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In Zukunft ohne Kompressor: Energieeffiziente Kühlung im Rechenzentrum

Fortsetzung des Artikels von Teil 2.

Adiabatische Freikühlsysteme liegen im Trend

Auch Norbert Keil von Schneider Electric sieht modular aufgebaute, adiabatische Freikühlsysteme als Trend in der IT-Kühlung: »In der optimalen Kombination von Energieeffizienz und Verfügbarkeit, möglichst gepaart mit niedrigen Investitionskosten.

Dr. Peter Koch von Emerson schätzt das ähnlich ein: Abgesehen von der Optimierung der Komponenten und Betriebsbedingungen habe die direkte freie Kühlung gegenüber der klassischen »indirekten freien Kühlung« den Vorteil, dass zwei Wärmeübergänge eliminiert werden und die dadurch bedingten Temperaturverluste (je 1 bis 2 K) wegfallen.

Allerdings erfordere diese Variante auf dem gesamten Weg vom Schrank aus dem IT-Raum und aus dem Gebäude sehr große Lüftungsquerschnitte, weil Luft ein sehr schlechter Wärmeträger sei, verglichen mit flüssigen Medien. Zudem erhöhe sich bei direkter Freikühlung die Gefahr des Eintrags von Schadstoffen in den IT-Raum und reduziere sich der Zutritts- und Manipulationsschutz »dramatisch«.

Ein Standort müsse demnach sorgfältig ausgewählt werden, u.a. nach Umwelteinflüssen aus benachbarten Industrieanlagen.

Auch Kyoto-Cooling aus dem Bereich Hocheffiziente Kreislaufverbundsysteme (HE-KVS) sieht Koch als vielversprechend an: Diese Kühl-Varianten fügten in die direkte freie Kühlung zwar wieder zwei Wärmeübergänge ein (mit den entsprechenden Nachteilen), um eine teilweise (Kyoto) oder vollständige (HE-KVS) Trennung zwischen einem Innen- und einem Außenkreis herzustellen. Dafür seien aber weder Schadstoffe noch Zutrittssicherheit ein Problem. Allerdings brauche es große Luftquerschnitte auf praktisch dem gesamten Weg vom IT-Schrank aus dem Gebäude.

Kühlung mit Verdunstungskälte hilft dabei, die Jahresstunden mit Kompressorkühlung zu minimieren. Emerson Network Power hat kürzlich den adiabatischen Freecooling-Chiller Liebert AFC vorgestellt. Durch Wasserverdunstung wird hier die Temperatur der in die Freecooling- und Kühlschlangen strömenden Luft gesenkt, wodurch ein ganzjähriger Freecooling-Betrieb möglich wird und der mechanische Wirkungsgrad steigt.

Auch unter besonders schwierigen Bedingungen wie schwankender Netzversorgung, Wasserknappheit und extremen Umgebungstemperaturen bleibt die volle Kühlleistung erhalten. Das Wasserkühlsystem hat eine Teil-Stromverbrauchseffektivität (partial Power Usage Effectiveness, pPUE) von 1,08.

Bernd Hanstein (Rittal) sieht neben adiabatischer Kühlung das Prinzip der Kyoto-Kühlung per Rotationswärmetauscher als interessanten Ansatz der direkten Freikühlung. Der Wärmetauscher ist hier als großes, sich drehendes Rad über dem Rechenzentrum ausgeführt. Dabei befindet sich die eine Radhälfte über dem Rechenzentrum, die andere Hälfte außerhalb. Der Übergang ist über Lamellen abgedichtet.

Im Außenbereich strömt die kalte Luft von oben durch den Wärmetauscher und kühlt sie ab. Das sich drehende Rad transportiert die kalte Luft ins Rechenzentrum. Umgekehrt wird es von der warmen Abluft der Server von unten durchströmt abgekühlt. Da zwischen RZ und Außenbereich kein direkter Luftaustausch stattfindet, ist eine Be- oder Entfeuchtung nicht notwendig. »Mit der Nutzung kühler Außenluft, der Freikühlung, lassen sich hervorragende Effizienzwerte erzielen, wie zahlreiche Kundenapplikationen belegen«, sagt Hanstein.