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Ekonair bietet Verdampfungsklimageräte an, die zum Kühlen von Datacentern eingesetzt werden können.

KÜHLFAKTOR EER 33

(30 °C/40 %RH der Außenluft)

Die evaporative Kühlung stellt eine sehr einfache Möglichkeit zur Kühlung von Gebäuden ohne Verwendung schädlicher Kältemittel dar. Bei den direkten Verdampfungsklimageräten wird Wasser in den Zellulose-Filtern durch einen durch diese Filter geleiteten Luftstrom verdampft. Das Wasser verdampft in die Luft und kühlt diese gleichzeitig. Die Kühlleistung ist von der Temperatur und der Feuchtigkeit der Ansaugluft abhängig.

Die in Polen (Gemeinde Poznań) durchgeführten Untersuchungen bestätigen die Wirksamkeit von Verdampfungskühlung. Diesen Untersuchungen zur Folge lag die relative Luftfeuchtigkeit in einem gekühlten Gebäude mit einer Fläche von etwa 200 m² im Bereich zwischen 52 % bis 57 % bei einer Zulufttemperatur zwischen 19 und 20,7 °C, was den höchsten ASHRAE-Anforderungen genügt.

Die in Polen vorherrschenden Temperaturen liegen meistens unterhalb von 20 °C. Bei der Verwendung von direkt wirkenden Klimageräten kann das Gebäude mithilfe der Außenluft gekühlt werden. Entsprechend den Erhebungen des ASHRAE-Verbandes verringert sich die Anzahl der Ausfälle um 25 % bei einer Absenkung der Zulufttemperatur von 25 °C auf 18 °C.

ASHRAE 2011 – empfohlene Bedingungen
ASHRAE 208 Klasse 1 – zulässige Bedingungen
Herstellerspezifikation
Betriebsbereich der Verdampfungsklimatisierung

Relative Luftfeuchtigkeit

Feuchtkugeltemperatur

Die relative Luftfeuchtigkeit (RH) ist nicht so bedeutend wie die Zulufttemperatur in den Serverraum, da die meisten Geräte in einem RH-Bereich von 10 bis 90 % (ohne Kondensierung) betrieben werden können. Die ASHRAE-Standards lassen den Betrieb von Serverräumen im Bereich von 20 bis 80 % bei einem empfohlenen Taupunkt im Bereich von 5,5 bis 15 °C zu. Zahlreiche Serverbetreiber haben inzwischen auf die Überwachung der relativen Luftfeuchtigkeit verzichtet, weil eine genaue Einhaltung des Bereichs von 45 bis 55 % der relativen Luftfeuchtigkeit sehr energieintensiv ist und zu einer Erhöhung des PUE-Faktors (Power Usage Effectiveness – Effizienz der Energienutzung) auf über 2,5 führt.

Eine niedrige relative Feuchtigkeit mit der damit verbundenen Gefahr elektrostatischer Entladungen ist nicht mehr so gefährlich wie in der Vergangenheit. Bei entsprechend ausgeführter Erdung und mit ausreichend ausgearbeiteten Vorgehensweisen kann die zentrale Steuerung so eingestellt werden, dass die Verdampfungsklimaanlage im Normalbetrieb arbeitet und bei Überschreitung bestimmter Temperatur- und Feuchtigkeitsgrenzwerte herkömmliche Klimatisierung zugeschaltet wird.

Was versteht man unter dem Begriff PUE?

PUE – Effizienz der Energienutzung (Power Utilisation Effectiveness)

Verhältnis des Gesamt-Energieverbrauchs zur durch die IT-Geräte genutzten Energie
DCIE – Infrastrukturwirkungsgrad im Serverraum (data center infrastructure efficiency)

Energieanteil, der durch alle IT-Geräte im Serverraum genutzt wird

Von links nach rechts, oben nach unten:
Kühlleistung Kühlleistung Kühlleistung
Serverleistung 100 kW Serverleistung 100 kW Serverleistung 100 kW
Typisch Gut Evaporativ
PUE 2,1 PUE 1,6 PUE 1,1
DCIE 48 % DCIE 63 % DCIE 91 %
978 Tonnen CO
2 753 Tonnen CO2 517 Tonnen CO2

Durch den Einsatz der Wasserverdampfungstechnologie kann der PUE-Faktor sogar bis auf 1,1 verringert werden.

Vorteile

Gesamtkühlleistungsbedarf des Serverraums = 100 kW

System

Standard-CRAC-System

Evaporative Kühlung

EER-Faktor

~2

~31

Aufgenommene elektrische Leistung

50 kW

0 kW

Ventilatorleistung bei evaporativer Klimaanlage

nicht zutreffend

0,53 kW/m3/s

Finaler Strombedarf

50 kW

3,3 kW

Betriebsstundenanzahl der Geräte

8760

Wasser*

Elektrische Energie

Medienkosten

11,16 PLN/m3

0,54 PLN/kWh

Stromverbrauch

438.000 kWh

28.908 kWh

Wasserverbrauch

0

155 m3

Stromkosten

236.520 PLN

16.151 PLN

Wasserkosten

0 PLN

1.730 PLN

Jährliche Betriebskosten

236.520 PLN

17.881 PLN

Jahresersparnis (Differenz der Gesamtkosten):

218 639 PLN!

* Wasserkosten beinhalten auch die Abwasserentsorgung. Der Abfluss kann an die Rasensprenganlage angeschlossen werden, dann fallen die Wasserkosten etwa um die Hälfte

Sowohl die Berechnungen wie auch unsere Erfahrungen belegen, dass die Betriebskosten von Verdampfungssystemen um vielfaches kleiner als bei den Standard-Kompressoranlagen ausfallen. Die Amortisation der Investitionskosten erfolgt meist sogar vor Ablauf eines Jahres.

Steuerung und Kontrolle der Serverraumparameter

Jedes Projekt stellt eine Individuelle Lösung in Bezug auf die Auswahl und den Einbau der Klimaanlage dar. Die Kontrolle kann jedoch universell auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine der möglichen Vorgehensweisen ist individuelle Steuerung jeder Anlage mithilfe der Bedienfelder. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Anschluss mehrerer Geräte an ein Bedienfeld mittels Hubs. Die dritte und fortschrittlichste Vorgehensweise stellt das Steuerungssystem für Verdampfungsklimageräte und Abluftventilatoren dar. Dieses System ermöglicht außerdem die Steuerung von herkömmlichen Kompressor-Klimaanlagen, Regelung der Lüfterdrehzahl sowie Diagnose der Geräte und bietet dazu noch die anderen, in der Bedienungsanleitung des Gerätes beschriebenen Funktionen an.

Luft-Volumenstrom

Unabhängig der von den verschiedenen Verbänden verwendeten Standards wird verlangt, dass zur Kühlung der Geräte in den Serverräumen große Luftvolumina verwendet werden. In einem typischer Serverraum mit einer Leistung von 100 kW wird ein Luftdurchsatz von etwa 8,5 m³ oder 30.600 m³/h benötigt. Die energieeffizientesten Lüftungssysteme nutzen elektronisch kommutierte Axialventilatoren (EC).

Ein Serverraum mit 100 kW kann Ventilatoren mit einer elektrischen Leistung von weniger als 4 kW benötigen. Damit werden dem PUE-Faktor lediglich 0,04 hinzugerechnet – was der Schlüssel zur Erreichung des PUE-Faktor von weniger als 1,1 ist.

Eine Verringerung der Lüfterdrehzahl verringert den Energieverbrauch. Dabei kann angenommen werden, dass ein mit der Hälfte seiner Maximaldrehzahl arbeitender Lüfter 12,5 % der Energie verbraucht. Wenn die Server unter Teil- bis Maximallast betrieben werden, kann der PUE-Faktor gemäß der obigen Annahme noch weiter verringert werden.

Welcher Temperaturbereich kommt in den Serverräumen zur Anwendung?

Die meisten Server sind heutzutage für einen Betrieb in einer Temperatur zwischen 10 und 35 °C bestimmt. Steigt die Temperatur aber über 25 °C, wird die Lüfterdrehzahl in den Servern erhöht, um die Temperatur zu senken. Das führt zum erhöhten Stromverbrauch und möglichen Lärmproblemen.

Welcher Feuchtigkeitsbereich ist in den Serverräumen zulässig?

Die relative Luftfeuchtigkeit (RH) ist der bekannteste Parameter, der zur Messung der Feuchtigkeit verwendet wird, wobei sich die heutigen Standards auch auf den Taupunkt beziehen. Die mit zu hoher oder zu niedriger Luftfeuchtigkeit verbundenen Probleme sind elektrostatische Entladungen und Kondensation auf Papier und elektrischen Komponenten. Die modernen Server sind entsprechend geerdet und das Lüftungssystem unter dem technischen Fußboden gewährleistet eine kontrollierte Feuchtigkeit. In den meisten Fernmeldeservern werden mittlerweile keine Lufttrockner und -befeuchter eingesetzt.

Staub und externe Verunreinigungen?

Moderne IT-Geräte sind mit geschlossenen Festplatten und dichten Lagern ausgestattet. Während der von Intel in einem Serverraum mit einer hohen Dichte an IT-Geräten durchgeführten Untersuchungen konnte kein signifikanter Unterschied an Fehlern bei der Verwendung von frischer Außenluft zu konventioneller Lüftung beobachtet werden. Kartuschen und Vorfilter (die größere Verschmutzung wie Insekten, Samen usw. aufhalten) bewirken, dass der Staub sich nicht mehr im Serverraum niederschlägt, sondern von den Kühl-Kartuschen gefangen wird. Hierbei handelt es sich um Filtration nach dem G4-Standard.

Besondere Beachtung muss jedoch Anlagen geschenkt werden, die in stark verstaubter Umgebung – beispielsweise in der Nähe von Kohlekraftwerken – aufgestellt sind.