High Density. Neue wirtschaftliche Kühlkonzepte für thermisch hoch belastete Racks und Räume

Transkript

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2 High Density Neue wirtschaftliche Kühlkonzepte für thermisch hoch belastete Racks und Räume 2

3 High Density - Was sind hohe Wärmelasten?... Über kurz oder lang werden wir allerdings mit der Luftkühlung an die Grenzen stoßen. Ich vermute, oberhalb von 45 Kilowatt pro Rack müssen wir auf einen Mix von Luft- und Flüssigkeitskühlung zurückgreifen... Dan Castello Weltweite RZ- Planung Intel 15. März 2007 / Computerzeitung 3

4 Was erwartet Sie heute? 1. System 2. Komponenten 3. Betrieb 4. Beispiel 4

5 1. System 2. Komponenten 3. Betrieb 4. Beispiel 5

6 Systemaufbau: 1. Kaltwassersätze mit Freikühlung 2. Kaltwasser Klimaschränke mit EC-Ventilatoren 3. Aktive Luftverteilung 4. Master Control 6

7 1. System 2. Komponenten 3. Betrieb 4. Beispiel 7

8 1. Kaltwassersysteme Elektronisches Expansionsventil Multi-Scroll-Verdichtertechnologie Turbocore-Verdichter Freie Kühlung intelligente Freikühlung 8

9 Freie Kühlung in der Kaltwassererzeugung: Freikühlung 1200 h/a Mischbetrieb 5480 h/a Direktverdampfung 2080 h/a 9

10 Freie Kühlung: 10

11 Geräte mit Intelligenter Freikühlung Standby Betrieb Betrieb 11

12 2. Präzisionsklimasysteme Elektronisches Expansionsventil Tandem-Verdichtertechnologie Kältemittel R410A Energiespargeräte mit Fusion-Register EC-Ventilatoren 12

13 EC-Ventilator Bürstenloser Gleichstrommotor mit höherem Wirkungsgrad gegenüber einem herkömmlichen Wechselstrommotor. Ermöglicht die stufenlose Luftmengenanpassung bzw. Kühlleistungsanpassung durch Veränderung der Drehzahl. 13

14 Doppelboden 14

15 Passive Bauteile (Lüftungsplatten) 15

16 Flexible Reaktionen auf wechselnde Bedingungen 16

17 Passive und selbstregelnde Lüftungsplatte 1. Großer freier Querschnitt 2. Nur soviel Luftverbrauch wie erforderlich 3. Luftdurchlass von 0-100% 4. Luftrichtung einfach zu verändern 5. Vernetz- und überwachbar 6. Schnell nachzurüsten 17

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20 3. Active Floor Automatische Luftmengenanpassung in Abhängigkeit von der tatsächlichen Wärmelast des Servers. hoch wirtschaftlicher Ventilator (E.C.) Lokaler Mikroprozessor mit Serverausblastemperatur-Regelung Verstellbare Luftleitlamellen zur optimalen Luftverteilung (2 Zonen) voll begehbares Gitter Modulgröße (600mm x 600mm) Kompatibel mit Doppelbodenrastermaß 20

21 Draufsicht Active Floor Modul (AFM) Gerätehauptschalter Display 21

22 Schnitt AFM Luftleitlamellen, einstellbar Abdeckun g, begehbar Schalttafe l EC-Ventilator Schutzgitt er Elektro- Einström- 22

23 Kühlleistung [kw] Aktive Bauteile (Active Floor Modul) AFM 600 x 600 mm Lochplatte 600 x 600 mm Luftstrom [m³/h] 23

24 1. System 2. Komponenten 3. Betrieb 4. Beispiel 24

25 CZ: Welche Strategie empfehlen Sie einem RZ-Betreiber, damit er nicht in Kühlprobleme hineinläuft? Dan Castello: Vor allem viel stärkere Automation im Datacenter. Die heutigen Gebäudemanagementsysteme messen meist nur die Eintritts- und Austrittstemperatur, sie kontrollieren aber nicht den Luftstrom. Wir dagegen messen in Oregon den Druck im Versorgungs- und Abluftgang, denn das ist der begrenzende Faktor für den Luftstrom. Wir ermitteln auch die Temperatur an verschiedenen Punkten in den Racks. Dan Castello Weltweite RZ- Planung Intel 15. März 2007 / Computerzeitung 25

26 Leistungsaufnahme [kw] EC Ventilator Bei Kaltwasserumluftkühlgeräten ist die Reduzierung der Ventilatormotor- Leistungsaufnahme ein Schlüsselfaktor. ROI = 4 Monate % -38% -63% -46% EC Ventilator herkömmliche Ventilatoren Energieeinsparung % Kühlleistung [kw] -44% -100% -90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% delta [%] 26

27 EC Ventilatoren Lösungen zur Energieeinsparung 27

28 Lösungen zur Energieeinsparung Management des Stand-by Gerätes Bietet die Möglichkeit, das Stand-by Gerät mit zu betreiben, um die Leistungsaufnahme der Ventilatoren zu minimieren (mit automatischem Druckausgleichssytem). 28

29 AFPS: Das AFPS System (Automatic Floor Pressurization System) gewährleistet einen konstanten Druck im Druckboden unter allen Betriebsbedingungen: Luftmengen Management 1) Bei Wartungs- und Servicearbeiten 2) Bei IT-Infrastruktur Aus- und Umbau und zudem noch eine Reduzierung der Ventilatorleistungsaufnahme. 29

30 AFPS + mitlaufende Redundanz: Vorteile des automatischen Druckausgleichssystems: 1. Deutliche Reduzierung des Stromverbrauchs der Ventilatoren 2. Kontrolle der Raumluftverteilung 3. Überwachung der Raumbedingungen (z. B. Löcher und Anzahl der Öffnungen im Doppelboden) 4. Gewährleistung der optimalen Luftmenge bzw. Kühlleistung für jeden Server, insbesondere während der Um- und Aufbauphasen sowie Servicearbeiten im Data-Center (Entfernen von Doppelbodenplatten). 30

31 AFPS + mitlaufende Redundanz: Automatischer Druckausgleich Die Kombination von Drucksensoren (AFPS) und EC-Ventilatoren gewährtleistet einen konstanten Druck im Druckboden. Somit besteht die Möglichkeit, die Luftmenge an die tatsächlich benötigte Kühlleistung bzw. an die Wärmelast anzupassen. Decke / Kanal Warmgang Rückluftplenum Blade Server Rack Blade Server Rack Cold Air Warmgang Druckensor Druckensor 31

32 Rechenbeispiel: RZ mit 100 kw Kühlbedarf Q = m. c. dt Kühlleistung = Luftmenge x Temperaturspreizung Wirkungsgrad E.E.R. = Kühlleistung [kw] Stromverbrauch [kw] Annahmen: Betriebsdauer: 8760 h/a Energiekosten: 0,14 /kwh Standort: Deutschland 32

33 Der Klassiker: Kaltwasser: 7 /12 C, Raumtemperatur: 22 C bei 50% r.f. 7 C 12 C Erzeuger: E.E.R.: 2,9 Verbraucher: E.E.R.: 23,9 22 C 22 C 22 C 22 C 14 C 14 C 14 C Kosten: 500 pro KW Kälteleistung pro Jahr = 100 % 33

34 Energieeinsparung durch Freikühlung (FC): Kaltwasser: 7 /12 C, Raumtemperatur: 22 C bei 50% r.f. 7 C 12 C Erzeuger: E.E.R.: 4,1 Verbraucher: E.E.R.: 23,9 22 C 22 C 22 C 22 C 14 C 14 C 14 C Kosten: 367 pro KW Kälteleistung pro Jahr = 73 % 34

35 Energieeinsparung durch höhere Wassertemperaturen + FC: Kaltwasser: 10 /15 C, Raumtemperatur: 22 C bei 50% r.f. 10 C 15 C Erzeuger: E.E.R.: 5,7 Verbraucher: E.E.R.: 12,0 22 C 22 C 22 C 22 C 17 C 17 C 17 C Kosten: 375 pro KW Kälteleistung pro Jahr = 75 % 35

36 Energieeinsparung durch höhere Raumtemperaturen + FC: Kaltwasser: 10 /15 C, Raumtemperatur: 26 C bei 45% r.f. 10 C 15 C Erzeuger: E.E.R.: 5,7 Verbraucher: E.E.R.: 29,5 26 C 26 C 26 C 26 C 17 C 17 C 17 C Kosten: 271 pro KW Kälteleistung pro Jahr = 54 % 36

37 Das optimierte System: Kaltwasser: 13 /18 C, Raumtemperatur: 30 C bei 35% r.f. 13 C 18 C Erzeuger: E.E.R.: 7,7 Verbraucher: E.E.R.: 38,2 30 C 30 C 30 C 30 C 19 C 19 C 19 C Kosten: 222 pro KW Kälteleistung pro Jahr = 44 % 37

38 Betreiber-Maßnahmen zur Energieoptimierung im RZ (100 kw) Betriebsart Wasser Raum Kosten Verbesserung Klassisch 7 / 12 C 22 C 50 % r.f ,-- / a 0 % Freie Kühlung (FC) 7 / 12 C 22 C 50 % r.f ,-- / a 27 % Erhöhung der KW-Temp. für besseres Freikühlung 10 / 15 C 22 C 50 % r.f ,-- / a 22 % Erhöhung der Raum- Temp. für besseres dt 10 / 15 C 26 C 45 % r.f ,-- / a 41 % Optimierung der KW+Raum Temperaturen für optimale Nutzung der Freikühlung 13 / 18 C 30 C 35 % r.f ,-- / a 53 % 38

39 4. Master Control...die perfekte Kombination aller UNIFLAIR Energiesparmöglichkeiten 39

40 Systemaufbau bis zu 30 AFM BMS / GLT SNMP, Modbus, Bacnet, Lon Master Control bis zu 20 Leonardos bis zu 4 KWS Gruppen 40

41 Master Control Überwacht u. a. den Öffnungswinkel und den Zeitraum der Öffnung der Kaltwasserventile und hebt bei geringem internen Kältebedarf die Kaltwassertemperaturen über ein analoges 0-10V Signal um +/- 3 C an Die über LAN angeschlossenen AFM liefern u. a. die Temperaturen am Rackaustritt Mit der pcoweb-karte können alle relevanten Daten über eine Website abgerufen werden 41

42 1. System (RZ-Kühlung mit Kaltluft) 2. Komponenten (Erzeugung, Einbringung, Verteilung, Management) 3. Betrieb (Energiesparmöglichkeiten, AFPS) 4. Beispiel (Bundespolizei München) 42

43 Fallbeispiel: Bundespolizei München Systemaufbau: 2 Stck. Leonardo Kaltwasser mit EC- Ventilator TDCV1200A mit AFPS 2 Stck. Kaltwassersatz mit Freier Kühlung ARAM0252A 2 Stck. Active Floor Modul (AFM) 1 Stck. Master Control 43

44 Master Control Verdrahtung plan-kabel (J11-Pin) Internal Lan ARAM 0252 ARAM 0252 Analog Signal Y plan-kabel (J11-Pin) internal Lan RS485 TDCV 1200 TDCV 1200 RS485 Mastercontrol AFM 4500 AFM Ethernet-Kabel PC / GLT AFPS plan-kabel (J11-Pin) internal Lan 44

45 2 Stck. TDCV1200A mit AFPS Die 2 x Leonardo sind miteinander im LAN verbunden, der Druck im Doppelboden beträgt konstant 20 Pa Die UG40 Regler sind über BUS mit der Master Control Einheit verbunden 45

46 2 Stck. ARAM 0252 Die 2 x ARAM sind miteinander im LAN verbunden und werden wechselweise (Zeit- und Störumschaltung) betrieben. Die mp20ii Regler sind über BUS mit der Master Control Einheit verbunden 46

47 2 Stck. Active Floor Durch Anpassung an die jeweilige Serverauslastung kann Active Floor immer den optimalen Betriebspunkt sicherstellen 47

48 Master Control Optimierung der Kaltwassertemperatur im Kreis über die Ventilstellung der Klimaschränke -> Energieeinsparung über Freie Kühlung Temperaturüberwachung an den Racks über die Sensoren der Active Floor Module -> Aktive Betriebssicherheit im Serverraum Betriebspunktoptimierung der Klimaschränke über AFPS-Druckregelung -> Energieeinsparung über Ventilatordrehzahl Zentraler, externer Zugriff auf die gesamte Anlage - > Aktive Betriebssicherheit durch Online-Kontrolle 48

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