Lees meer! - Air@Work

TOTAL ENERGY: DATACENTERKOELING
RCC Koude & luchtbehandeling
Tekst: Arthur Singendonk
Duurzaam (her)inrichten van datacenters
Vaarwel compressorkoeling!
Een datacenter kan geen fractie van een seconde zonder stroom en geen
minuut zonder koeling. Koeling in datacenters is welbekend belangrijk. Bij het
koelen van datacenters is er de uitzonderlijke situatie dat er wordt geëist dat
men installaties en voorzieningen redundant uitvoert. Dat is nodig voor het
geval er een machine uitvalt of dat een machine uitstaat voor onderhoud.
die werken met een bepaald
koudemiddel. Het vloeibare koudemiddel wordt door een expansieventiel geëxpandeerd in een
luchtkoeler of verdamper, het
geëxpandeerde vloeibare koudemiddel onttrekt in de verdamper
warmte aan de ventilatielucht. Het
wordt gasvormig. De compressor
comprimeert het gasvormige
koudemiddel naar hoge druk.
Waarna de warmte in het koudemiddel weer wordt afgegeven aan
de omgeving en het gasvormige
koudemiddel weer voelbaar wordt
in de condensor. Het koudemiddel
is dus weer vloeibaar en het proces
Temperatuur in graden C
Als de koeling in het datacenter
ermee ophoudt, wordt de door de
ICT-apparatuur opgewarmde lucht
niet meer afgekoeld en opnieuw
aangeboden. De ongekoelde lucht
wordt weer opgewarmd en deze
vicieuze cirkel zorgt voor een zeer
snelle oververhitting van de ICTapparatuur. Een datacenter met 100
kW opgesteld ICT-vermogen met
een haperende airconditioninginstallatie is binnen een minuut
opgewarmd tot 34°C, binnen tien
minuten opgewarmd tot 46 graden
en binnen vijftien minuten is de
ruimte warmer dan 50°C.
Uit de onderstaande grafiek blijkt
min.
Opwarming datacenter bij uitval airconditioning.
duidelijk dat koeling in het datacenter noodzakelijk is.
Hoe wordt er gekoeld?
De meeste conventionele koelsystemen van datacenters zijn gebaseerd op compressorkoelsystemen
54
JUNI 2014 107 e JAARGANG
herhaalt zich. Dit wordt wel de
directe expansiemethode genoemd.
Vele varianten zijn denkbaar. Soms
wordt de datacenterlucht niet direct
gekoeld maar wordt er eerst water
gekoeld dat vervolgens de datacenter lucht met een extra warmtewis-
selaar en pomp koelt. Zo wordt het
oververhitte koudemiddel ook wel
gekoeld met water in plaats van met
lucht, waardoor het water in
temperatuur stijgt, wat vervolgens
op een andere wijze gekoeld wordt.
Voor het koelen op deze manier zijn
veel mechanische componenten
nodig zoals pompen, compressoren
en ventilatoren. Al de benodigde
componenten gaan gepaard met
een hoog energiegebruik, onderhoudskosten en uitvalrisico. Een
ander niet te verwaarlozen aspect is
de toenemende beperking van het
toepassen van chemische koudemiddelen volgens het Europese
F-gassenbesluit van 14 april 2014.
Jarenlang werden er CFK’s en
HCFK’s gebruikt, die nu verboden
zijn. En ook de uitfasering van vele
HFK’s met hoge GWP-waarde gaat
volgens de nieuwe F-gassenverordening deze toepassing beperken
en/of verbieden. HFK’s zijn sterke
broeikasgassen, die bij emissie
zorgen voor een sterke CO2-uitstoot in het milieu. Op dit moment
is hun bijdrage aan de opwarming
van de aarde nog gering, maar deze
kan oplopen tot tussen negen en
negentien procent van de totale
CO2-uitstoot in 2050. Een energiebesparend natuurlijk alternatief is
het gebruik van verdampingskoeling met water als koudemiddel.
Hoe energiezuinig of onzuinig de
koeling van het datacenter is wordt
vastgelegd in de EER of de PUE.
In de koeltechniek schrijft men veel
over de EER als het om de efficiency
van de koelinstallatie gaat. Bij
datacenters schrijft men over de
Power Usage Effectiveness (PUE).
De definitie van PUE: totale ener-
TOTAL ENERGY: DATACENTERKOELING
Koude & luchtbehandeling RCC
giegebruik gedeeld door ICT-energiegebruik. Oorspronkelijk bedoeld
om de efficiency van het hele
datacenter vast te leggen wordt
deze ook gebruikt om de efficiency
van de koeling vast te leggen:
PUEcooling.
Energie Efficiency Ratio
De Energie Efficiency Ratio (EER) is
de verhouding tussen de koelcapaciteit of koelvermogen (in kW) en de
hoeveelheid elektrische energie die
toegevoerd dient te worden. Het
gaat hierbij om de totale benodigde
energie van alle componenten die
nodig zijn om de koelcapaciteit of
het koelvermogen op te wekken –
dus ook de compressoren, ventilatoren, pompen en dergelijke.
Als voorbeeld is een ruimte genomen met opgesteld ICT vermogen
van 100 kW en een kWh prijs van
€ 0,12.
luchtstroom in een platenwarmtewisselaar. De datacenter lucht is
geheel gescheiden van de bevochtigde luchtstroom, die naar buiten
word afgevoerd en is daarmee niet
van invloed op de luchtvochtigheid
in het datacenter.
Het afkoelen van warme lucht door
verdamping van water in de lucht
houdt op als de lucht 100 procent
verzadigd is. De temperatuur
waarbij dat gebeurt heet de natteboltemperatuur.
Water als koudemiddel is een
natuurlijk, energiezuinig en duurzaam alternatief voor traditionele
koelprocessen, zonder dat daarbij
gebruik wordt gemaakt van chemische koudemiddelen.
Met minimale componenten, twee
ventilatoren en een waterklep is een
zeer betrouwbaar en onderhoudsarm koelsysteem mogelijk.
De basis van indirecte adiabatische
datacenterkoeling is de StatiqCoo-
Opgesteld ICT-vermogen
(kW) Koelprincipe
EER
(kW) Prijs kWh/h
(euro)
Energiekosten per jaar
100
Directe expansie
3
33,3
€ 0,12
€ 35.540,00
100
Koelmachine +
indirecte vrije
koeling
4
25
€ 0,12
€ 26.280,00
100
Koelmachine + 6
geoptimaliseerde indirecte
vrije koeling
16,7
€ 0,12
€ 17.520,00
100
Geoptimali8
seerde indirecte
vrije koeling
12,5
€ 0,12
€ 13.140,00
100
Indirecte
adiabatische
koeling
3,3
€ 0,12
€3.504,00
30
Bevochtigingskoeling
Hoe werkt indirecte adiabatische
koeling? Indirecte bevochtigingskoeling is een koelproces waarbij de
temperatuur van de datacenter
lucht wordt verlaagd door het
verdampen van water in een andere
Benodigd
elektrisch
vermogen
ler-kunststofwarmtewisselaar. De
StatiqCooler-warmtewisselaar is
een component dat warmte van de
ene luchtstroom, de buitenlucht,
door een dunne plaat gescheiden
overbrengt naar de andere luchtstroom, de datacenterlucht. Bij een
lage buitentemperatuur koelt de
buitenlucht indirect de datacenterlucht zonder water. Wordt het
buiten warmer dan wordt de
platenwisselaar bevochtigd. Het
water verdampt op de plaat in de
warmtewisselaar en onttrekt de
warmte de datacenter lucht.
Door de dunwandige kunststof
platen en de hygroscopische laag
heeft de warmtewisselaar een hoge
warmteoverdrachtscoëfficiënt.
Samenvattend
Ŕ Gedurende het koelproces,
stroomt warme lucht tussen de
platen in de StatiqCooler, de
primaire lucht (rood-blauwe
pijlen).
Ŕ De buitenzijden van de platen in
de StatiqCooler zijn voorzien van
een hygroscopisch laag, die
indien nodig wordt bevochtigd
met water.
Ŕ Een tweede luchtstroom wordt
als proceslucht aan de buitenzijde van de primaire luchtkanaaltjes in tegengestelde richting
teruggevoerd (groen pijlen).
Ŕ De proceslucht verdampt het
vocht uit de hygroscopische laag.
De bevochtigde proceslucht
wordt naar buiten afgevoerd,
waardoor er geen vocht bij de
geconditioneerde lucht komt.
Ŕ Door het verdampingsproces
wordt de primaire lucht gekoeld
en aan de koude gang van het
datacentrum toegevoerd.
StatiqCooler indirecte adiabatische koeler.
107 e JAARGANG JUNI 2014
55
TOTAL ENERGY: DATACENTERKOELING
RCC Koude & luchtbehandeling
Compressorloos koelen
De ASHRAE TC 9.9 2011 richtlijn
geeft een Allowable (rood) en
Recomendable (blauw) kader aan
waaraan de toevoerlucht in het
datacenter moet voldoen. In het
mollier diagram zijn deze aangegeven. Voor het toepassen van
compressorloze koeling moet dus
op zijn minst aan de temperatuur
waarden van het allowable kader
worden voldaan. Bij Air@Work gaat
men een stapje verder. Er wordt
door de efficiënte indirecte adiabatische StatiqCooler altijd in het
Nederlands klimaat voldaan aan het
recommendable kader.
Uitgaande van de meest extreme
situatie gemeten in Nederland,
waarbij de maximale temperatuur
niet bepalend is, maar de combinatie van temperatuur en vochtigheid
kan er altijd compressorloos
gekoeld worden.
Uitgangspunt
Setpoint = 24°C koude gang, 34°C warme gang
Buitenluchtconditie
Aantal uur
Status
-20°C <> 14°C
5682 uur
1. Indirecte vrijelucht koeling
14°C <> 32°C
3072 uur
2. Indirecte adiabatische koeling
32°C <> 40°C
6 uur
3. Indirecte adiabatische koeling
Setpoint verandering naar
maximaal 25°C.
Maximale belasting
De koelcapaciteit of koelvermogen
van een datacenter wordt ontworpen
op de slechtst bedenkbare situatie.
Het mag niet uitvallen als het buiten
sporadisch warm is of als er sporadisch veel ICT capaciteit nodig is. De
koelinstallatie staat dus meestal op
deelvermogen te draaien. De energie
efficiëntie van indirecte adiabatische
koelers zijn dan nog beter dan op
vollast, bijvoorbeeld door het
ventilator toerental. Voor een
met een luchtopbrengst van 24.000
kubieke meter per uur verbruikt 5,1
kW aan ventilatorenergie. De
jaarlijkse kosten daarvan bedragen
5361 euro. En dat is dus alleen maar
voor de ventilator. Bij het halveren
van het luchtvolume dalen de kosten
zeer sterk tot nog maar 670 euro. Dat
is een besparing van bijna 4700 euro.
Niet het hele jaar
Zolang de buitentemperatuur laag
genoeg is werkt de wisselaar als een
Temperatuurgegevens De Bilt.
opgesteld vermogen
van 100 kW is ongeveer 24.000 m3/h
lucht nodig voor de
juiste koeling. Daar zit
dan ook de grote
winst als het gaat om
energie- en kostenbesparing. Aangezien
Mollier-diagram met ASHRAE Allowable en Recomendable.
het opgenomen
vermogen van een ventilator
In het voorbeeld (groen lijn) wordt
evenredig is met de derde macht van
de lucht van 32°C / 50 % RV behet toerental - en daarmee dus de
vochtigd tot 100 % relatieve vochluchtproductie – scheelt dit aanzientigheid. Met en natte bol temperalijk in de jaarlijkse kosten voor
tuur van 23,5°C kan dan de
ventilatorenergie. Een koeloplossing
datacenterlucht gekoeld worden!
56
JUNI 2014 107 e JAARGANG
normale tegenstroom warmtewisselaar. De buitenlucht koelt de
datacenter lucht. De twee luchtstromen beïnvloeden elkaar maar
mengen niet. Pas als de temperatuur buiten oploopt wordt er
begonnen met het bevochtigen van
de hygroscopische laag over de
kunststofplaten.
Bacteriologisch
Als uitgangspunt geldt, het gebruik
van een aangetoond bacteriologisch en Legionella veilig systeem.
Legionella veilig door te voorkomen dat zich aerosolen kunnen
TOTALENERGYDA
: TACENTERKOELING
Koude & luchtbehandeling RCC
WIE
ZIJN WIJ ?
AL 40 JAAR
MARKTLEIDER OP
HET GEBIED VAN
VERHUUR VAN
AIRCONDITIONING,
VERWARMING,
ONTVOCHTIGING
EN VENTILATIE
AAN DE ZAKELIJKE
MARKT
Met onze producten en diensten ondersteunen wij
onze klanten bij de uitdagingen die zij in de dagelijkse
Energiebesparingscalculator.
praktijk tegenkomen. Of het nu gaat om een geplande
situatie of een noodgeval, wij zorgen ervoor dat het
zo snel, deskundig, professioneel en kostenbesparend
vormen in de proceslucht. De
gebruikte materialen van het
bevochtigings pakket bevinden
zich in een vochtig milieu en
mogen niet als voedingsbodem
functioneren voor levende organismen. Dit houdt in, dat bij
voorkeur geen natuurlijke materialen zoals katoen, wol, cellulose en
viscose mogen worden toegepast.
Het gebruik van kunststof sluit de
kans op corrosie volledig uit en is
bovendien een slechte voedingsbodem voor bacteriën.
Samenvattend
Door het toepassen van indirecte
adiabatische koeling wordt er zeer
efficiënt gekoeld. Het energiegebruik is alleen dat wat nodig is voor
het aandrijven van de ventilatoren.
Een besparing van 90 procent op
energiekosten is realiseerbaar in
vergelijk met conventionele
systemen. Daardoor kan de E- infrastructuur aanzienlijk lichter
worden uitgevoerd. Denk hierbij
aan transformatoren en generatoren waardoor de investering in het
datacenter lager uitkomt dan bij
conventionele koelsystemen.
Het systeem is betrouwbaar door
het minimaliseren van bewegende
delen, daardoor is de beschikbaarheid hoog en zijn de onderhoudskosten laag. RCC K&L
Over de auteur
De auteur is commercieel directeur
bij Air@Work.
mogelijk wordt opgelost.
AIRCONDITIONERS
CHILLERS
BOILERS
Meer informatie:
Air@Work
Real Green Cooling Solutions
De Boelelaan 7, 1083 HJ Amsterdam
Tel: 020 - 2600863
E: [email protected]
I:: www.airatwork.com
24/7 SERVICE
0800 5200200 andrewssykes.nl
Koeling datacenter.
107 e JAARGANG JUNI 2014
57

Download Report