6 g

    /k g

    8 g

    /k g

    1 0

    g /k

    g

    1 2

    g /k

    g

    1 4

    g /k

    g

    1 6

    g /k

    g

    1 8

    g /k

    g

    2 0

    g /k

    g

    Wasser

    -10 °

    -5 °

    0 °

    5 °

    10 °

    15 °

    20 °

    25 °

    30 °

    35 °

    40 °

    T e

    m p

    e ra

    tu r

    Meteorological data for Frankfurt concerning Meteonorm

    Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft - Druck 1.001 bar (100.000 m / 10.000 °C / 80.000 % rF)

    1.25 kg/m 3

    1.20 kg/m 3

    1.15 kg/m 3

    1.10 kg/m3

    1.05 kg/m3

    0 kJ/kg

    20 kJ/kg

    40 kJ/kg

    60 kJ/kg

    E nt

    ha lp

    ie

    100%

    50%

    90%

    80%

    70%

    60%

    40%

    30% 20% 15% 10% 5%

    R e

    l. F

    e u

    c h

    te

    -0 g

    /k g

    2 g

    /k g

    4 g

    /k g

    6 g

    /k g

    8 g

    /k g

    1 0

    g /k

    g

    1 2

    g /k

    g

    1 4

    g /k

    g

    1 6

    g /k

    g

    1 8

    g /k

    g

    2 0

    g /k

    g

    Wasser

    -15 °

    -10 °

    -5 °

    0 °

    5 °

    10 °

    15 °

    20 °

    25 °

    30 °

    35 °

    40 °

    T e

    m p

    e ra

    tu r

    Meteorological data for Frankfurt concerning Meteonorm

    Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft - Druck 0.950 bar (537.000 m / 10.000 °C / 80.000 % rF)

    früher Ashrea 2011 recommended

    Ashrea 2011 allowable

    Physikalische Gesetzmäßigkeiten

  • 8

    Rückluft Zuluft

    innen

    Rack /Rechenzentrum

    Klima im Rechenzentrum

    Steuergrößen: • Zulufttemperatur • Rücklufttemperatur • Ventilatoren • Wärmetauscher

  • 9

    Kühlkonzept von Rackservern

    • Ansaugen von kalter Luft vorne

    – Luftdurchfluß durch den Server optimiert mit Leitblechen

    – Mehr Funktionen/Komponenten auf wenig Platz

    • keine Kühlung von Einzelkomponenten

    – kein Redundanzproblem

    – Erlaubt höhere interne Skalierbarkeit

    – Hitze wird mit angeordneten Lüftern aus dem Gehäuse effizienter entfernt

  • 10

    Benötigte Kälteleistung

    IBM Blade Center • Jedes Blade-Center Gestell benötigt “7U” • Max. 6 Blade-Center passen in ein Standard-

    “42U”-Rack • Max. Wärmelast pro BladeCenter: 4kW • Max. Wärmelast pro Rack: 24kW • Benötigte Luftmenge:

    6 x 850 m³/h = 5100 m3/h • Luftführung von vorne nach hinten

    Dell Blade Server • 10 PowerEdge 1855 Blades benötigen “7U” • Max. 6 PowerEdge 1855 Blades passen in ein

    Standard-“42U”-Rack • Max. Wärmelast für 10 Blades: 4.17kW • Max. Wärmelast pro Rack: 25kW • Benötigte Luftmenge:

    6 x 680 m3/h = 4080 m3/h • Luftführung von vorne nach hinten

  • 11

    Niedriges Luftvolumen Hohes Luftvolumen Einhausung

    Luftströmung im Rechenzentrum

  • 12

    Ventilatoren in Reihe geschaltet

  • 13

    Testrechenzentrum dc-ce am Hermann Rietschel Institute

  • 14

    Komfortklima versus Präzisionsklimatechnik

    - Geringeres Luftvolumen - Höhere Temperaturdifferenz - mehr Entfeuchtung - höhere latente Kühlleistung

    - höheres Luftvolumen - geringere Temperaturdifferenz - weniger Entfeuchtung - niedrige latente Kühlleistung

    Q = VL x ρA x cpA x ΔT

    Bilder Fa. Stulz

  • 15

    Praxisbeispiel: Spielen mit der Temperatur

  • 16

    Praxisbeispiel: Vergrößerung des Wärmetauscher

    wassergekühltes Rack

    Präzisions- Klimaschrank

    Präzisions- Klimaschrank

    Ventilator im DB (Weiss Klimatechnik)

    Klimawand Ventilator im DB

    (Weiss Klimatechnik)

  • 17 17

    FIAS Patent submitted @ DPMA 5.7.2008 (Lindenstruth, Stöcker)

    Rechenzentrum ohne externe Ventilationsleistung

  • 18

    Außenluft Außenluft

    außen

    Umgebung

    Rückkühltechnik

    Steuergrößen: • Außentemperatur • Wassertemperatur • Ventilatoren • Wärmetauscher • Außenfeuchte

  • 20

    Trockenrückkühler

    Trockenrückkühler

    Hochleistungs-(Trocken)rückkühler

    Trockenrückkühler (axial