Klimatisierung eines Rechenzentrums

Das Projekt

Die P&T beauftragte das Ingenieurbüro Jean Schmit Engineering (JSE) aus Luxemburg mit der Generalplanung. Es war bereits das dritte gemeinsam realisierte Rechenzentrum dieser Größenordnung. Die Zentren wurden für die maximale Sicherheitsstufe TIER IV (siehe Info-Kasten) konzipiert. Die ersten beiden Projekte bekamen auch schon die entsprechende Zertifizierung vom renommierten Uptime Institute aus den USA.

In der Endausbaustufe werden insgesamt 64 RLT-Geräte in Betzdorf stehen: Auf einem eigenen Stockwerk klimatisieren 28 Innenraumgeräte eine Etage des Datacenters. Ein weiteres Stockwerk mit Servern wird von 36 wetterfesten RLT-Geräten versorgt, welche auf dem Dach aufgestellt werden.

Um konkurrenzfähig zu bleiben, forderte der Bauherr für Betzdorf die höchste zu diesem Zeitpunkt mögliche Energieeffizienz. Das erarbeitete Konzept kombiniert Umluftbetrieb mit umweltfreundlicher adiabater Kühlung. In der Endausbaustufe sind mindestens 15 MW Wärme abzuführen. Dafür werden bis zu 5,6 Mio. m³/h Luft umgewälzt.

Weitere Kernpunkte des Ener­gie­sparkonzepts sind ein vo­­lu­menstromvariabler Umluft­betrieb und die Minimierung von Druckverlusten. Eine eingehende und ganzheitliche Effizienz-Analyse beeinflusste das Konzept maßgeblich.

Minimierte Druckverluste

Um die Druckverluste in den RLT-Geräten zu minimieren, wurden diese großzügig dimensioniert. Die Geschwindigkeit im lichten Querschnitt beträgt lediglich 1,6 m/s. Das erste der RLT-Geräte hat deshalb eine Breite von knapp 4 m, eine Höhe von 4,5 m und eine Länge von 14 m. Auch bei der Auswahl der Komponenten wie Filter oder Rotationswärmeübertrager war der Druckverlust ein entscheidendes Selektionskriterium. Die absoluten Energieeinsparungen solcher Maßnahmen sind erheblich: Allein 2816 Filter sind für die 64 RLT-Geräte in Betzdorf vorgesehen.

Umweltfreundliche Kälteerzeugung

15,28 MW Kühlleistung benötigt das fertig ausgebaute Datacenter. Die Kälte soll möglichst ökologisch erzeugt werden. Deshalb wird so viel wie möglich mit Außenluft gekühlt. Als Regenerationsluft wird sie bei Bedarf zur Kühlung adiabat befeuchtet. Die Kälte des Regenerationsluftstroms wird durch Rotationswärmeübertrager ohne Feuchteübertragung an die Umluft des Datacenters übertragen. Die umweltfreundliche Kühlung leistet 5,88 MW. Das entspricht fast einem Drittel der benötigten Kühlleistung. Für die adiabate Befeuchtung wird zuerst aufbereitetes Regenwasser genutzt. Neben dem Datacenter wurde dafür eigens ein Regenwassertank und eine Aufbereitungsanlage gebaut. Sollte dies nicht genügen, wird aufbereitete Wasser einer naheliegenden Kläranlage benutzt. Die restliche Kälteleistung stellt die zentrale Kälteerzeugung (Bild 1) bereit.

Auch die Antriebe wurden optimiert. High Efficiency Motoren (IE2) treiben die Ventilatoren an. Die Motoren der Umluftventilatoren sind im Fortluftstrom der Regenerationsluft platziert. Statt die Kühllast zu erhöhen, wird die Motorabwärme somit direkt abgeführt.

Neben den Umluftgeräten sorgt ein weiteres RLT-Gerät für den hy­gienisch notwendigen Luftwechsel und die Sicherstellung der Luft­feuchtigkeit von ganzjährig 8 g/kg. Der erforderliche Außenluft­an­teil der Serverbereiche ist sehr gering. Für die Klimatisierung der angeschlossenen Büroräume ist ein separates RLT-Gerät zu­stän­dig.

Standortspezifisch analysiert

Bei der Erarbeitung des Raumlufttechnik-Konzepts wurden verschiedene Lastfälle und RLT-Anlagenkonzepte mit dem Effizienznachweis „TrueBlue“ simuliert. Ausbaustufen von 1200 W/m² bis zu 2000 W/m² wurden betrachtet. Kühlsequenzen wurden im Stundenschrittverfahren über einen Zeitraum von einem Jahr simuliert. „TrueBlue“ berücksichtigt die tatsächlichen Wet­ter­daten des jeweiligen Standorts, weltweit. Anhand dieser Ergebnisse wurde das Konzept detailliert ausgearbeitet. Investitions-, Betriebs-, Wartungs- und Entsorgungskosten werden mit dem Effizienznachweis ebenso ausgewiesen wie Primärenergiebedarf und CO₂-Emissionen.

In Deutschland ist diese ganzheitliche Betrachtung insbesondere vor dem Hintergrund des EEWärmeG zu sehen. Das aktuelle EEWärmeG sieht vor, dass ein bestimmter Prozentsatz des Wärme- und Kältebedarfs durch erneuerbare Energien erzeugt werden muss bzw. durch Ersatzmaßnahmen zu kompensieren ist.  Wärmerückgewinnung und adiabate Befeuchtung können als Ersatzmaßnahme unter Einhaltung bestimmter Qualitätskriterien nach EEWärmeG angerechnet werden.

Optimierte Regelsequenzen

Durch die Analyse wurden die optimalen Regelbereiche und deren Positionierung im h,x-Diagramm identifiziert.

Die größtmögliche Energieeinsparung wird durch drei Bereiche mit unterschiedlichen Regelsequenzen erreicht. Diese Regelsequenzen bestimmen die Abfolge der Funktio­nen Wärmerückgewinnung, adiabate Befeuchtung, variable Volumen­ströme und Zuluftkühler-Leistung.

Geprüfte Leistung

Die anspruchsvollen Leistungsdaten wurden am realen Gerät während einer Werkabnahme verifiziert. Dazu wurde das erste RLT-Gerät mit einem Luftvolumenstrom von 47­ 750 m³/h im Entwicklungslabor von robatherm in Burgau komplett montiert und mit Messeinrichtungen versehen. Förderleistung, Stromaufnahme und Druckverluste der einzelnen Komponenten sowie des gesamten RLT-Geräts wurden überprüft und bestätigt.