Direkte, indirekte Freie Kühlung im Datacenter

Wie zentrale Raumluft kühlt, ohne zusätzliche Mechanik

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Leistungssteigerung der indirekten Verdunstungskühlung

Um auf eine Kältemaschine verzichten zu können, ist eine Optimierung der Leistungsdaten (RKW und Verdunstungskühlung) zwingend erforderlich. Hierzu sind Wärmeüberträger notwendig, die trockene Temperaturübertragungsgrade von mehr als 75 Prozent aufweisen. Gleichzeitig ist der Platzbedarf der benötigten und entsprechend dimensionierten Wärmeüberträger enorm und daher schwer zu realisieren.

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Die Abbildungen 6 und 7 (Bildergalerie) zeigen eine neuartige und platzsparende Lösungen auf, bei der ein Plattenwärmeüberträger im Kreuz-Gegenstrom am Ende des RLT-Gerätes eingesetzt wird. In diesem Fall wird der Wärmeüberträger gleichzeitig als Umlenkkammer für die beiden Luftströme verwendet.

Das System CrossXflow

Mittels der vor dem Wärmeüberträger integrierten Umlenk- und Mischkammer des Systems „CrossXflow“ von Howatherm lassen sich die Lüftströme innerhalb des RLT-Gerätes umschalten (siehe: Abbildungen 8 und 9 der Bildergalerie). Hierdurch wird die Abluft mit der Zuluft zu einem Umluftsystem verbunden. Die Außenluft dient nun zum Betrieb des RKW, das mit oder ohne Verdunstungskühlung betrieben werden kann. Wird der Wärmeübertrager nicht benötigt, kann der Plattenwärmeübertrager durch integrierte Bypassklappen umgangen werden (siehe: Abbildung 10 der Bildergalerie).

Durch die Umschalt- und Mischbox kann im Mischbetrieb warme Abluft der kalten Außenluft beigemischt werden, um die geforderte Zulufttemperatur zu erreichen (siehe: Abbildung 11 der Bildergalerie).

Neben dem trockenen Temperaturübertragungsgrad des Wärmeüberträgers spielt die Verdunstungskühlung eine weitere und entscheidende Rolle. Neben der bekannten einstufigen Befeuchtung wurde zur Steigerung des Befeuchtungsgrades eine zweite Befeuchterstufe eingesetzt, womit ein Befeuchtungsgrad von 1 erreicht wird. Der Wärmeüberträger wird dann als Hybridsystem verwendet.

Abbildung 12: Plattenwärmeübertrager Hybridbefeuchtung System Hydroplus von Howatherm
Abbildung 12: Plattenwärmeübertrager Hybridbefeuchtung System Hydroplus von Howatherm
(Bild: Howatherm)

Dabei wird der Wärmeüberträger sowohl als Wärme- als auch als Stoffüberträger eingesetzt (siehe: Abbildung 12). Die indirekte Befeuchtung erfolgt somit nicht nur vor dem Wärmeüberträger, sondern auch direkt im Wärmeüberträger (System „Hydroplus“ von Howatherm).

Eine weitere Leistungssteigerung kann nur durch die Steigerung des Befeuchtungsgrades erfolgen. Howatherm hat den Wärmeüberträger weiterentwickelt, so dass eine besonders große Hydrophilie der Oberfläche erreicht wird. Der damit verbundene größere Nachverdunstungseffekt des Befeuchtungswassers erlaubt einen Befeuchtungsgrad, der bei üblichen Betriebsbedingungen mit 1,6 äquivalent ist. Durch das Verfahren lässt sich zudem der Befeuchtungsgrad zwischen 80 bis 160 Prozent stufenlos regeln.

Zusatzkälte ist überflüssig

Mit dieser Entwicklung wird selbst bei 32 Grad und 40 Prozent Außenluftkondition und 35 Grad und 30 Prozent Abluftkondition eine Zulufttemperatur von 19 Grad erreicht. Dies haben Validierungsmessungen der Dekra bestätigt. Letztlich wird erst damit eine zusätzliche Kälte-Erzeugung obsolet.

Weiterhin kann durch die sehr niedrige Zulufttemperatur die Luftmenge des Kühlsystems gesenkt werden, da die Kühlleistung proportional dem Produkt aus Temperaturdifferenz der Kühlung mit der Luftmenge steigt. Ein konventionelles System, das von 32 Grad auf 24 Grad kühlt, hat mit einer Temperaturdifferenz von 8 Kelvin ein um 38 Prozent niedrigeres Potenzial als eine leistungsgesteigerte Verdunstungskühlung mit einer Temperaturdifferenz von 13 Kelvin (+ 62 Prozent). Mit der Leistungssteigerung kann daher die Luftmenge in diesen Betriebsfällen analog um 38 Prozent reduziert werden.

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