Besonders bei hohen Kühllasten kann eine Wandkühlung überzeugen, wie ein Praxisbeispiel belegt. Die erreichte spezifische Kühlleistung wächst nahezu auf das Doppelte.Immer mehr Leistung und Flexibilität zu bieten, ist die Zielvorgabe für Rechenzentrumsbetreiber. Dieses Vorhaben zudem bei maximaler Energieeffizienz umzusetzen, ist zur unternehmerischen Selbstverpflichtung geworden. Der operative Betrieb ist von hohen Investitionen und Betriebskosten begleitet. Kontinuierliche Betriebskostenoptimierung avanciert dabei zur Kernaufgabe für die technische Leitung. In diesem Zusammenhang müssen Verantwortliche neue Marktentwicklungen für noch mehr Energieeffizienz bei der Klimatisierung verfolgen.
Bei dem Analyseprozess eines Praxisbeispiels überzeugte eine Klimawand mit deutlich mehr Registerfläche. Diese liefert bei eingeschränkten Platzverhältnissen nahezu eine Verdoppelung der Kühlleistung im Vergleich zu klassischen Klimageräten auf der gleichen Grundfläche. Zudem ergibt sich ein wirtschaftlicher Vorteil durch degressive Energiekosten – und dies gerade bei hoher Kühlleistung.
Hochverfügbarkeit mit leistungsfähigen und ausfallsicheren Versorgungsinfrastrukturen gehört in Großrechenzentren, die Mietflächen für Outsourcing stellen, heute zum Basisangebot. Die Wunschliste auf der Nachfrageseite – insbesondere bei der zukünftigen Entwicklung zu Cloud-Anwendungen – findet keine Grenzen. Kunden stellen heute bei den angemieteten Rechenzentrumsflächen sehr hohe Anforderungen an die Bereitstellungsflexibilität. Dies betrifft die Leistungsdichte, die Skalierbarkeit und den Wunsch nach flexibler bedarfsabhängiger Nutzung der Infrastrukturen. Rechenzentrumsbetreiber müssen Kunden kontinuierlich mehr an Leistung pro Quadratmeter bieten. Korrelierend mit der hohen Leistungsdichte steigt der Kühlungs- und Energieverbrauch. Energieeffiziente Komponenten einzusetzen, die darüber hinaus möglichst wenig Platz beanspruchen, ist dabei ein vorrangiges Ziel, wie auch Verantwortliche des Anbieters Telehouse bei neuen Installationen betonen. Im Zuge des Beobachtungsprozesses der Marktentwicklungen auf der Herstellerseite kam in dem betrachteten Praxisbeispiel die Klimawand Deltaclima Coolwall von Weiss Klimatechnik für eine mögliche Implementierung auf den Prüfstand.
Merkmal des neuen Konzepts ist die große Registerfläche bei relativ geringer Raumtiefe. Im Vergleich zu herkömmlichen Umluftkühlgeräten vereint diese Lösung eine energieeffiziente Kühlung mit weniger Grundflächenbedarf durch die Wandkonstruktion. Mithilfe intelligenter Technik sei gerade bei Höchstleistung eine deutliche Senkung des Energieverbrauches zu erreichen, so die Anbieter. Dieser Effekt basiert exakt auf der signifikant vergrößerten Registerfläche.
Der Hersteller hat die Verbrauchswerte in einer Hochrechnung für ein auszubauendes Modul des Rechenzentrums in Frankfurt am Main betrachtet. Anhand der konkreten Raumplanung für eine neue Flächeneinheit wurden Beispielrechnungen evaluiert.
Dabei verglichen die Techniker die Klimawand mit bisherigen Klimapräzisionsgeräten auf einer Fläche von 960 m2. Die erreichbare spezifische Kühlleistung ist damit annährend verdoppelt. Die Kühlwand führt bei diesem Aufbau ungefähr 1,9 kW/m2 ab (1.844 kW/960 m2). Die Kühlleistung der herkömmlichen Klimapräzisionsgeräte für die gleiche Fläche liegt dagegen bei 1 kW/m2 (936 kW/960 m2).
 
Ganzer Raum genutzt
Das innovative Kühlsystem nutzt den ganzen Raum mit der gesamten Höhe und Breite zur Kühlung der Luft mit einer Kühlleistung von mehr als 300 kW. Interessanterweise ist das zu erreichende Energieeinsparpotenzial umso größer, je höher die Kühlleistung ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei größerer Temperaturdifferenz die Leistung des Klimageräts steigt und seine Wirtschaftlichkeit in Bezug auf Energieverbrauchswerte ebenfalls. Sind die aus heutiger Sicht unter dem Maßstab der Energieeffizienz eher tradierten kleinen Wärmetauscher im Einsatz, haben diese in der Regel einen hohen luftseitigen Druckverlust, einen geringen Freikühlanteil, eine höhere latente Kälteleistung beziehungsweise niedrige Verdampfungstemperaturen.
Auch wenn eine überdurchschnittliche Kühlleistung nötig ist, sollen im Rechenzentrum in Frankfurt Komponenten zum Einsatz kommen, die das für den Ausbau geplante Raumkonzept durch ihr Volumen möglichst nicht verändern. Nicht vermietete Fläche ist und bleibt entgangener Umsatz. Unter dieser Bewertung legen die Techniker das Augenmerk professioneller Raumplanung neben Leistungsmerkmalen und dem Energieeffizienzgrad auch auf die Grundfläche der Komponenten. Auf Klimaschränke verzichten sie in diesem Fallbeispiel ganz. Dies zieht eine weitere Platzeinsparung in der Grundfläche nach sich.
 
Konfiguration und Funktionsweise der Klimawand
Das Kühlsystem besteht aus einer Wand mit Kühl- und Filtermodul. Die Kühlwand unterliegt einer automatischen Überwachung, um so Wasseraustritt anzuzeigen und zu vermeiden. Diese Konstruktion ist mit der separaten Regelung und besonders energiesparenden EC-Ventilatoren kombiniert. Die Ventilatoren stellen hinter der Wand den bedarfsgerechten Luftstrom sicher. Sie fördern dabei die Warmluft durch die Kühlwand hindurch aus dem Rechnerraum und transportieren die Kaltluft durch den Doppelboden zurück zu den Racks.
 
Kühlvolumen vergrößert
Dieser Kreislauf funktioniert auch umgekehrt. Dann wird der warme Luftstrom durch den Doppelboden abgeführt und kalte Luft durch die Kühlwand hindurch zugeführt. Das Konzept ist in der gesamten Funktionsweise vergleichbar mit einem Klimaschrank mit Ventilatoren, die Luft fördern. Nur dient dabei der gesamte Raum kombiniert mit der Klimawand als Kühlvolumen. Dazu ist ein Wärmeübertrager zum Kühlen im Einsatz. Bei herkömmlichen Klimageräten ist die Wärmeübertragungsfläche im Innenbereich der Einheit integriert. Je größer die Wärmetauscherfläche ist, umso höher ist die Effizienz der Klimatechnik. Die Kühlleistung steigt, und die Systemtemperaturen lassen sich anheben. Dazu die Formel für die Berechnung der Kühlleistung:
QK = k · A · ?Tm
mit
QK: Kühlleistung (kW), K: Wärmedurchgang (W/m2K), A: Oberfläche (m2) und ?Tm: Mittlere Temperaturdifferenz (K).
Der Energieverbrauch der Ventilatoren geht im Vergleich zu Klimaschränken über die Verringerung interner Druckverluste merklich zurück. Die Steuerung der Temperatur in einem Rechnerraum ist über die Auslegung der Wärmetauscher und die Anzahl der Ventilatoren sehr gut regulierbar. Die Feinsteuerung des Energieverbrauchs bildet die gesamte Mess-, Steuer- und Regeltechnik ab. Die Klimalösung ist mit vorhandenen Automatisierungssystemen auf dem Rechenzentrumsgelände kombinierbar. Frequenzgeregelte Motoren der Ventilatoren und das Kaltwasserventil sind zudem in die vorhandene automatische Steuerung der Versorgungsinfrastrukturen eingebunden.
 
Fazit
Die skalierbare und sehr energieeffiziente Kühlleistung passt zu dem heutigen Anspruch, den Kunden an Rechenzentrumsbetreiber haben. Mögliches Einsparpotenzial bei den Anschaffungs-, Installations- und Betriebskosten zu heben, ist für Rechenzentrumsbetreiber wichtig. Die Kosten für Klimatechnik machen rund 50 Prozent der gesamten Investitionen aus. Dabei gilt es, ganz genau zu evaluieren, wie die das beste Preis-Leistungsverhältnis bei Neuanschaffungen zu erzielen ist.

Das Kühlsystem besteht aus einer Wand mit Kühl- und Filtermodul. Die Kühlwand unterliegt einer automatischen Überwachung, um so Wasseraustritt anzuzeigen und zu vermeiden.

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