Richtige Gerätewahl zur Klimatisierung von kleinen und mittleren Technikräumen

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1 Richtige Gerätewahl zur Klimatisierung von kleinen und mittleren Technikräumen Nürnberg, den Dipl.-Ing.(FH) Markus Trautwein Stulz Klimatechnik GmbH Hamburg

2 1. Was ist ein kleiner / mittlerer Technikraum?

3 Rechenzentren: benötigte sensible Kühlleistung > 25 kw

4 Kleiner / mittlerer Technikraum: benötigte sensible Kühlleistung: ca kw

5 2. Was ist der Unterschied zwischen Komfortklima- und Präzisionsklima zisionsklima-systemen?

6 Definition Präzisionsklima-Gerät: Umluftklimagerät zur Erreichung definierter, konstanter und somit präziser Lufttemperatur und Luftfeuchtezustände im Raum - dabei werden die Raumtemperatur und Raumfeuchte in engen Grenzen geregelt. Präzisionsklimageräte erzeugen diesen Luftzustand durch: Kühlen (Nach-)Heizen Befeuchten Entfeuchten

7 » Konzipiert zur Klimatisierung von Räumen mit sensibler Technik, z.b. Serverräume, Rechenzentren Telekommunikation Schaltwarten Signal-, Steuer-, Regeltechnik Medizintechnik Reinräume, Labore, Messräume Produktionsprozesse Museen» Vorrangig Abfuhr von konstant hohen Wärmelasten notwendig 7 Präzisionsklima / Komfortklima

8 STULZ Präzisionsklimageräte in verschiedenen Ausführungen Umluftklimageräte von 4kW 200kW High Density von 4kW 55kW Kaltwassererzeuger 5kW 1,5MW Umluftklimageräte Telekom von 200W 20kW

9 Definition Komfortklima-Gerät: Umluftklimagerät zur Erreichung definierter, konstanter Lufttemperatur und Luftfeuchtezustände im Raum - dabei werden die Raumtemperatur und - bedingt - die Raumfeuchte ( nur durch Entfeuchten) geregelt. Komfortklimageräte erzeugen diesen Luftzustand durch: Kühlen Heizen Lüften Entfeuchten

10 » Konzipiert zur Klimatisierung von Aufenthaltsbereichen des Menschen, z.b. Büroräume Konferenz-, Veranstaltungsräume Hotels, Restaurants Öffentliche Räume Arztpraxen, Banken, etc. Gewerbe, Verkaufsräume Kleine Technikräume Private Wohn-, Schlafräume, Wintergärten» Vorrangig Abfuhr von hohen Feuchtelasten, angenehmes Raumklima 10 Präzisionsklima / Komfortklima

11 VRF-Technologie» VRF-System: Variable Refrigerant Flow, variabler Kältemittelstrom» mehrere Innengeräte sind an ein Außengerät angeschlossen. Individuellere Regelung» jedes Innengeräte hat ein eigenes Expansionsventil und bekommt nur soviel (Heiz- oder) Kälteleistung wie es zum Zeitpunkt benötigt.» Das Außengerät erzeugt nur die (Heiz- oder) Kälteleistung die alle Innengeräte zusammen zu diesem Zeitpunkt benötigen. 11

12 VRF-Systeme:» bis zu 80 Innengeräte pro Außengerät anschließbar» Nennleistungsbereich: 11,2 ~ 136 kw Kühlleistung 12,5 ~ 146 kw Heizleistung» Einsatzbereich: -15 ~ +43 C Kühlbetrieb -20 ~ +18 C Heizbetrieb 2-Leiter-System 3-Leiter-System» Kühlen oder Heizen» Kühlen und Heizen (gleichzeitig) 12

13 Split-Technologie Single und Simultan-Split-Anwendungen

14 Was ist der Unterschied zwischen Präzisionsklima und Komfortklima? 1. Luftverteilung, Wärmeabfuhr und Filtrierung Präzisionsklimageräte filtrieren und wälzen dreimal so viel Luft um wie Komfortklimageräte gleicher Leistung. Punktuelle Wärmelasten transportieren sie selbst aus entferntesten Ecken zuverlässig ab, Temperatur und Luftfiltration werden dabei kontinuierlich überwacht und exakt geregelt.

15 Was ist der Unterschied zwischen Präzisionsklima und Komfortklima? 2. Latente oder sensible Kühlung Der sensible Anteil der Kühlleistung senkt die Temperatur ab, während der latente Anteil die Luft entfeuchtet. Komfortklimageräte setzen bis zu % ihrer Energie für die Entfeuchtung ein, während Präzisionsklimageräte mehr als 95 % der eingesetzten Energie ausschließlich in Kühlleistung umwandeln

16 Was ist der Unterschied zwischen Präzisionsklima und Komfortklima? 2. Latente oder sensible Kühlung Für den Wärmetransport gilt die Formel: Q = m x δ x λt Um die gleiche Wärmemenge aus dem Raum zu pumpen, muss da die Luftmenge bei Komfortklimageräte 1/3 kleiner ist - das delta T (Differenz Zuluft-Temperatur zu Raumtemperatur) entsprechend größ ößer sein! Daher beträgt die - Verdampfungstemperatur bei einem Komfort-Klimagerät: ca. 6 C - Verdampfungstemperatur bei einem Präzisions-Klimagerät: ca. 18 C

17 Was ist der Unterschied zwischen Präzisionsklima und Komfortklima? Welche Bedeutung hat diese unterschiedliche Verdampfungstemperatur? Präzisionsklima Komfortklima Entfeuchtungsleistung: 0 g/kg Entfeuchtungsleistung: ca. 2 g/kg

18 Was ist der Unterschied zwischen Präzisionsklima und Komfortklima? 3. Geregelte Temperaturen Informations- und Kommunikationstechnik arbeiten nur innerhalb eines engen Temperaturbereiches zuverlässig und störungsfrei. Präzisionsklimageräte sorgen für höchste Temperatur-genauigkeit mit Toleranzen von max. +/- 1 C, während Komfort-Klimageräte durchaus um +/- 3 C vom Sollwert abweichen können.

19 Was ist der Unterschied zwischen Präzisionsklima und Komfortklima? 4. Geregelte Feuchte Im Gegensatz zu Komfortklimageräten entfeuchten Präzisions- Klimageräte sehr kontrolliert und genau (Toleranz +/- 5 % rel. Feuchte), denn zu viel Feuchte kann zu Kondensat und Korrosion, zu wenig dagegen zu statischer Aufladung, Datenverlust und Hardwareschäden führen.

20 Was ist der Unterschied zwischen Präzisionsklima und Komfortklima? 5. Betriebskosten optimierte Komponentenauswahl Komfortklimageräte sind ausgelegt einige Stunden im Jahr zu Kühlen. Präzisionsklimageräte hingegen müssen immer dann zur Verfügung stehen, wenn sich die zu kühlenden elektronischen Einrichtungen im Betrieb befinden. Das ist in der Regel 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr der Fall.

21 Gegenüberstellung Kriterium Präzisionsklima Komfortklima Auslegung/Anwendung Technikklimatisierung Humanklimatisierung Leistungsbilanz sensibel/latent 85~100% / 0~15% 50~70% / 30~50% Regelgenauigkeit + 0,5-1 K / +5%rel.F K Feuchteregelung Geregelte Feuchte Vermeidung elektrostat.aufladg. Entfeuchtung für komfortable Raumkühlung Luftmenge m³/h , max m³/h Luftaustrittsgeschwindigkeit 2-3 m/s 0,2-0,5 m/s Geräuschpegel im Raum db(a) db(a) Optionsvielfalt zur Anlagenanpassung Groß, indiv.einzelfertigung Klein, Massenfertigung Bedienbarkeit Aufwendig technisch Intuitiv einfach Betriebsweise Dauerbetrieb Wechselnder Betrieb, zeitabhg.sollwertänderung 21 Präzisionsklima / Komfortklima

22 3. Und was bedeutet das für f die Praxis?

23 1. Präzisionsklimager zisionsklimageräten sollten immer 1.Wahl sein, wenn es gilt Technikräume zu klimatisieren!» Extrem hohe sensible Kälteleistungen (bis 100% der Gesamtleistung)» Große Luftmengen für eine gute Luftdurchmischung (Vermeidung Hot-Spots )» Hohe Regelgenauigkeit von Temperatur und Luftfeuchte» Höchste Kälteleistungen auf kleinster Stellfläche (bis 42 kw auf 1 m²)» Gerätekomponenten für Dauerbetrieb ausgelegt» Hohe Optionsvielfalt ermöglicht optimale Anpassung an örtliche Bedingungen» Aufwendige Regler für individuelle Programmierung und Bedienung

24 2. Aus der Praxis wissen wir jedoch, dass auch Split-Systeme Systeme zur Klimatisierung eingesetzt werden. Dabei gilt es Folgendes zu beachten: a) Klärung der Nutzung und des Betriebsverhaltens des Technikraums > Was wird klimatisiert? > Welche Anforderungen seitens des Betreibers bestehen?

25 Komfortklima: Behaglichkeitsfeld 25

26 Rahmenbedingungen für die Klimatisierung von Rechenzentren ASHRAE TC ASHRAE TC / 2010

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28 ASHRAE TC 2011 Entwicklung ab 2011 Raumbedingungen: Rückluft: 30 C Raumfeuchte: 15-85% Raumlast: W/m² Aussenluftbedingungen: Aussenluft 38 C Feuchte: 40%

29 2. Aus der Praxis wissen wir jedoch, dass auch Split-Systeme Systeme zur Klimatisierung eingesetzt werden. Dabei gilt es Folgendes zu beachten: a) Klärung der Nutzung und des Betriebsverhaltens des Technikraums > Was wird klimatisiert? > Welche Anforderungen seitens des Betreibers bestehen? b)sensible Leistung des Innengerätes passend zur sensiblen Kühllast wählen! (Daumenwert: Nennleistung Innengerät 30% = sensible Leistung Innengerät)

30 2. Aus der Praxis wissen jedoch, dass auch Split-Systeme Systeme zur Klimatisierung eingesetzt werden. Beispiel: Katalogwerte: Nennkühlleistung: 7,1 kw sensible Kühlleistung: ca. 7,1kW * 0,7 = ca. 5 kw

31 2. Aus der Praxis wissen wir jedoch, dass auch Split-Systeme Systeme zur Klimatisierung eingesetzt werden. Dabei gilt es Folgendes zu beachten: Warum ist das so? Die Katalogdaten (Nennleistung) von Klimageräten werden gemäß ISO T1 / JIS B8616 im Kühlbetrieb bei einer Außenluftkondition von 35 C / 40% r.f und einer Raumtemperatur von 27 C / 47% r.f angegeben. (Bei dieser Raumkondition wird Entfeuchtung erwünscht!) Beim Einsatz in Technikräumen wird jedoch nur die sensible Kühlleistung benötigt und dies sind rund 70% der Nenn-Gesamtkälteleistung.

32 2. Aus der Praxis wissen wir jedoch, dass auch Split-Systeme Systeme zur Klimatisierung eingesetzt werden. Dabei gilt es Folgendes zu beachten: a) Klärung der Nutzung und des Betriebsverhaltens des Technikraums > Was wird klimatisiert? > Welche Anforderungen seitens des Betreibers bestehen? b)sensible Leistung des Innengerätes passend zur sensiblen Kühllast wählen! (Daumenwert: Nennleistung Innengerät 30% = sensible Leistung Innengerät) - rel. Raumluftfeuchte permanent über 35 40% (auch im Winter) gewährleistet?

33 Warum ist Luftfeuchte in Technikräumen wichtig? Anwendung Bei zu trockener Luft tritt eine wesentlich höhere elektrische Potential-Differenz auf. Durch diese hohen elektrostatischen Entladungen können elektrotechnische Bauteile schwer beschädigt oder zerstört werden Abnehmende Wärmeübertragung ab ca. 30%r.F. -> bei Invertergeregelten Klimasystemen nimmt die Kühlleistung bei zu geringer Raumfeuchte oftmals ab Planung Luftbefeuchtungssysteme

34 Beispiel Informatik-/ Serverräume Anwendung Die statische Typische Aufladung Statische nimmt von Elektrizität 10% r.f. auf 55% r.f um das 5-fache ab! Spannung mit Teppich ausgelegter Korridor Herausziehen einer Elektronik der Plastik Verpackung Einfache Plastiktüte Mit Vinyl.Teppich ausgelegter Korridor Plastikabdeckung für Papier Arbeitstisch 0 10 %r.f. 40 %r.f. 55 %r.f. Feuchte Planung Luftbefeuchtungssysteme

35 Anwendung Schlechter Wärmeübergang unter ca. 30%r.F. Der Feuchtegehalt der Luft ist von sehr großer Bedeutung für den Temperaturwirkungsgrad eines Wärmetauschers. Je trockener die Luft ist, desto weniger Wärme kann über das Innengerät übertragen werden. Damit die Wärme aus einem Serverraum ausgetragen werden kann, muss die Luft eine entsprechend großen Feuchtegehalt von mind. ca. 30% r.f. haben. Es sollte bei der Planung schon die Möglichkeit in Betracht gezogen werden ein größeres Innengerät (genauer: ein Innengerät mit einem größeren Wärmeübertrager einzusetzen) um den eventuell schlechteren Wärmeübergang durch zu trockene Luft kompensieren zu können! Planung Luftbefeuchtungssysteme

36 2. Aus der Praxis wissen wir jedoch, dass auch Split-Systeme Systeme zur Klimatisierung eingesetzt werden. Dabei gilt es Folgendes zu beachten: a) Klärung der Nutzung und des Betriebsverhaltens des Technikraums > Was wird klimatisiert? > Welche Anforderungen seitens des Betreibers bestehen? b)sensible Leistung des Innengerätes passend zur sensiblen Kühllast wählen! (Daumenwert: Nennleistung Innengerät 30% = sensible Leistung Innengerät) - rel. Raumluftfeuchte permanent über 35 40% (auch im Winter) gewährleistet? - Kabelfernbedienung einsetzen, Infrarotfernbedienungen meiden! - Besonders auf saubere Verdrahtung (Schirmung) achten!!! (Signalkabel: LIYCY, am besten 2 x 1,5 mm², einseitig am Innengerät aufgelegt)

37 VRF-Systeme und Technikräume - Split-Klimasysteme (Ein Außengerät und ein Innengerät) sind am besten für Technikräume geeignet. - VRF-Systeme sind komplexe Komfortklimasysteme (ein Außengerät und mehrere Innengeräte), darum sind folgenden Fakten zu berücksichtigen: - Zeiten des Ölausgleich und Ölrückführung - Abtauzyklen im Heizbetrieb bei 3-Leitersystemen3 (Kombination zum Klimatisieren mehrerer Nutzungszonen z.b. großer Bürotrakt B mit 10 Innengeräten mit Heiz-anforderung und ein Technikraum mit ganzjähriger Kühlanforderung) K bewirken eine Kühlbetriebs-Unterbrechung des Systems, was zu einem sehr schnellen Temperaturausstieg im Technikraum führen kann.

38 VRF-Systeme und Technikräume - Praktische Erfahrung: VRF Systeme benötigen min. 2 Innengeräte eine Kühlleistungsanforderung, um ein stabiles Kühlverhalten zu erzielen. - minimal abzuführenden Außengeräteleistungen (Systeme ab 5,0-6,8 kw) und Mindestlaufzeit von Kompressoren (3min) führen dazu, dass kleine Räume bei Einzelanforderung (z. B. kleiner Server mit 1-2 kw Leistung) sehr schnell herunter gekühlt werden, dass EEV schließt und es besteht damit die Gefahr, dass der Kompressor gegen geschlossene Ventile fährt

39 VRF-Systeme und Technikräume Redundanz: - Als redundant können nur zwei unabhängig voneinander arbeitende Kältekreise genannt werden. 2 Kompressoren im Außengerät oder 2 Innengeräte im selben Kältekreis in einem Technikraum bilden keine 100%ige Redundanz.

40 Fazit: 1.Bei der Planung beim Planer / Endkunden genau fragen, was er überhaupt realisieren möchte. Was für ein Technikraum soll klimatisiert werden? 2.Randparameter erfragen: Welche Raumtemperatur / Raumfeuchte wird mindestens benötigt. 3.Dem Endkunden von Anfang an beide System-Varianten vorstellen. Meine Empfehlung (falls ein Komfortklima-System) eingesetzt wird: 1. VRF-Systeme sollten ausschließlich bei der Klimatisierung von Komfortklima-Anwendungen. 2. Technikräume sollten ausschließlich mit separatem Split-Klimasystem ausstattet werden.

41 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit