Hochverfügbar, energieeffizient und kalkulierbar – diese Kriterien müssen moderne Kaltwasseranlagen heute erfüllen, denn als Herzstück vieler Rechenzentren liefern sie – neben der neuesten Server-Technik – die optimalen Betriebsbedingungen. Um den politischen und selbst auferlegten Zielen im Bereich der Energieeinsparung und CO2-Reduzierung näher zu kommen, müssen die Techniker an vielen Schrauben drehen. Das Raumklima spielt dabei eine entscheidende Rolle.Aktuelle Planungen erhöhen die Raumtemperatur und verringern die Temperaturdifferenzen zwischen Kaltwasservorlauf und Zulufttemperatur. Daraus ergeben sich Kaltwasservorlauftemperaturen bis zu 18 °C. Mit modernen Kältesystemen lassen sich damit deutliche Einsparungen erzielen. Betreiber sollten daher schon bei der Planung darauf achten, dass sich das Kältekonzept optimal an die individuellen Voraussetzungen des Rechenzentrums anpassen lässt und gleichermaßen hohe Verfügbarkeit und Energieeffizienz verbindet.

Hochwertiger Aufbau als Sicherheitskriterium

Um in einem Rechenzentrum einen effizienten und störungsfreien Betrieb der IT-Infrastrukturen zu gewährleisten, sollten moderne Kältemaschinen eine Vielzahl unterschiedlicher Sicherheitskriterien erfüllen. So müssen sie zum einen über eine Konstruktion verfügen, bei der ausschließlich hochwertige Systemkomponenten mit möglichst wenig Bauteilen verwendet wurden. Das Risiko eines Kältemittel-Leckageverlusts reduziert sich dadurch deutlich. Weitere Ausfallsicherheit bieten ölfreie Systeme, da ölbedingte Wartungen oder Ölwechsel bei ihnen entfallen. Achten Anlagenhersteller zudem bei der Berechnung der Kältemaschinen darauf, dass die verbauten Verdichter in einem harmonischen Verbund arbeiten und in jedem Verdichter Leistungsreserven enthalten sind, ist der Grundstein für die Hochverfügbarkeit gelegt.

Neuste Turboverdichtertechnik berücksichtigt diese Kriterien und gewährleistet dadurch eine hohe Verfügbarkeit. Darüber hinaus bietet beispielsweise ein drehzahlgeregelter Radialturboverdichter, der magnetgelagert und damit auch absolut ölfrei ist, eine hohe Energieeffizienz. Dabei ist er im Vergleich zu Kältelösungen mit anderen Verdichtertechniken besonders verschleißarm und hat keinen Leistungsverlust aufgrund ölbehafteter Wärmeüberträger. Gleichzeitig weist der ölfreie Turboverdichter gegenüber einem Standardverdichter geringere Vibrations- und Schallemissionswerte, eine höhere Regelgenauigkeit und eine kompaktere Bauform auf.

Durch die geringen Vibrationswerte der magnetgelagerten Verdichtertechnik sind diese Kältemaschinen geräuscharm und eignen sich dadurch besonders für Räume, die keine optimale Schalldämmung haben. Die berührungslose Verdichtung ermöglicht ein Starten der Kältemaschine mit einem geringen Anlaufstrom von weniger als 5 A. Schwankungen im Stromnetz – also Anlaufspitzen oder Spannungsabfälle, die die empfindliche Umgebung der Rechenzentren schädigen könnten – sind so vermeidbar. Da die Drehzahlregelung über Frequenzumrichter die Versorgungsnetze zunehmend belastet, sollten alle verwendeten Bauteile der Kältemaschinen eine hohe EM-Verträglichkeit unter Einhaltung der gesetzlichen EMV-Richtlinien aufweisen. Denn durch die gezielte Abschirmung beziehungsweise Filterung lassen sich Rückwirkungen auf das Versorgungsnetz minimieren.

Ein betriebssicheres und energieeffizientes Gesamtkältekonzept im Rechenzentrum erfordert jedoch mehr als nur spezielle Hardware. So empfiehlt sich der Einsatz einer industrieadaptierten, intelligenten Steuerungssoftware, die alle Komponenten optimal aufeinander abstimmt und das volle Potenzial der Maschinen- und Anlagenteile ausschöpft. So kann mit einem individuell konfigurierbaren Anlagen-Manager als übergeordneter Steuerungseinheit die Kaltwasseranlage zu jedem Lastpunkt in Abhängigkeit der Außentemperatur optimiert arbeiten. Technische Daten und Statusmeldungen erfasst die Software kontinuierlich und übermittelt diese an die Leitzentrale. Über eine Echtzeitdarstellung erhalten Rechenzentrumsbetreiber einen optimalen Überblick über den jeweiligen Betriebszustand und Wirkungsgrad der einzelnen Maschinen- und Anlagenteile. Bei Bedarfsänderungen passt die intelligente Steuerung die Kälteleistung automatisch an.

Koordination des Zu- und Abschaltens

Dabei koordiniert sie das Zu- und Abschalten von Kälteaggregaten, Pumpen, Freikühlern und Rückkühlwerken anhand verschiedener Parameter wie beispielsweise Vorlauftemperatur, Volumenstrom oder Außentemperatur. Ist das Kaltwassersystem in den wichtigsten Komponenten wie Kälteaggregat, Freikühler, Pumpen und Verteilnetz redundant aufgebaut, so kann bei steigenden Außentemperaturen und variablen Lastverhältnissen die Anlage effizient und versorgungssicher reagieren.

Doch versorgungssicher heißt auch ausfallsicher. Wenn der Kaltwasseranlage ein Spannungsausfall droht, ist ein intelligentes Schutzprogramm erforderlich. Dann ist es gut, wenn alle Anlagenkomponente miteinander vernetzt sind. So kann die Kältemaschine komplett oder partiell aus der Unterbrechungsfreien Stromversorgung versorgt und gegen Spannungsausfall geschützt werden. Anlaufspitzen oder lange Anlaufphasen lassen sich zudem eliminieren. Bei Kältemaschinen mit drehzahlgeregelten, ölfreien Turboverdichtern heißt das, dass in Abhängigkeit von freien USV-Kapazitäten die Kaltwassererzeugung komplett oder mit geringerer Leistung weiter läuft.

Plus für die Versorgungssicherheit

Der Vorteil liegt dann in der schnellen und vollen Leistungsbereitschaft nach Spannungswiederkehr durch die Netzersatzanlagen (NEA), die zudem nicht unnötig durch den mehrfachen Nennstrom der üblichen Kältemaschinen belastet sind. Dieser Schulterschluss schont die Netze, die NEA, sowie nachgängige Klimaanlagen und steigert die Versorgungssicherheit.

Schwinggeschwindigkeiten als Funktion der Terz-Mittelfrequenz eines Verdichters: Der Richtwert für den Normalbetrieb laut VDI 2056 liegt bei 4 mm/s. Der Wert moderner Kältemaschinen liegt bei rund 0,04 mm/s, also weit darunter.

Leistungskennzahlen von Maschinen mit moderner Verdichtertechnik: Bis zu 50 Prozent bessere COP-Werte (linke Grafik) und rund 50 Prozent geringere Kosten für Kälteerzeugung (rechte Grafik). Die Daten basieren auf einer viermonatigen Messung an einer realen Anlage (Kaltwasser 13/7 °C, Kühlwasser 28/33 °C).

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