energieeffiziente rückkühlung in rechenzentren staffel 20/infrakon... · rechenzentrum usv 10%...
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18. Februar 2016infraKon 2016 –Die InfrastrukTour
ReferentMarian KielpinskiVertriebsleiter DACHJAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeffiziente Rückkühlungin Rechenzentren
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infraKon 2016Inhalt
> Allgemein
> Güntner Gruppe
> Übersicht der Rückkühltechnik
> 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 100% Freie Kühlung
> Fazit
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JAEGGI Hybridtechnologie AGüber 85 Jahre Erfahrung
1929 JAEGGI Firmengründung in Bern, CH
1988Entwicklung des HybridenTrockenkühlersHTK
2003HybriderVerflüssiger HTVwird patentiert
2009Verlagerung des Hauptsitzes nach Basel, CH
1934Produktions-start von Kühlsystemen
1969 Erweiterung der Produktion in Boesingen
1948Expansion und Baueiner neuenProduktionshalle
1995Mitglied der Güntner Gruppe
2012Entwicklung des AdiabaticDry Cooler Hybrid Blue
2009Produktionsverlagerung nach Fürstenfeldbruck, Deutschland
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Güntner Gruppe - Technologien
Pro
duct
sA
pplic
atio
nsT
echn
olog
y
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Vier Marken –eine starke Gruppe
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> Rückkühltechnik im Überblick
Energieeffiziente Rückkühlungin Rechenzentren
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Rückkühltechnik im Überblick
Kühlturm offen
Kühlturm geschlossen
HybridkühlerJAEGGI
„ADC“ KühlerJAEGGI
HydrosprayGüntner
Trockenkühler Güntner
TFluid =TFK+2K TFluid =TFK+3K TFluid =TFK+4K TFluid =TFK+5...8 K TFluid =TFK+5...8K TFluid =TTK+ 8...15K
Aufstellfläche100%
Aufstellfläche200%
Aufstellfläche300%
Aufstellfläche500%
Aufstellfläche500 … 600%
Photo: Hamon Photo: Evapco
TrockenBenetzt
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Rückkühltechnik im Überblick
T=35°C / 33%Rh
Trocken=35°C
Feuchtkugel=22°C
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Vorteile gegenüber Trockenkühlern:
> viel niedrigere Wassertemperaturen, KühlgrenzeFeuchtkugeltemperatur
> 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 ®)
Hybrider Trockenkühler HTK
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Vorteile gegenüber Trockenkühlern:
> viel niedrigere Wassertemperaturen, KühlgrenzeFeuchtkugeltemperatur
> 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 ADC Advanced Dry Cooler
Adiabater Rückkühler ADC
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> Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Energieeffiziente Rückkühlungin Rechenzentren
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Ressourcenverbrauch imRechenzentrum
USV
10%
Luftverteilung
12%
Kühlung25%
IT Hardware50%
Netzteile/ Licht etc.
3%
Quelle: DENA; Leistung steigern, Kosten senken: Energieeffizienz im Rechenzentrum
ZIEL: PUE (Power Usage Effectiveness) so gering wie möglich
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Klassische Kälteerzeugung
Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung
Energiezufuhr durch Verdichter der Kälteanlage, Pump en, Gebläse, …
Luftkühler
Verdampfer Verflüssiger
Rückkühler
20/15ºC Kaltwasser 32/27ºC Kühlwasser
1000 kW 1120 kW
Kältemaschine
120 kWWasser
Elektrische EnergieElektrische Energie
Elektrische Energie
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Definition EER
Luftkühler
Verdampfer Verflüssiger
Rückkühler
.
0
brauchEnergieverer Elektrisch
ngKühlleistu
Aufwand
Nutzen
elektrP
QEER ===
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Freie Kühlung
Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung
Luftkühler Rückkühler
20/15ºC Kaltwasser
1000 kW 1000 kW
Wasser
Elektrische Energie
Elektrische Energie
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Empfehlungen gemässASHRAE
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> Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Energieeffiziente Rückkühlungin Rechenzentren
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Kältemaschinen -Kühlung
Kältemaschinen Kühlung:
> hohe Lufttemperaturen
> Effiziente Rückkühlung der Kältemaschine
> Energieeinsparung im Kältemaschinenbetrieb
> Wassereinsparung durch Hybride Trockenkühler
> geringerer Stromverbrauch
> geringerer Platzbedarf
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Cooling process in the log(p) - h diagram
Kälteprozess mit den Hauptkomponenten im log(p) - h Diagramm
Optimierung wassergekühlte Kältemaschine
Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Verflüssiger (1) und Verdampfer (3), umso kleiner ist der elektrische Energieverbrauch des Verdichters (2)
� Potential für Energieeinsparung in der Kältetechnik
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4
5
6
7
8
9
10
25/30 27/32 30/35 34/42
En
erg
y E
ffic
ien
cy R
ati
o (
EE
R)
Kühlwassertemperaturen [°C]
bei Kaltwasser 20/15°C
Strom sparen an der Kältemaschine durch niedrigere
Verflüssigungstemperaturen: ca. 3% pro 1K
KKkW
kW
kWP
kWP
EER
EER
Elektr
Elektr
1
%3
5
%14
132
18
132)35/30(
114)30/25(
57.7)35/30(
77.8)30/25(
.
.
⇒≈
==
==
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Leistungsaufnahme 1.000 kW Kältemaschine
Hybridkühler
Kühlleistung 1.150 kW Kühlwasser 32°C /27°CLufttemp. 34°C / 36%P el. 15 kW„EER“ >70
Kühlwassertemperatur < 35 °C nur durch Verdunstungsenergie
Bei Lufttemperatur > 34 °C mit 36% relativer Feuchte
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Energieeffiziente Rückkühlungin Rechenzentren
> Freie Kühlung
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Freie-Kühlung
Free Cooling:
> tiefe Lufttemperaturen
> Energieeinsparung durch ausgeschaltete Kältemaschine
> Wassereinsparung durch Hybride Trockenkühler
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Freie Kühlung in Abhängigkeitder Kühlwassertemperatur
Hybridkühler
Kühlleistung 1.150 kW Kühlwasser 32°C /27°CLufttemp. 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°C
Kältemaschinenbetrieb
Freie Kühlung benetzter Betrieb
Freie Kühlung Trockenbetrieb
TemperaturhäufigkeitStandort Stuttgart DIN
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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 Betri eb (Rechenzentrum)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Ver
duns
tung
swas
serm
enge
m³/h
Lufttemperatur
Vergleich der Verdunstungswassermenge Kühlturm - Hybridkühler
Temperaturhäufigkeit Standort Stuttgart
Hybridkühler
Kühlturm
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Die vier Betriebsarten
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Stu
nd
en
pro
Ja
hr
Lufttemperatur°C
Freie Kühlung trocken Freie Kühlung benetzt trocken benetzt
3814
1782
598
2566
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Regelungsstrategie von Hybridkühlern
Kühlleistung: 6.120 kWKühlwasser: 36°C / 30°CLuftzustand: 33°C / 38% rF
Vier Hybride Trockenkühler
34°C28°C
Regelgröße (28°C)
Anstieg der Lufttemperatur / KühllastRegelung Ventilatordrehzahl bis 100%Sequentielle Benetzung
Lastabhängige Benetzung / Verdunstung
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> Fallbeispiele
Energieeffiziente Rückkühlungin Rechenzentren
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Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz
Wasser � ����°�� � , �� �
�∙�
Wasser/ Glykol (76/34) � � ��°� � �, �� �
�∙�∆� � ��%
Quelle: http://www.schickgruppe.net/wp-content/uploads/2014/05/Merkblatt-Antifrogen-N_Februar_2014.pdf 01.02.16
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Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz
The Beauty … …and the Beast
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ErforderlicheSchutzmassnahmen
- Zu-/ Abluft Jalousieklappen
- Wintervorhänge
- Mindestleistung im Notbetrieb
- Permanente Umwälzung
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100% Wasser ohneKältemaschineHybride Trockenkühler bei “Equinix AM3” - Amsterdam, Nie derlande
Compressorless Datacenter Kühlung mit ATES
Kühlertyp: 4 x HTK 3.24/10.9 (phase I)
Kühlleistung: 11‘258 kW
Kühlmedium: 0% Glykol, 100% WasserMedium Temp: 32/ 9 °C
Aufstellfläche mit: 11 m x 3 m(4.9 m Höhe)
Betriebsgewicht pro Kühler: 18,961 kg
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Aquifer Thermal Energy Storage (ATES)
Wärmequelle
20°C 15°C
13°C
18°C
Wärmespeicher
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Aquifer Thermal Energy Storage (ATES)
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100% Wasser System
JAEGGI Hybrid Trockenkühler HTK 3.24/10.9
> -16 – 1.5°C Abkühlen des ATES1151 Stunden / Jahr
> 1.5 - 14°C Freie Kühlung5982 Stunden / Jahr
> 14 - 25°C Vorkühlung mit Kältemaschine
> >25°C reiner ATES Betrieb
> Ausgeglichener Verbrauch / Regeneration des ATES über das Jahr
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Gleitende Freie Kühlung
Hybride Trockenkühler in Deutschlands grösstem Rech encenter
Environment friendly and efficient cooling
Kühlertyp: 18 x HTK 1.8/10.9
Kühlleistung: 21.42 MW
Kühlmedium: 34% Glykol/ 66% Wasser
Medium temp: 36°C / 30°C
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Gleitende Freie Kühlung
JAEGGI Hybrid Trockenkühler HTK 1.8/10.9
> 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 Kühlwassertemperaturen
Effizienter KM Betrieb
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100% Freie Kühlung
Hybrid Dry Coolers at “Swisscom” - Bern, Switzerland
Compressorless Datacenter Cooling
Kühlertyp: 8 x HTK 1.8/7.8
Kühlleistung: 6‘000 kW
Kühlmedium: 34% Glykol, 66% WasserMedium Temp: 35/ 25 °C
Aufstellfläche: 3.5 m x 2 m(3.2 m Hähe)
Betriebsgewicht: 7,345 kg
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100% Freie Kühlung
System ohne Kältemaschine:
> Reine Freie Kühlung 8760h
> Redundante Kühler
> Grosser Regenwassertank
> Redundante Benetzungswasser-versorgung (Regenwasser/ UO)
> Effiziente Plattenwärmetauscher
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Referenz TIER IV
JAEGGI Hybride Trockenkühler HTK 1.8/7.8
> 8760 Stunden Free Cooling!
> Leistungstest auf dem Prüfstand zur Überprüfung der spezifizierten Leistungen.
> Akustische Messungen zur Überprüfung der Schalldaten
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FazitMinimaler Energie- und Wasserverbrauch
> Maximiert die Freikühlleistung> Durch hohe Lufttemperaturen in den Rechenzentren (ASHRAE 2011)
> Durch niedrige Umgebungstemperaturen am Standort
> Energieeinsparung von bis zu 93% und mehr> Mit Systemen ohne Kältemaschine
> Durch optimierte Mess- und Regeltechnologie
> Höchstmögliche Kaltwasser-Temperatur> Durch hocheffiziente Wärmeübertrager in den Rechenzentren (Rear door heat exchanger)
> Durch große Wärmeübertragerflächen
> Wassereinsparung> Durch Hybride Trockenkühler mit vielen Betriebsstunden im Trockenbetrieb
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