Energieeffiziente Rückkühlung von Kühlkreisläufen

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1 Energieeffiziente Rückkühlung von Kühlkreisläufen Karlsruhe, DKV Vortrag JAEGGI Hybridtechnologie AG Thomas Rack Vertrieb Süddeutschland Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

2 DKV Karlsruhe Inhalt > Vorstellung Güntner - Gruppe > Rückkühltechnik im Überblick > Übersicht der Rückkühltechnik > Funktionsprinzip hybride Adiabate Kühlung > Beispiel Energieeffizienz im Rechenzentrum > Ausgangssituation > Funktionsprinzip > Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine, freie Kühlung > Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern > Hygienischer Betrieb von Verdunstungskühlanlagen > Wassertechnik > VDI > Ausgeführte Anlage > z.b. Deutschlands größtes Rechenzentrum > Fazit Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

3 Güntner Gruppe - Technologien Applications Products Technology Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

4 Güntner Gruppe - Technologien Applications Products Technology Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

5 JAEGGI Hybridtechnologie AG über 85 Jahre Erfahrung 1934 Produktionsstart von Kühlsystemen 1969 Erweiterung der Produktion in Boesingen 2003 Hybrider Verflüssiger HTV wird patentiert 2012 Entwicklung des Adiabatic Dry Cooler Hybrid Blue 1929 JAEGGI Firmengründung in Bern, CH 1948 Expansion und Bau einer neuen Produktionshalle 1988 Entwicklung des Hybriden Trockenkühlers HTK 1995 Mitglied der Güntner Gruppe 2009 Verlagerung des Hauptsitzes nach Basel, CH 2009 Produktionsverlagerung nach Fürstenfeldbruck, Deutschland Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

6 ? Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

7 Rückkühltechnik im Überblick Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

8 Rückkühltechnik im Überblick T=35 C / 33%Rh Trocken=35 C Feuchtkugel=22 C 40 C KGA Kühlgrenzabstand 27 C Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

9 Rückkühltechnik Überblick über verfügbare Rückkühltechnik Referenz Lufttemperatur: 34 C Relative Feuchte: 36% Feuchtkugeltemperatur: 22 C Kühlw.: >42 C Kühlw.: >24 C Trocken Besprüht Adiabat Hybrid Kühlturm Geschl. Kreislauf Kühlturm Offener Kreislauf trocken benetzt Photo: Hamon T fluid = T TK K T fluid = T FK K T fluid = T FK K T fluid = T FK K T fluid = T FK K T fluid = T FK K Aufstellfläche % 500% 300% 200% Invest % % 400% 200% Referenz 100% Referenz 100% Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

10 Rückkühltechnik im Überblick ADC Advanced Dry Cooler adiabat HTK Hybrid High Performance Verdunstung Drucklose Wasseraufgabe keine Aerosolbildung Hygienekonformität nach VDI Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

11 Rückkühltechnik im Überblick ADC Advanced Dry Cooler adiabat HTK Hybrid High Performance Verdunstung 35 C 32 C 35 C 24 C 32 C 35 C 30 C 30 C 27 C Drucklose Wasseraufgabe keine Aerosolbildung Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

12 Rückkühltechnik im Überblick ADC Advanced Dry Cooler adiabat 35 C HTK Hybrid High Performance Verdunstung 32 C 35 C 24 C 32 C Befeuchtungsmatte Wärmeübertrager 30 C Drucklose Wasseraufgabe keine Aerosolbildung 27 C Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

13 Adiabater Rückkühler ADC Funktion und Vorteile des JAEGGI ADC Advanced Dry Cooler Therm. Leistung 60kW 1.0 MW (KGA 8K) Vorteile gegenüber Trockenkühlern: > viel niedrigere Wassertemperaturen, Kühlgrenze Feuchtkugeltemperatur > geringerer Stromverbrauch > geringerer Platzbedarf Vorteile gegenüber Kühltürmen: > viel geringerer Wasserverbrauch > schwadenfrei > Keine Aerosolbildung (Legionellenemission, Hygienekonformität) > Keine Verschmutzung des Primärsystems > Keine Wasseraufbereitung erforderlich > deutlich leiser (keine Schalldämpfer) Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

14 Hybrider Trockenkühler HTK Funktion und Vorteile des JAEGGI Hybridkühlers (HTK Hybrid High Performance ) Therm. Leistung 100kW 2.5 MW (KGA 4K) Vorteile gegenüber Trockenkühlern: > viel niedrigere Wassertemperaturen, Kühlgrenze Feuchtkugeltemperatur > geringerer Stromverbrauch > geringerer Platzbedarf Vorteile gegenüber Kühltürmen: > viel geringerer Wasserverbrauch > schwadenfrei > Keine Aerosolbildung (Legionellenemission, Hygienekonformität) > Keine Verschmutzung des Primärsystems > geringes Benetzungswasservolumen > deutlich leiser (keine Schalldämpfer) Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

16 Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum = h h PUE Power Usage Effectivness ZIEL: PUE so gering wie möglich Quelle: DENA; Leistung steigern, Kosten senken: Energieeffizienz im Rechenzentrum Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

17 Kältemaschinen-Kühlung Energieeinsparung bei der Kältemaschinen Kühlung: > hohe Lufttemperaturen > tiefe Kühlwassertemperaturen > Effiziente Rückkühlung der Kältemaschine > Nutzung der freien Kühlung > Wassereinsparung durch Hybride Trockenkühler > geringerer Stromverbrauch > geringerer Platzbedarf Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

18 Kälteprozess Cooling process in the log(p) - h diagram Optimierung wassergekühlte Kältemaschine Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Verflüssiger (1) und Verdampfer (3), umso kleiner ist der elektrische Energieverbrauch des Verdichters (2) à Potential für Energieeinsparung in der Kältetechnik Kälteprozess mit den Hauptkomponenten im log(p) - h Diagramm Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

19 Empfehlungen gemäss ASHRAE 35 ASHRAE TC9.9 DATACENTER CLASS A1 (ALLOWABLE) [ C] Tmin Tmax Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

20 Rückkühltechnik im Überblick Kühlgrenzabstand T=35 C / 33%Rh Trocken=35 C Feuchtkugel=22 C 40 C KGA Kühlgrenzabstand 27 C Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

21 Kälteprozess & Leistungszahl EER (Kältemaschine) EER(25/ 30) EER(30/ 35) = = LEISTUNGSZAHL Kaltwasser 20 /14 Kaltwasser 12 /6 P P Elektr. Elektr. (25/ 30) (30/35) = = Bezogen auf kw Kälteleistung Bei Kaltwassertemperatur 20/14 C 18kW 14% 3%» Þ 132kW 5K 1K 114kW 132kW 0 37/42 30/35 27/32 25/30 KÜHLWASSERTEMPERATUREN [ C] Strom sparen an der Kältemaschine durch niedrigere Verflüssigungstemperaturen: ca. 3% pro 1K Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

22 Leistungszahl EER (Kältemaschine) Bezogen auf kw Kälteleistung Hybridkühler Kühlleistung: kw Kühlwasser: 32 C /27 C Lufttemp.: 34 C / 36% Pel: 15 kw EER : >70 Kühlwassertemperatur Leistungsaufnahme < 35 C kw nur Kältemaschine durch Verdunstungsenergie Bei Lufttemperatur > 34 C mit 36% relativer Feuchte Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

23 Freie Kühlung (ohne Kältemaschinenbetrieb) Free Cooling: > tiefere Lufttemperaturen erforderlich > Energieeinsparung durch ausgeschaltete Kältemaschine (ca. Faktor 10 geringerer Kraftbedarf) > Massive Wassereinsparung durch Hybride Trockenkühler gegenüber Kühlturmlösungen Hybride Trockenkühler im free-cooling-betrieb, Systemtrennung vom Wasser-Glykolgemisch im Kühlerkreis über Plattentauscher zu reinem Wasser im Kaltwasserkreis zum Serverraum Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

24 Freie Kühlung in Abhängigkeit der Kaltwassertemperatur 100% 80% 60% Hybridkühler 40% 20% 0% 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 Kühlleistung: kw Kühlwasser: 32 C /27 C Lufttemp.: 34 C / 36% Pel: 15 kw EER : >70 Temperaturhäufigkeit Standort Stuttgart DIN 4710 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

25 100% Freie Kühlung System ohne Kältemaschine: > Reine Freie Kühlung 8760h > Redundante Kühler > Grosser Regenwassertank > Redundante Benetzungswasserversorgung (Regenwasser / UO) Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

26 100% freie Kühlung RZ Swisscom / Bern Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

27 Berechnung Betriebscharakteristik Energieeffiziente-Rückkühlung Regelungsstrategie von Hybridkühlern Regelgröße (28 C) 34 C 28 C Kühlleistung: kw Kühlwasser: 36 C / 30 C Luftzustand: 33 C / 38% rf Anstieg der Lufttemperatur / Kühllast Regelung Ventilatordrehzahl bis 100% Sequentielle Benetzung Lastabhängige Benetzung / Verdunstung 35 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

28 Die vier Betriebsarten Freie Kühlung trocken Freie Kühlung benetzt trocken benetzt Stunden pro Jahr Wassertemperaturen: 18 /13 C Wassertemperaturen: 32 /27 C Lufttemperatur C 598 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

29 Verdunstungswassermenge in Abhängigkeit der Lufttemperatur Rückkühlleistung kw mit Kühlwasser 32/27 C bei Tf = 22 C: Vergleich der Verdunstungswassermenge Kühlturm - Hybridkühler 100% 90% Temperaturhäufigkeit Standort Stuttgart Verdunstungswassermengem³/h 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Kühlturm Hybridkühler 0% Lufttemperatur Wasser- und Chemieeinsparung von ca. 80% durch den Einsatz von Hybridkühler gegenüber Kühlturm bei ganzjahres Betrieb (Rechenzentrum) Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

31 Hybrider Trockenkühler HTK Benetzungswasser µs LF» 800 cm Eindickungsgradient Leitfähigkeitsmessung µs LF» 870 cm Abschlämmung µs LF» 920 cm Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

32 Hygiene VDI Hygienischer Betrieb von Verdunstungskühlanlagen VDI ( ) trocken benetzt Trocken Besprüht Adiabat Hybrid Kühlturm Geschl. Kreislauf Kühlturm Offener Kreislauf Photo: Evapco Photo: Hamon Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

33 Hygiene VDI Ereigniskette zur Legionellenverbreitung 1. Eintrag von Legionellen in den Verdunstungskühler 2. Unkontrollierte Vermehrung von Legionellen 3. Ausbringung von kontaminierten Aerosolen Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

34 Hygiene VDI Eintrag von Legionellen in das System Rohrleitung, Komponenten Wasseraufbereitung Verdunstungs- Rückkühler Austrag von Aerosolen Umgebung Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

35 Hygiene VDI Eintrag von Legionellen in den Verdunstungskühler über die Umgebung è Benetzungsbeckenabdeckung ist Standardausstattung è Optionale Blütenschutzgitter Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

36 Hygiene VDI Unkontrollierte Vermehrung von Legionellen è Zugänglichkeit für Inspektion und Reinigung Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

37 Hygiene VDI Ausbringung von kontaminierten Aerosolen è Sichere Auslegung - Strömungsgeschwindigkeit - Ventilatoreinheit - Benetzungswassermenge è Drucklose Wasseraufgabe - kein Aerosol è Wärmetauscher mit integriertem Tropfenabscheider - glatter Wasserfilm - keine Aerosolausbringung Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

38 Hygiene VDI Projektumsetzung è Risikoanalyse aus hygienischer Sicht - Detaillierte Informationen bez. VDI è Inbetriebnahme Dokumentation - detaillierte technische Daten - gemessene Werte - eingestellte Parameter - Benetzungswasseranalyse - è Betreiberschulung - Im Rahmen der Inbetriebnahme Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

39 Hygiene VDI Zusammenfassung Hygienischer Betrieb von Verdunstungskühlanlage mit allen JAEGGI Rückkühlern Eigenschaften konform VDI è Konstruktion è verwendete Materialien è Zugänglichkeit für Inspektionen è Reinigung und Desinfektion è Dokumentation Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

41 Gleitende Freie Kühlung Hybride Trockenkühler in Deutschlands grösstem Rechencenter Umweltfreundliche und effiziente Rechencenterkühlung Kühlertyp: 18 x HTK 1.8/10.9 (2014) 18 x HTK 1.8/10.9 (2017) Kühlleistung: Kühlmedium: KW 34% Glykol/ 66% Wasser Medium temp: 36 C / 30 C Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

42 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 und somit optimalem EER Wassereinsparung gegenüber Kühlturmlösung Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

43 Referenz Lingköping, Sweden Umweltfreundliche und effiziente Kühlung Kühlertyp: 7 x HTK 3.24/10.9 Kühlleistung: Kühlmedium: kw 35% Glykol, 65% Wasser Medium temp: 20 / 10 C Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

44 Referenz Lingköping, Sweden 20 C 20 C 10 C C Luftgekühlte Kältemaschine in Serie mit dem hybriden Trockenkühler > Der Kühler liefert so lange wie möglich die volle Kälteleistung > Wenn erforderlich, kühlt die Kältemaschine auf den Sollwert 10 C > Der Hybride Trockenkühler liefert Free-Cooling während 92% vom Jahr Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

45 Referenz Lingköping, Sweden JAEGGI hybrider Trockenkühler HTK 3.24/10.9 > 5000 h/a trockene Freie Kühlung, 1.05 MW pro Kühler ohne Kältemaschine bei 20 / 10 C > Weitere 3540 h/a mit gleitender Freier Kühlung bis 20 / 19 C > Total ca Stunden / Jahr ohne reinen Kältemaschienenbetreib > Der Hybride Trockenkühler liefert Free-Cooling während 92% vom Jahr > Kältemaschine liefert 100% backup und korrigiert die Wassertemperatur des hybriden Trockenkühlers falls erforderlich. Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

46 100% Wasser Betrieb ohne Kältemaschine Hybride Trockenkühler bei Equinix AM3 - Amsterdam, Niederlande Compressorless Datacenter Kühlung mit ATES Kühlertyp: 7 x HTK 3.24/10.9 Kühlleistung: Kühlmedium: Aufstellfläche mit: Betriebsgewicht pro Kühler: kw 0% Glykol, 100% Wasser 11 m x 3 m (4.9 m Höhe) 18,961 kg Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

47 100% Wasser System JAEGGI Hybrid Trockenkühler HTK 3.24/10.9 > C Abkühlen des ATES und Freie Kühlung 1151 Stunden / Jahr > C Freie Kühlung 5982 Stunden / Jahr > C Vorkühlung Hybridkühler Nachkühlung mit ATES > >25 C reiner ATES Betrieb > Ausgeglichener Verbrauch / Regeneration des ATES über das Jahr Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

48 100% Freie Kühlung Hybride Trockenkühler bei Swisscom - Bern, Schweiz Compressorless Datacenter Kühlung Kühlertyp: 8 x HTK 1.8/7.8 Kühlleistung: Kühlmedium: Medium Temp: 8 x 750 kw, gesamt kw 34% Glykol, 66% Wasser 35/ 25 C / 36 / 26 C Verbraucherkreis Aufstellfläche: Betriebsgewicht: 9.3 m x 2 m (3.3 m Höhe) 7,345 kg Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

49 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 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

50 Fazit Minimaler Energie- und Wasserverbrauch > Maximiert die Freikühlleistung > Durch hohe Lufttemperaturen in den Rechenzentren (ASHRAE 2016) > Energieeinsparung von 90% und mehr > Mit Systemen ohne Kältemaschine > Durch optimierte Mess- und Regeltechnologie > Höchstmögliche Kaltwasser-Temperatur > Durch hocheffiziente Wärmeübertrager in den Rechenzentren > Durch große Wärmeübertragerflächen > Wassereinsparung > Durch Hybride Trockenkühler mit vielen Betriebsstunden im Trockenbetrieb > Hygienischer Betrieb > Einsatz von VDI konformen Rückkühlern > Unterstützung über gesamte Projektdauer, von Planung bis Betrieb Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

51 Vier Marken eine starke Gruppe Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

52 Vielen Dank 20 Jahre Erfahrung in Rechencenterkühlung Über 400 Geräte mit ca. 500 MW Rückkühlleistung Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

53 Energieeffiziente Rückkühlung von Kühlwasserkreisläufen 15. März 2017 Dipl.-Ing. FH Thomas Rack Vertrieb Süd JAEGGI Hybridtechnologie AG Tel.: Mobil: Mail: Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /