Direkte, indirekte Freie Kühlung im Datacenter

Wie zentrale Raumluft kühlt, ohne zusätzliche Mechanik

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Zusätzliche Kühlung bei erforderlichem Mindestaußenluftanteil

Rechenzentren sind üblicherweise Maschinenäume, in denen sich bestimmungsgemäß Personen nicht mehr als 30 Tage pro Jahr oder regelmäßig länger als zwei Stunden je Tag aufhalten. Daher gilt die NormVDI 6022“ nicht .

Falls ein Rechenzentrum nichtsdestotrotz mit einem Mindestaußenluftanteil betrieben werden soll, kann das aufgezeigte Verfahren nicht unverändert verwendet werden, da bei indirekter Kühlung zwingend eine vollständige Umschaltung zwischen Außen- und Umluftbetrieb erfolgt. Außenluft wird im beschriebenen Verfahren nur bei direkter Nutzung der Freien Kälte dem Raum zugeführt.

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Abbildung 13: Freie Kühlung mit zusätzlicher mechanischer Kühlung zur Entfeuchtung
Abbildung 13: Freie Kühlung mit zusätzlicher mechanischer Kühlung zur Entfeuchtung
(Bild: Howatherm)

In den Zeiten mit zu hoher Außenluftfeuchte wird bei der Nutzung eines Mindestaußenluftanteils eine Entfeuchtung der Zuluft im Sommer zwingend erforderlich, da ansonsten im Raum sukzessive die Feuchte ansteigt. Eine Möglichkeit zur Nutzung der Außenluftbeimischung bei indirekter Verdunstungskühlung zeigt Abbildung 13 auf.

Man erkennt sofort, dass in diesem Fall ein wesentlich höherer apparativer Aufwand notwendig wird. Insbesondere ist nun eine mechanische Kältererzeugung unumgänglich. Es ergeben sich folgende Prozessschritte im HX-Diagramm (siehe: Abbildung 15). Wird beispielsweise im Sommer über einer Außenluftfeuchte von 10,5 g/kg ein Mindestaußenluftanteil beigemischt (Prozess 1) und soll gleichzeitig eine absolute Feuchte von maximal 10,5 g/kg in der Zuluft eingehalten werden, muss die Mischluft unter den Taupunkt auf eine Temperatur von 13,3 Grad gekühlt werden.

Abbildung 14: HX-Prozess der direkten Freien Kühlung (3) mit mechanischer Kühlung (4) und Mischprozess zur Nacherwärmung (5) sowie einer indirekten Verdunstungskühlung (2)
Abbildung 14: HX-Prozess der direkten Freien Kühlung (3) mit mechanischer Kühlung (4) und Mischprozess zur Nacherwärmung (5) sowie einer indirekten Verdunstungskühlung (2)
(Abbildung Howatherm)

Nach der Entfeuchtungskühlung wird dann durch weiteres Mischen der Abluft mit dem entfeuchteten Luftstrom die benötigte Zulufttemperatur erreicht (siehe Bild 14, Prozess 5). Da der Mischluftanteil der Abluft (zum Beispiel 45 Prozent) nicht gekühlt werden muss, reduziert sich allerdings die Entfeuchtungskühlleistung, da nur noch 55 Prozent des gesamten Volumenstroms unter den Taupunkt gekühlt werden müssen (siehe: Abbildung 15, Prozess 3 und 4).

Die Entfeuchtungskälteleistung wird in etwa 460 h/a, also in rund 5,3 Prozent der Laufzeit der Anlage, benötigt. Problematisch ist dabei der hohe Anteil der benötigten Entfeuchtungsleistung zu bewerten, der gegenüber der sonst rein sensiblen Kühlung nur in rund 5 Prozent der Jahresnutzungsdauer vorgehalten werden muss.

Dies ist zwar nicht unbedingt energetisch kritisch, aber im Hinblick auf die höherer Investitionskosten und den größeren Platzbedarf der Ablagen einschließlich der Kälte-Erzeugung nachteilig zu bewerten. Gleichzeitig wird bei Nutzung eines Mindestaußenluftanteils im Winter zwingend eine Befeuchtung der Zuluft unumgänglich, die ebenfalls die Kosten deutlich erhöht. Aus diesem Grund ist von der Nutzung eines Mindestaußenluftanteils abzuraten, oder sie wird durch ein eigens dafür optimiertes RLT-Gerät vorgehalten, welches lediglich den Außenluftanteil fördert.

*Die Autoren

Maria Swiderek studiert derzeit „Umweltorientierte Energietechnik“ an der Hochschule Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld mit dem Abschkuss Master.

Boris Wollscheid ist Entwicklungsingenieur bei der Howatherm Klimatechnik GmbH.

Prof. Dr.-Ing. Christoph Kaup ist Honorarprofessor der Hochschule Trier, Umweltcampus Birkenfeld für Energieeffizienz und Wärmerückgewinnung. Er ist außerdem geschäftsführender Gesellschafter der Howatherm Klimatechnik GmbH und Mitglied in verschiedenen Normungsgremien wie EN 16798, EN 13779, EN 13053, EN 308 und EN 1886 sowie Richtlinienausschüssen, beispielsweise VDI 6022 und VDI 3803.

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