WEISS KLIMATECHNIK Energieeffiziente Klimasysteme. Theorie und Praxis der Rechenzentrumsklimatisierung
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- Franka Langenberg
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1 WEISS KLIMATECHNIK Energieeffiziente Klimasysteme Theorie und Praxis der Rechenzentrumsklimatisierung
2 THEORIE und PRAXIS Theorie: Wenn man alles WEISS aber nichts funktioniert! Praxis: Wenn alles funktioniert und keiner WEISS warum! 2
3 WEISS Group -Whoweare Business Units Weiss Environmental Simulation Weiss Air Solutions Hersteller von Prüfgeräten und Anlagen zur Simulation von Umwelteinflüssen sowie zur Wärmebehandlung und Trocknung 3
4 WEISS - Produkt Portfolio - Temperatur und Klimaprüfanlagen - Korrosion- und Bewitterungsequipment - Vibration Testkammern - Vacuum Prüfanlagen - Staub und Spritzwasser - Pflanzenwuchsschränke -Stabilitätsprüfungen von Pharmazeutischen Erzeugnissen. Klimaprüfschrank Fahrzeug-Prüfkammer Temp.- und Klimakammer 4
5 WEISS - Produkt Portfolio Mediclean Systemlösungen für alle Bereiche im Krankenhaus -Hygiene-Kompaktgeräte - Hygiene-Systemgeräte -OP-Decken -Umluftmodule - Medienbrücken Ultraclean / Ultraconstant Lösungen und Komponenten für alle Reinraumanwendungen und Prüfräume - kpl. Reinraumsysteme - lokale Reinräume - mobile Reinraum-Container - Filter Fan Module - Minienvironments 5
6 WEISS - Produkt Portfolio Deltaclima Deltachiller Deltaclima CoolWall Deltaclima mini Deltaclimasmart TelcoLine Dataclima Uniclima Energieeffiziente Klimatisierung für die Informationstechnologie und Telekommunikation Kompakt-Klimageräte von direkter Kühlung bis zur kompletten Mission Critical Solution 6
7 Weiss Air Solutions in Deutschland Hude Oberhausen Hannover Stammhaus Niederlassungen der Weiss Air Solutions Weiss GWE Gießen Leipzig BDK Luft- u. Reinraumtechnik Stuttgart Nürnberg Freiburg Sonnenbühl München 7
8 ENERGY-EFFICIENT AIR-CONDITIONING SYSTEMS ZumThema.. 8
9 GRUNDLAGEN Begriffsbestimmung der Temperaturen tist die Differenz zwischen Rücklufttemperatur und Zulufttemperatur Rücklufttemperatur Die Rücklufttemperatur ist abhängig von der Rückluftführung Raumtemperatur t Freier Ansaugmit und ohne Ansaugplenum - Rückluftdecke -Trennwand zwischen Raum und Klimaspange Zulufttemperatur Raumtemperatur ist nicht die Rücklufttemperatur 9
10 GRUNDLAGEN Temperaturdifferenz t = Q k V x ρ x c Q K -Kühlleistung V -Luftmenge ρ - Luftdichte c - spez. Wärmekap. Je höher die Rücklufttemperatur ist um so höher wird die Wirtschaftlichkeit der Klimatechnik - Kühlwassertemperaturen können steigen (mehr freie Kühlung) - Luftmenge kann reduziert werden (Einsparung an Ventilatorleistung) zu niedrige Zulufttemperatur: geringerer Freikühlanteil höhere latente Kälteleistung niedrige Verdampfungstemperatur 10
11 GRUNDLAGEN Ventilatorgesetz kw 2 = kw 1 x Vol 2 Vol 1 3 (U Min ~ Vol) kw 2 Motorleistung neu kw 1 Motorleistung alt Vol 2 Luftmenge neu Vol 1 Luftmenge alt Diese Formel beschreibt die Abhängigkeit der Motorleistung von der Luftmenge. Die Motorleistung steigt oder fällt in der 3.Potenz zur Luftmenge! Verdoppelt sich die Luftmenge, verachtfach sich die Motorleistung Halbiert sich die Luftmenge, reduziert sich die Motorleistung auch um das achtfache! 11
12 ANWENDUNG Berechnungsbeispiel Ventilatorgesetz: 1 in Betrieb, 1 stand by 2 in abgesenktem Betrieb 4,2kW 0kW 0,8kW 0,8kW 4,1kW bei m³/h 1,6kW bei m³/h 75% Energieeinsparung EINSCHALTEN der Redundanzgeräte Das Ventilatorgesetz ermöglicht eine Energieeinsparung von 75% beim Betrieb von beiden Geräten mit jeweils reduzierter Luftmenge. Die Gesamtluftmenge und Kühlleistung bleibt gleich. Im Havariefall übernimmt das verbleibende Gerät die Kühlung durch Hochfahren der Ventilatordrehzahl auf 100% 12
13 Ventilatorleistung Ventilatorleistung bei gemischter Rackaufstellung bei Kalt-/Warmzonen 2 x ULK p stat Lochplatten Druckboden +25Pa Bei running redundancy m³/h = 1,6kW 13
14 Doppelboden Statischer Druck/ dynamischer Druck: 2 x ULK p dyn Die Verhältnisse in einem Druckboden sind mit einem Luftballon zu vergleichen, welcher aufgeblasen wird. Nur dieser Zustand zeichnet einen Druckboden aus; d.h. der Boden muss dicht wie ein Luftballon sein! Sonst wird sich kein Überdruck einstellen. Ein Loch im Ballon entspricht der Lüftungsplatte im Druckboden. p dyn p ges p stat Druckboden mind. +25Pa p stat p ges 14
15 Ventilatorleistung Ventilatorleistung bei eingehaustem/ teileingehaustem Kaltgang mit dynamischer Lastanpassung Temp Temp 2 x ULK p stat Gitterroste Druckboden +5Pa bei reduziertem Doppelbodendruck m³/h = 1,2kW 15
16 Doppelboden Leckluft Beispiel Rechenzentrum 12m x 12m = 144m² 20 x 20 = 400 Doppelbodenplatten Pro Platte (0,6m x 0,6m) Kantenlänge = 2,4m Druckboden +5Pa Gesamte Kantenlänge = 960m!!! Ohne sonstige Bohrungen, Öffnungen, Bürstensysteme etc. 16
17 ULK Ventilatorleistung Ventilatorleistung bei eingehaustem/ teileingehaustem Kaltgang mit dynamischer Lastanpassung Temp Temp p stat Gitterroste Druckboden +5Pa und geringerer Leckluftrate m³/h = 0,8kW (weitere 50%)!!! 17
18 ENERGY-EFFICIENT AIR-CONDITIONING SYSTEMS Welche Temperatur ist die Richtige???.. 18
19 2011 AND 2008 THERMAL GUIDELINE COMPARISONS (MODIFIED) Classes IT Equipment Environmental Control Applications Server: Server: Storage Personal Tightly Workstations Enterprise Volume Products Computers Controlled Some Control A B C D E F G H I J A1 1 Datacenter X X X A2 2 Datacenter X X X X X A3 N/A Datacenter X X X X X A4 N/A Datacenter X X X X X B 3 office, home etc. C 4 industrial etc THERMAL GUIDELINES - CELSIUS (MODIFIED) Equipment Environment Specifications DataCenter Dry- Bulb Humidity Range, non- Condensing Maximum Class Low High Low High Dew Point Rate of Change Recommended A1 To A4 18 C 27 C 5.5 C DP 60% RH 15 C DP Allowable A1 15 C 32 C 20% RH 80% RH /20 A2 10 C 35 C 20% RH 80% RH /20 A3 5 C 40 C -12 C DP 8% RH 85% RH /20 A4 5 C 45 C -12 C DP 8% RH 90% RH /20 19
20 Möglichkeiten: DIREKTE FREIE KÜHLUNG 20
21 DIREKTE FREIE KÜHLUNG Physikalische Vorteile der direkten freien Kühlung Anzahl Stunden [h/a] Außentemperatur [ C] DIN 4710, Außenlufttemperaturen(München) -währendca Stundenpro Jahr<16 C -währendca Stundenpro Jahr<18 C -währendca Stundenpro Jahr<20 C (90 %) -währendca Stundenpro Jahr<30 C (98 %) < -18 Bei der direkten freien Kühlung wird in der kalten Jahreszeit direkt die Aussenluftin das RZ geleitet und dadurch die Wärme abgeführt. Durch die erweiterten Einsatzbedingungen der Server Temperatur 15 C.32 C Feuchte 8%...80% könnte fast ganzjährig mit Außenluft ohne mechanische Kühlung klimatisiert werden. 21
22 DIREKTE FREIE KÜHLUNG AU Kombination aus direkter freier Kühlung und Umluftkühlung (DX oder CW) USV AB ZU Externe Kälteversorgung CW oder Kondensator bei DX 22 FO Die physikalisch bzw. energetisch beste Lösung lässt sich mit der dargestellten Kombination erreichen. Es gibt zwei Einsatzmöglichkeiten dieser Variante: Ganzjährige direkte freie Kühlung zur energetisch günstigen Kühlung Notkühlung durch Außenluft bei Ausfall der externen Kälteerzeugung bzw. der Netzversorgung nur USV-Versorgung des Ventilators nötig
23 DIREKTE FREIE KÜHLUNG deltaclima mit Energieeinsparung durch DIREKTE FREIE KÜHLUNG deltaclima -FreeCooling Voraussetzungen: Außenwand von Vorteil Keine Sauerstoffreduktionsanlage Großes Feuchtefenster(20 80% r.f.) 23
24 DIREKTE FREIE KÜHLUNG Energievergleich mit RZ 180kW bei 22 C (30 C) Zuluft und 35 C(43 C) Rückluft: LifeCycleCosts [ ] deltaclima DX deltaclima DX-ESC deltaclima DX-ESC-FC (22 C) deltaclima DX-ESC-FC (30 C) Anlage Typ Energiekosten pro Jahr Energiekosten in 10 Jahren physik. Einsparpotential Anlagen-COP ,0 6,0 26,0 44,0 Stromkosten 0,15 /kwh 24
25 DIREKTE FREIE KÜHLUNG 25
26 DIREKTE FREIE KÜHLUNG 26
27 DIREKTE FREIE KÜHLUNG Außenluftansaugung 27
28 DIREKTE FREIE KÜHLUNG Fortluftöffnung über Dachhaube 28
29 DIREKTE FREIE KÜHLUNG Quelle: DELL 29
30 DIREKTE FREIE KÜHLUNG Quelle: DELL 30
31 Möglichkeiten: DIREKTE FREIE KÜHLUNG NEUE INNOVATIVE KONZEPTE 31
32 Deltaclima CoolWall Wärmetauscherfläche optimiert Kühlerwand Filter Seitenansicht RZ 32
33 Deltaclima CoolWall 33
34 Deltaclima CoolWall 34
35 Deltaclima CoolWall Ausgangssituation: Ausbau von RZ-Flächen mit jeweils ca. 200 m²in 2013, Wärmelast pro Modul ca. 1,5 kw/m²= 320 kw Anbindung an das Kaltwasser über zwei Versorgungen 4 Rohrleitungen im Doppelboden Betriebsbedingungen: Rückluft: 29 C / 30 % r.f. Wasser: VL18 C (Brunnenwasser, Systemtrennung) Externe Pressung: 50 Pa Filterklasse: G4 Redundanz: 2N+2 Sequenzbetrieb Notbetrieb 35
36 Deltaclima CoolWall Layout Variante - ULK Konfiguration: 2 x 4 x ULK mit je 2 x Ventilatoren (Redundanz 3+1) Nettokühlleistung = 2 x 158 kw Leistungsaufnahme = 2 x 15,2 kw Keine Erweiterung mehr möglich NACHTEILE / PROBLEME 1. Erweiterbarkeit? 2. Wartungsfreiraum min. 800 mm vor den Geräten, Ventilatorwechsel? 3. Zu wenig Platz für Verrohrung und zusätzl. Luftwiderstand 36
37 Deltaclima CoolWall Layout Variante I - CoolWall Variante I: 2 x 3 x CoolWall-Modulemit jeweils 2 x Ventilatoren (RunningRedundancy2+1) Nettokühlleistung = 2 x 158 kw Leistungsaufnahme = 2 x 11,7 kw Erweiterung möglich 37
38 Deltaclima CoolWall Energetischer Vergleich STULZ WEISS ULK Baureihe ASD 1350 CWU CoolWall CW [1] Redundanz ST Geräte in Betrieb ST 8 6 Ventilatoranzahl pro Gerät ST 2 2 Kühlleistung kw 41,7 54,7 Kühlleistung, ges. kw 333,6 328,2 Luftmenge m³/h Luftmenge, ges. m³/h Leistungsaufnahme kw 1,90 1,95 Leistungsaufnahme, ges. kw 15,20 11,70 Nutzkühlleistung, ges. kw Nutzkühlleistung, spez. kw/m² 1,59 1,59 Energieverbrauch kwh/jahr Cent/kWh /Jahr , ,00 Einsparung pro Raum /Jahr ,00-23% Bei Auslegung der CoolWallauf gleiche Nutzkühlleistung können 23 %der Energiekosten gegenüber Umluftklimageräten eingespart werden 38
39 Deltaclima CoolWall Layout Variante II - CoolWall Variante II: 2 x 4 x CoolWall-Modulemit jeweils 2 x Ventilatoren (RunningRedundancy3+1) Nettokühlleistung = 2 x 158 kw Leistungsaufnahme = 2 x 9,9 kw Erweiterung möglich 39
40 Deltaclima CoolWall Energetischer Vergleich STULZ WEISS WEISS ULK Baureihe ASD 1350 CWU CoolWall CW [1] CoolWall CW [2] Redundanz ST Geräte in Betrieb ST Ventilatoranzahl pro Gerät ST Kühlleistung kw 41,7 54,7 40,9 Kühlleistung, ges. kw 333,6 328,2 327,2 Luftmenge m³/h Luftmenge, ges. m³/h Leistungsaufnahme kw 1,90 1,95 1,24 Leistungsaufnahme, ges. kw 15,20 11,70 9,92 Nutzkühlleistung, ges. kw Nutzkühlleistung, spez. kw/m² 1,59 1,59 1,59 Energieverbrauch kwh/jahr Cent/kWh /Jahr , , ,00 Einsparung pro Raum /Jahr , ,00-23% -35% Mit mittlerer CoolWall-Bestückung können 35 %der Energiekosten gegenüber Umluftklimageräten eingespart werden 40
41 Deltaclima CoolWall Layout Variante III - CoolWall Variante III: 2 x 4 x CoolWall-Modulemit jeweils 2 x Ventilatoren (RunningRedundancy3+1) Nettokühlleistung = 2 x 158 kw Leistungsaufnahme = 2 x 7 kw 41
42 Deltaclima CoolWall Energetischer Vergleich STULZ WEISS WEISS WEISS Baureihe ASD 1350 ULKCWU CoolWall CW [1] CoolWall CW [2] CoolWall CW [3] Redundanz ST Geräte in Betrieb ST Ventilatoranzahl pro Gerät ST Kühlleistung kw 41,7 54,7 40,9 32,5 Kühlleistung, ges. kw 333,6 328,2 327,2 325,0 Luftmenge m³/h Luftmenge, ges. m³/h Leistungsaufnahme kw 1,90 1,95 1,24 0,70 Leistungsaufnahme, ges. kw 15,20 11,70 9,92 7,00 Nutzkühlleistung, ges. kw Nutzkühlleistung, spez. kw/m² 1,59 1,59 1,59 1,59 Energieverbrauch kwh/jahr Cent/kWh /Jahr , , , ,00 Einsparung pro Raum /Jahr , , ,00-23% -35% -54% Mit max. CoolWall-Bestückung können 54 %der Energiekosten gegenüber Umluftklimageräten eingespart werden 42
43 Deltaclima CoolWall Total Cost of Ownership (TCO) Kosten [EUR] Zeit [Jahr] STULZ ASD ULK1350 CWU WEISS CoolWall CW [1] WEISS CoolWall CW [2] WEISS CoolWall CW [3] 43
44 Deltaclima CoolWall Total Cost of Ownership (TCO) Vergleich mit 0,-- Invest für ULK-Variante Kosten [EUR] Zeit [Jahr] STULZ ASD ULK1350 CWU WEISS CoolWall CW [1] WEISS CoolWall CW [2] WEISS CoolWall CW [3] 44
45 Deltaclima CoolWall 45
46 Deltaclima CoolWall Maximal abführbare Leistung bei gleichen Betriebsbedingungen Variante Ansaug Wasser Ventilatorleistung pro Spange Gesamt Differenz [kw] [kw] [kw] 8 x CoolWall % 29 C/30%r.F. 18 C / 25 C 10 x CoolWall % Maximal abführbare Leistung bei gleichen Betriebsbedingungen und Ventilatorleistung Variante Ansaug Wasser Ventilatorleistung pro Spange Gesamt Differenz [kw] [kw] [kw] 8 x CoolWall 30, % 29 C/30%r.F. 18 C / 25 C 10 x CoolWall 30, % Mit den Varianten CoolWallkönnen bis zu 66% mehr Serverabwärme aus der Raum abgeführt werden, bei gleicher Anschlußleistung!! 46
47 Deltaclima CoolWall -54% +84% 47
48 Thermische Verhältnisse verschiedener Server Pizza -Server Blade-Server Steigende Ansaugtemperaturen bewirken höhere Austrittstemperaturen Bei geschlossenen Kaltgängen bedingt dies Raumtemperaturen von über C!!! IST DAS MÖGLICH??? 48
49 Deltaclima CoolWall Kaltraumkonzept Filter Kühlerwand Seitenansicht RZ 49
50 Deltaclima CoolWall CoolWall mit Warmgangeinhausung KALTRAUM 25 C WARMGANG 35 C KALTRAUM 25 C Saugboden 50
51 Deltaclima CoolWall Technische Ausstattung Gehäuse mit geschweißtem Grundrahmen und perforierter Frontfläche Großflächiger Wärmetauscher mit Hochleistungslamellen Filterzellen G4 aus synthetischem Faservliesstoff mit umlaufender Dichtung reinluftseitig Edelstahl-Kondensatwanne Regelkugelventil inkl. Stellantrieb mit Handverstellung Entleerungshahn, Entlüftungsventil Edelstahl-Kondensatwanne Regler pcs+ compact mit Built-in-Display Einfache Wartung und allseitige Zugänglichkeit! 51
52 Deltaclima CoolWall Technische Ausstattung EC-Ventilator mit Kunststoff-Laufrad Optimierte Geometrie der Laufräder mit abgerundeten Konturen => hohe Luftleistung, verbesserte Wirkungsgrade, sehr gute Akustik Lüftereinheit mit Tragspinne, Düsenplatte und Schutzgitter Netz- und Steuerleitung mit Steckverbindern => einfacher Lüfterwechsel nach oben Gitterrost 900 x 900 x 40 mm (optional) 52
53 Deltaclima CoolWall Weitere Konfigurationen (Auszug) CoolWall CoolWall Racks Racks Racks Racks Draufsicht RZ 53
54 Deltaclima CoolWall Weitere Konfigurationen (Auszug) CoolWall Racks Racks Racks Racks Racks Racks Racks Racks CoolWall Draufsicht RZ 54
55 Deltaclima CoolWall Weitere Konfigurationen (Auszug) Racks CoolWall Racks Racks Racks Draufsicht RZ 55
56 Deltaclima CoolWall 56
57 Deltaclima CoolWall 57
58 Deltaclima CoolWall 58
59 Deltaclima CoolWall 59
60 Deltaclima CoolWall 60
61 Deltaclima CoolWall VORTEILE Großflächige Kühlerflächen im Raum Modulare und flexible Aufteilung der Kühlflächen Nachträgliche Erweiterung leicht möglich Volle Ausnutzung der Kühlflächen Geringe Kosten, da keine Klimaschränke Installationsaufwand nicht größer Warm- oder Kaltraumlösung möglich Gute Skalierbarkeit Hohe spez. Kühlleistung Kombinierbar mit direkter freier Kühlung Innovatives Konzept 61
62 Weiss Klimatechnik GmbH Greizer Straße Reiskirchen Deutschland T F ict@wkt.com 62
Weiss Klimatechnik GmbH
:(,66 *URXS Weiss Technik besteht aus 21 verschiedenen Unternehmen mit einem Umsatz von 230 Mio. mit 1.820 Beschäftigten :(,66,&7 $,5 &21',7,21,1* $SULO 6HLWH Weiss Group Business Units Weiss Environmental
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