Energieeffiziente Rückkühlung in Rechenzentren

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1 Energieeffiziente Rückkühlung in Rechenzentren infrakon 2016 Die InfrastrukTour 18. Februar 2016 Referent Marian Kielpinski Vertriebsleiter DACH JAEGGI Hybridtechnologie AG Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

2 infrakon 2016 Inhalt > 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 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

3 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 /

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

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

6 Energieeffiziente Rückkühlung in Rechenzentren > Rückkühltechnik im Überblick Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

7 Rückkühltechnik im Überblick Kühlturm offen Kühlturm geschlossen Hybridkühler JAEGGI ADC Kühler JAEGGI Hydrospray Güntner Trockenkühler Güntner Benetzt Trocken Photo: Hamon Photo: Evapco T Fluid =T FK +2K T Fluid =T FK +3K T Fluid =T FK +4K T Fluid =T FK K T Fluid =T FK K T Fluid =T TK K Aufstellfläche 100% Aufstellfläche 200% Aufstellfläche 300% Aufstellfläche 500% Aufstellfläche % Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

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

9 Hybrider Trockenkühler HTK Funktion und Vorteile des JAEGGI Hybridkühlers (HTK Hybrid High Performance ) 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) Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

10 Adiabater Rückkühler ADC Funktion und Vorteile des JAEGGI ADC Advanced Dry Cooler 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) Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

11 Energieeffiziente Rückkühlung in Rechenzentren > Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

12 Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum ZIEL: PUE (Power Usage Effectiveness) so gering wie möglich Netzteile/ Licht etc. 3% USV 10% Luftverteilung 12% IT Hardware 50% Kühlung 25% Quelle: DENA; Leistung steigern, Kosten senken: Energieeffizienz im Rechenzentrum Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

13 Klassische Kälteerzeugung 1000 kw 1120 kw Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung Luftkühler Kältemaschine Rückkühler 20/15ºC Kaltwasser Verdampfer Verflüssiger 32/27ºC Kühlwasser Elektrische Energie 120 kw Wasser Elektrische Energie Elektrische Energie Energiezufuhr durch Verdichter der Kälteanlage, Pumpen, Gebläse, Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

14 Definition EER Nutzen Kühlleistung EER = = = Aufwand Elektrischer Energieverbrauch Q 0 P elektr. Luftkühler Rückkühler Verdampfer Verflüssiger Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

15 Freie Kühlung 1000 kw 1000 kw Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung Luftkühler Rückkühler 20/15ºC Kaltwasser Elektrische Energie Wasser Elektrische Energie Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

16 Empfehlungen gemäss ASHRAE Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

17 Energieeffiziente Rückkühlung in Rechenzentren > Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

18 Kältemaschinen-Kühlung Kältemaschinen Kühlung: > hohe Lufttemperaturen > Effiziente Rückkühlung der Kältemaschine > Energieeinsparung im Kältemaschinenbetrieb > Wassereinsparung durch Hybride Trockenkühler > geringerer Stromverbrauch > geringerer Platzbedarf Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

19 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) Potential für Energieeinsparung in der Kältetechnik Kälteprozess mit den Hauptkomponenten im log(p) - h Diagramm Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

20 10 Energy Efficiency Ratio (EER) /30 27/32 30/35 34/42 Kühlwassertemperaturen [ C] bei Kaltwasser 20/15 C EER(25/ 30) = EER(30/ 35) = P P Elektr. Elektr. (25/ 30) (30/ 35) = = 132kW 18kW 14% 3% 132kW 5K 1K kW Strom sparen an der Kältemaschine durch niedrigere Verflüssigungstemperaturen: ca. 3% pro 1K Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

21 Hybridkühler Kühlleistung kw Kühlwasser 32 C /27 C Lufttemp. 34 C / 36% P el. 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 /

22 Energieeffiziente Rückkühlung in Rechenzentren > Freie Kühlung Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

23 Freie-Kühlung Free Cooling: > tiefe Lufttemperaturen > Energieeinsparung durch ausgeschaltete Kältemaschine > Wassereinsparung durch Hybride Trockenkühler Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

24 Freie Kühlung in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur 100% 80% Hybridkühler 60% 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 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

25 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 Verdunstungswassermenge m³/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 /

26 Die vier Betriebsarten Freie Kühlung trocken Freie Kühlung benetzt trocken benetzt 350 Stunden pro Jahr Lufttemperatur C Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

27 Regelungsstrategie von Hybridkühlern Vier Hybride Trockenkühler 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 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

28 Energieeffiziente Rückkühlung in Rechenzentren > Fallbeispiele Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

29 Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz Wasser Wasser/ Glykol (76/34),, % Quelle: Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

30 Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz The Beauty and the Beast Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

31 Erforderliche Schutzmassnahmen - Zu-/ Abluft Jalousieklappen - Wintervorhänge - Mindestleistung im Notbetrieb - Permanente Umwälzung Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

32 100% Wasser ohne Kältemaschine Hybride Trockenkühler bei Equinix AM3 - Amsterdam, Niederlande Compressorless Datacenter Kühlung mit ATES Kühlertyp: 4 x HTK 3.24/10.9 (phase I) Kühlleistung: kw Kühlmedium: 0% Glykol, 100% Wasser Medium Temp: 32/ 9 C Aufstellfläche mit: Betriebsgewicht pro Kühler: 11 m x 3 m (4.9 m Höhe) 18,961 kg Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

33 Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) 18 C 13 C 20 C 15 C Wärmequelle Wärme speicher Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

34 Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

35 100% Wasser System JAEGGI Hybrid Trockenkühler HTK 3.24/10.9 > C Abkühlen des ATES 1151 Stunden / Jahr > C Freie Kühlung 5982 Stunden / Jahr > C Vorkühlung mit Kältemaschine > >25 C reiner ATES Betrieb > Ausgeglichener Verbrauch / Regeneration des ATES über das Jahr Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

36 Gleitende Freie Kühlung Hybride Trockenkühler in Deutschlands grösstem Rechencenter Environment friendly and efficient cooling Kühlertyp: 18 x HTK 1.8/10.9 Kühlleistung: MW Kühlmedium: 34% Glykol/ 66% Wasser Medium temp: 36 C / 30 C Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

37 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 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

38 100% Freie Kühlung Hybrid Dry Coolers at Swisscom - Bern, Switzerland Compressorless Datacenter Cooling Kühlertyp: 8 x HTK 1.8/7.8 Kühlleistung: kw Kühlmedium: 34% Glykol, 66% Wasser Medium Temp: 35/ 25 C Aufstellfläche: 3.5 m x 2 m (3.2 m Hähe) Betriebsgewicht: 7,345 kg Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

39 100% Freie Kühlung System ohne Kältemaschine: > Reine Freie Kühlung 8760h > Redundante Kühler > Grosser Regenwassertank > Redundante Benetzungswasserversorgung (Regenwasser/ UO) > Effiziente Plattenwärmetauscher Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

40 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 /

41 Fazit Minimaler 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 Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /

42 > Fragen? Copyright by JAEGGI Hybridtechnologie AG /