Ein Konzept zum Energie und Betriebskosten sparen mit Zusatzkühlung

Wirtschaftliche Kühlung von kleinen Server-Räumen

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Hier mein Vorschlag

Für kleine Server-Räume mit Kühllasten von etwa 6 bis 20 Kilowatt, die bereits mit einem Umluftgerät oder aus Betriebssicherheitsgründen zwei redundant genutzte Umluftkühlgeräten ausgesattet sind, der Betreiber trotz dieser Nutzung künftig je nach entstehender Raumkühllast 80 bis zu 90 Prozent Strom sparen möchte, habe ich besonders Energie sparende raumlufttechnische Zusatzgeräte entwickelt. Diese RLT-Geräte nutzen die doppelte freie Kühlung (Datacenter-Insider vom 21.März 2014) und die Teilstrombildung, solange es die individuell zulässigen Raumkonditionen erlauben.

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Dabei muss weder be- noch entfeuchtet werden und nur an ganz wenigen Stunden des Jahres ist eine maschinelle Kühlung per Kältemaschine, also jetzt mit den Umluftkühlgeräten erforderlich.

Diese „ECL“-RLT-Zusatzgeräte sind eine Vereinfachung des von mir entwickelten Klimakompaktgerätes für größere Server-Räume (Rechenzentren), das derzeit in Lizenz von der Firma Huber & Ranner GmbH (Markenname: IT-Case) aus D 94060 Pocking für Kühllasten (Verlustwärmen) von ≥ ca. 20 kW gebaut wird. Für diese IT-Cases haben wir (Ingenieurbüro Energie.Controlling.Loose = ECL und Firma Huber & Ranner) gemeinsam schon diese Auszeichnungen in Deutschland erhalten:

Bundespreis 2012 vom Bundeswirtschaftsministerium, Kältepreis 2012 vom Bundesumweltministerium und zuletzt den Deutschen Rechenzentrumspreis 2014 in Kategorie 7. Beim "IT-Case" ist die Kältetechnik übrigens komplett integriert.

Betriebssicherheit

Damit ein Umluftkühlsystem mit dem im Freien angeordneten Kondensator als Teil der Kältetechnik auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen noch betriebssicher genug funktioniert, muss es besonders aufwändig ausgelegt werden. Damit entstehen höhere Investitionskosten.

Bei den Systemen mit jeglicher freier Kühlung, die alle höhere Investitionen verursachen als die reinen Umluftkühlsysteme, ist die jährliche Stromeinsparung umso höher, desto

  • höher die Zuluft- und Raumtemperaturen im Extremfall erlaubt werden
  • niedriger die mittlere Außentemperatur am Anwendungsort gegenüber der maximal zulässigen Zulufttemperatur ist
  • geringere Anforderungen an die im Extremfall zulässige Raumluftfeuchte gestellt werden
  • höher die Raumkühllast ist

Ergänzendes zum Thema
Fördermittel genehm?

Zurzeit ist das Ändern, Verbessern von Kühlung kleiner Server-Räume förderfähig. Voraussetzung für die Förderung durch die BAFA ist die Erstellung eines unternehmensindividuellen Energie-Einsparkonzeptes, eine so genannte Detailberatung durch einen externen Energieberater. Dieser muss nachweislich in der KfW- Beraterbörse für das Programm „Energieberatung im Mittelstand“ gelistet sein.

Wenn nach erfolgter Energie -Intensivberatung ein formgerechter Antrag auf Förderung für die Querschnittstechnologie „Lüftungsanlagen“ gestellt wird, gibt es bei üblichem positivem Bescheid einen Zuschuss von 30 Prozent auf die gesamten Investitionskosten.

Der maximale Zuschuss pro Objekt beträgt 100.000 Euro.

Wichtig: Mit dem Auftrag an eine ausführende Firma oder den Planer darf erst nach bestätigtem Eingang bei der BAFA (noch auf eigenes Risiko) begonnen werden!

Ein Beispiel: Der Umbau der Klimatechnik kostet mit Planung 40.000 Euro. Der Eigenanteil des Kunden beträgt dann lediglich 28.000 Euro.

Es empfiehlt sich, die Energieberatung mit dem Gewerk Elektrotechnik/Beleuchtungstechnik zu koppeln, weil beispielsweise durch eine moderne LED-Beleuchtungstechnik auch locker die förderfähige Mindestmenge an Strom (30 Prozent) eingespart werden kann. Die aus mindestens zwei Gewerken bestehende - bei der KfW zu beantragende – Energieberatung wird zu 60 Prozent bezuschusst.

Ein Beispiel: Die umfangreiche Energieberatung mit abschließendem Bericht für 6 Tage Aufwand kostet rund 4.800 Euro. Davon beträgt der Eigenanteil des Kunden 1.920 Euro. Der höchstmögliche Zuschuss beträgt sogar 4.800 Euro.

Mit einem Aufwand von rund 30.000 Euro kann bei dem genannten Beispiel über die lange Nutzungsdauer der Technik ein mehrfacher Profit erzielt werden, zusätzlich zu der möglichen Abschreibung.

Übrigens: Vor der Detailberatung könnte noch eine Initialberatung durch einen Energieberater der KfW durchgeführt werden, die sogar mit 80 Prozent bezuschusst wird. Dafür genügt zumeist ein Besuchstag.

Bei direkter freier Kühlung, wo die Außenluft direkt in den zu kühlenden Raum gefördert und die dort ständig entstehende warme Abluft aus dem Raum entfernt wird, können gegenüber einer indirekten freien Kühlung viel höhere Außentemperaturen genutzt werden, bevor eine maschinelle Kühlung (zum Beispiel Kältemaschine, Brunnenkühlung,) benötigt wird. Allerdings muss dann, je nach Raumfeuchteanforderung des Nutzers, häufig be- und entfeuchtet werden, was zusätzliche Stromkosten verursacht.

Bei der doppelten freien Kühlung wird zur Vermeidung einer aufwändigen Befeuchtung bei sehr kalten (dabei automatisch "trockenen") Außentemperaturen die indirekte freie Kühlung und anschließend bei Außentemperaturen mit ausreichender Luftfeuchte - solange wie möglich - die direkte freie Kühlung genutzt. Alle dazu erforderlichen Bauteile befinden sich im RLT-Gerät.

Detaillierter Vorschlag von ECL für kleine Server-Räume

Für kleine Server-Räume mit Kühllasten von etwa 6 bis 20 kW schlage ich vor:

  • auch hier wie neuerdings bei Rechenzentren voneinander echt getrennte Warm/Kaltzonen zu schaffen, notfalls durch provisorische Maßnahmen wie Vorhänge und Abschottungen in und über den Server-Schränken.
  • die USV-Anlage für die unterbrechungsfreie Stromversorgung der Server möglichst mit in der Kaltzone anzuordnen, so dass nur ein Kühlsystem für alles benötigt wird. (siehe: Bild 2)
  • eine Kombination von üblichen Umluftkühlgeräten (Splitgerätesystem) mit dem RLT-Zusatzgerät mit integrierter doppelter freier Kühlung und Teilstrombildung zu verwenden.So kann das gesamte Kombinationskühlsystem sowohl bis zu extrem niedrigen als auch bis zu ganz hohen Außentemperaturen ohne Be- und Entfeuchtung genutzt werden.
  • das Splitgerätesystem bei einer hohen Sicherheitsanforderung echt redundant aufzubauen: dann zwei Innen- und zwei damit verbundene Außengeräte. Dazu kommt ein RLT-Zusatzgerät (grundsätzlich ohne maschinelle Kühlmöglichkeit).
  • die Nutzung der gesamten Gerätekombination durch ein im oder am RLT-Zusatzgerät ange-brachten Schaltschrank = MSR-Teil, möglichst mit Energiemanager und Fernbedienungsmöglichkeit ergänzt, zu bewerkstelligen.
  • sobald die maximale Kühllast ungefähr 20 kW beträgt, den Einsatz der bewährten IT-Case mit in die wirtschaftlichen Überlegungen einzubeziehen.

Damit können zumeist konstante aber auch häufig schwankende Raumlasten je nach aktueller Außenluftkondition sowohl durch Änderung des Kühlluftstromes (Zu- und Abluft) für den Raum als auch durch variable Zu- und Ablufttemperaturen abgefangen werden.

Ergänzendes zum Thema
Fördermittel genehm?

Zurzeit ist das Ändern, Verbessern von Kühlung kleiner Server-Räume förderfähig. Voraussetzung für die Förderung durch die BAFA ist die Erstellung eines unternehmensindividuellen Energie-Einsparkonzeptes, eine so genannte Detailberatung durch einen externen Energieberater. Dieser muss nachweislich in der KfW- Beraterbörse für das Programm „Energieberatung im Mittelstand“ gelistet sein.

Wenn nach erfolgter Energie -Intensivberatung ein formgerechter Antrag auf Förderung für die Querschnittstechnologie „Lüftungsanlagen“ gestellt wird, gibt es bei üblichem positivem Bescheid einen Zuschuss von 30 Prozent auf die gesamten Investitionskosten.

Der maximale Zuschuss pro Objekt beträgt 100.000 Euro.

Wichtig: Mit dem Auftrag an eine ausführende Firma oder den Planer darf erst nach bestätigtem Eingang bei der BAFA (noch auf eigenes Risiko) begonnen werden!

Ein Beispiel: Der Umbau der Klimatechnik kostet mit Planung 40.000 Euro. Der Eigenanteil des Kunden beträgt dann lediglich 28.000 Euro.

Es empfiehlt sich, die Energieberatung mit dem Gewerk Elektrotechnik/Beleuchtungstechnik zu koppeln, weil beispielsweise durch eine moderne LED-Beleuchtungstechnik auch locker die förderfähige Mindestmenge an Strom (30 Prozent) eingespart werden kann. Die aus mindestens zwei Gewerken bestehende - bei der KfW zu beantragende – Energieberatung wird zu 60 Prozent bezuschusst.

Ein Beispiel: Die umfangreiche Energieberatung mit abschließendem Bericht für 6 Tage Aufwand kostet rund 4.800 Euro. Davon beträgt der Eigenanteil des Kunden 1.920 Euro. Der höchstmögliche Zuschuss beträgt sogar 4.800 Euro.

Mit einem Aufwand von rund 30.000 Euro kann bei dem genannten Beispiel über die lange Nutzungsdauer der Technik ein mehrfacher Profit erzielt werden, zusätzlich zu der möglichen Abschreibung.

Übrigens: Vor der Detailberatung könnte noch eine Initialberatung durch einen Energieberater der KfW durchgeführt werden, die sogar mit 80 Prozent bezuschusst wird. Dafür genügt zumeist ein Besuchstag.

Ob sich ein RLT-Zusatzgerät mit doppelter freier Kühlung bei kleineren Kühllasten als 8 kW (heute schon) lohnt, muss individuell gerechnet werden. Mit ziemlicher Sicherheit rechnet sich dafür ein RLT-Zusatzgerät oder ein modulares System mit lediglich direkter freier Kühlung. Kühlsysteme mit direkter freier Kühlung werden seit Jahrzehnten in den Vermittlungsstellen der Deutschen Telekom verwendet. Dort wird in Kauf genommen, dass an rund 2.500 Stunden des Jahres die relative Feuchte im Raum unter 25 Prozent sinken darf.

Voraussetzung für die Nutzung der RLT-Zusatzgeräte oder gar des IT-Case ist, dass beim oder in der Nähe des Serverraumes wirtschaftlich noch vertretbare Anschlüsse für die Nutzung der Außenluft und Abfuhr der Überschusswärme per Fortluft geschaffen werden können. Dabei könnte die häufig sehr warme Fortluft gegebenenfalls auch in anderen Räumen zur Zusatzheizung genutzt werden.

Mit vielen interssanten Vorträgen findet am 21. Oktober in Würzburg der "DataCenter-Tag" der Cooling Days statt. DataCenter-Insider ist Medienpartner.
Mit vielen interssanten Vorträgen findet am 21. Oktober in Würzburg der "DataCenter-Tag" der Cooling Days statt. DataCenter-Insider ist Medienpartner.
(Bild: VBM-Archiv)

Veranstaltungstipp: DataCenter-Tag auf den Cooling-Days

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