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Chillen im Serverraum

Effizient und umweltfreundlich Kühlen mit Wasser als Kältemittel

Viele Kältemittel sind umweltschädlich oder gefährlich in der Handhabung. Wer sie verwendet, muss Vorschriften beachten und Sicherheitsvorkehrungen einhalten. Die Sparkassen-IT Pforzheim Calw und die Deutsches Milchkontor GmbH können dabei ganz entspannt bleiben – sie kühlen ihre Serverräume günstig, effizient und völlig unschädlich mit Wasser. Die dort eingesetzte Kältemaschine, der eChiller, eignet sich aber auch für industrielle Prozesse oder die Flächenkühlung.

Politiker und Verbände sprechen gern von der Wärmewende, die nur schleppend vorangeht. Dabei benötigt auch das Kühlen von Gebäuden, Serverräumen oder industriellen Prozessen viel Energie. Dazu kommt, dass viele Kältemittel ein Treibhauspotenzial haben und die Umwelt stark belasten. Gesetzliche Vorgaben wie die verschärfte F-Gase-Verordnung der EU über fluorierte Treibhausgase oder die Ökodesign-Richtlinie, die jetzt auch für Kältemaschinen Mindesteffizienzwerte vorschreibt, verursachen betroffenen Unternehmen zusätzlichen Aufwand und steigende Kosten. Betreiber und Planer suchen deshalb nach umweltfreundlichen Alternativen.

Dieser Suche widmete sich auch die 2006 gegründete Efficient Energy GmbH und entwickelte eine Kältemaschine mit einem Kältemittel, das völlig ungiftig, ölfrei, nicht brennbar und dabei auch noch günstig ist – Wasser. Der eChiller ist laut Unternehmen derzeit der weltweit einzige serienreif verfügbare Kaltwassersatz mit dem natürlichen Sicherheitskältemittel Wasser (R718). Die Kältemaschine spart je nach Anwendung bis zu 80 % Strom gegenüber konventionellen Geräten. Unabhängige Institutionen wie der TÜV Süd und der TÜV Nord haben die Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit der Anlage bestätigt. Auch in der Praxis laufen die Geräte zuverlässig und energiesparend.

Wasser kühlt hoch effiziente Serverräume

Ein Beispiel dafür ist die Sparkassen-IT Pforzheim Calw, ein Tochterunternehmen der Sparkasse Pforzheim Calw. Sie betreibt das größte Breitbandnetz in der Region Nordschwarzwald. Das Netz besteht aus Glasfasern höchster Güte und dient dem Transfer von großen Daten in sehr hohen Bandbreiten. Im Rechenzentrum in Calw werden seit Juni 2016 sowohl eigene als auch Kundenserver betrieben. Die Kühlung des hoch effizienten Serverraums erfordert bei 100-prozentiger Auslastung eine Kaltgangtemperatur von maximal 26 °C bei einer Kühlleistung von bis zu 30 kW. Dies entspricht dem optimalen Anwendungsbereich des eChillers.

Als Lösung wurden im Serverraum Serverracks in einer Kaltgangeinhausung aufgestellt. Die Kühlluftzufuhr zu den Servern erfolgt über Sidecooler; die Kälte dafür erzeugt ein eChiller. Für die erforderliche Redundanz ließ die Sparkassen-IT einen herkömmlichen Kaltwassersatz mit teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) als Kältemittel installieren. Angebunden ist der Serverraum an die Kälteerzeugung mittels einer hydraulischen Weiche und redundanten Pumpen.

Das Besondere an dieser Anwendung war der langsam – über einen Zeitraum von über einem Jahr – und diskontinuierlich wachsende Kälteleistungsbedarf durch den stufenweisen Ausbau der Server. Seit Juli 2017 ist der Ausbau abgeschlossen, und es wird eine mittlere Kälteleistung von 28 kW abgerufen. Realisiert wurde das Ganze durch die Einbindung eines Pufferspeichers. Die Energiebilanz lässt sich sehen: Im Zeitraum von Februar 2017 bis Januar 2018 erzeugte der eChiller etwa 200 MWh Kälte und benötigte dafür rund 7,8 MWh Strom. Setzt man beide Werte ins Verhältnis, ergibt sich eine Jahresarbeitszahl von knapp 26.

Jahresverlauf der erzeugten Kältemenge und des EER – Calw

Molkerei spart über 80 % Strom

Auch bei der DMK Deutsches Milchkontor GmbH sorgt der eChiller für kühle Rechner. Die DMK betreibt in ihrem Serverraum Server mit einer IT-Leistung von 21 kW. Derzeit deckt die Kältemaschine bis zu 30 kW Kühlleistung bei einer maximal zulässigen Kaltgangtemperatur von 26 °C ab. Zwischen Januar und Dezember 2017 erzeugte der eChiller dabei etwa 190 MWh Kälte und benötigte dafür rund 8 MWh Strom. Das entspricht einer Jahresarbeitszahl von knapp 24.

Die DMK spart mit dem eChiller im Vergleich zur einer konventionellen Kälteanlage über 80 % des sonst benötigten Stroms ein. Zu der hohen Effizienz der Anlage trägt bei, dass sie bei Kühlwassertemperaturen, die nur geringfügig unterhalb der geforderten Kaltwassertemperatur liegen, in den Freikühlmodus schaltet. Der eChiller ist für hohe Kaltwasser-Vorlauftemperaturen ausgelegt. Optimal kühlt er in einem Bereich von 16 °C bis 22 °C. Es können aber auch Vorlauftemperaturen zwischen 10 °C und 28 °C gefahren werden.

Vorteile bei der Anwendung und im Betrieb

Da Wasser als Kältemittel CO2-neutral, ungiftig und nicht brennbar ist, entfallen alle Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, die für fluorierte Kältemittel gelten. Der eChiller erfüllt die Anforderungen der Ökodesign-Richtlinien EN2016/2281 als auch der Maschinenraumrichtline DIN EN378. Der Investitionsaufwand für das Kältemittel beschränkt sich auf eine einmalige Anlagenfüllung mit 60 l Leitungswasser, auch die Wartungskosten sind gering. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert den Einbau des eChillers im Rahmen der Nationalen Klimaschutzinitiative.

Einsatzgebiete sind die Kühlung von Server- und Schalträumen, die Bauteilaktivierung und Flächenkühlung sowie die Industrieprozesskühlung, wie z.B. bei der Spritzgießfertigung und Extrusion. Zahlreiche Auszeichnungen belegen das ökologische und ökonomische Potenzial dieser Technologie. Dies sind u.a. der Deutsche Rechenzentrumspreis 2017, der RAC Cooling Industry Award 2017 und der Deutsche Kältepreis 2016. Um den Einstieg in die neue Technologie zu erleichtern, bietet die Efficient Energy den eChiller als Kaltwassersatz aber auch als Systemlösung an. Diese enthält verschiedene optionale Module wie z.B. alle erforderlichen hydraulischen Komponenten für die Gesamtinstallation und die integrierte Regelung der externen Komponenten. (SP)

 

Mehr Infos unter: www.efficient-energy.de

 

Tipp: Besuchen Sie die Efficient Energy GmbH und informieren Sie sich über den eChiller auf der Messe EM-Power vom 20.-22. Juni 2018 in München (Stand C2.316).