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Glauben heißt nicht wissen: Zur Diskussion um glykolfreie CW-Systeme mit freier Kühlung

Bei CW-Systemen zur Rechenzentrumskühlung ist es nach Auffassung mancher Klimafachleute betriebstechnisch und wirtschaftlich sinnvoll, im RZ-Innenbereich auf das Kühlmedium Wasser-Glykol zu verzichten. Einer genaueren Überprüfung hält diese These jedoch nur in Ausnahmefällen stand.

Bei Kaltwassersätzen für die Rechenzentrumskühlung wird immer wieder einmal die Frage diskutiert, ob im Innenbereich des Rechenzentrums auf Glykol verzichtet und stattdessen reines Wasser eingesetzt werden sollte. Grundlage dieser Diskussion ist die Tatsache, dass der Einsatz von Glykol eine Reihe von Nachteilen besitzt:

 

1. sind die Wärmeübergänge bei einem Wasser-Glykol-Gemisch schlechter.

2. ist Glykol deutlich teurer als Wasser.

3. müssen die Pumpen des Klimasystems größer ausgelegt werden, wenn statt reinem Wasser ein Wasser-Glykol-Gemisch bewegt werden muss. Das erhöht das Projektvolumen und obendrein den Stromverbrauch.

 

Die Befürworter glykolfreier RZ-Innenbereiche schließen daraus, dass der Einsatz reinen Wassers die Investitions- und Betriebskosten senken und die Kühlleistung steigern würde. Glykol soll aus ihrer Sicht nur dort verwendet werden, wo sein Einsatz aus Frostschutzgründen unverzichtbar ist: in den Rohrsystemen, die zum Kaltwassersatz im Außenbereich des Rechenzentrums führen.

Betrachtet man die Fakten etwas genauer, so zeigt sich nun allerdings sehr schnell, dass diese Argumentation nicht vollständig ist. Denn sie unterschlägt, dass der Verzicht auf Glykol nur durch eine Systemtrennung realisiert werden kann. Statt eines einzigen Kaltwasserkreislaufs, der von den Klimainnengeräten zum Kaltwassersatz auf dem Gebäudedach und wieder zurück führt, erfordert der glykolfreie RZ-Innenbereich eine Aufspaltung des Systems in zwei Kaltwasserkreisläufe: einen Innenkreislauf mit reinem Wasser und einen Außenkreislauf für die freie Kühlung, der nach wie vor mit Wasser-Glykol befüllt ist. Bei dieser Systemtrennung wird die Wärmelast vom Wasserkreislauf aufgenommen und an einem Plattenwärmetauscher auf den Wasser-Glykol-Kreislauf übertragen, der die Wärme aus dem Gebäudeinneren heraus zum Kaltwassersatz mit Freikühlsystem transportiert. Auf diese Weise muss natürlich weniger Glykol eingesetzt werden als bei einem CW-System mit nur einem Kältekreislauf.

Es sind jedoch zusätzliche Komponenten erforderlich. Neben dem Plattenwärmetauscher sind das eine Pumpe sowie frostabweisende Rohrbegleitheizungen für den reinen Wasserkreislauf sowie einige kleinere Komponenten wie spezielle Verrohrungen und Verkabelungen. Der Verzicht auf Glykol bringt also nicht nur Ersparnisse, sondern führt auch zu zusätzlichen Ausgaben. Diese Zusatzausgaben sind letztlich so hoch, dass sie den Kostengewinn des Glykolverzichts aufheben. Das Argument der angeblich niedrigeren Investitionskosten ist also letztlich nicht haltbar.

Wie aber steht es um die These, dass glykolfreie Systeme betriebskostengünstiger seien? – Grundlegende Aufschlüsse gibt hier ein Systemvergleich am Beispiel eines ganzjährig betriebenen Rechenzentrums am Standort Hamburg. Berechnet wurden die Betriebskosten einer luftgekühlten Kältemaschine mit 700 kW Kälteleistung, integrierter Freikühlung sowie Ein- bzw. Austrittstemperaturen von 18 °C bzw. 12 °C. Die Stromkosten wurden mit 15 Cent je Kilowattstunde angesetzt. Unter diesen Bedingungen erzielte das reine Glykolsystem mit nur einem Kältekreislauf einen jährlichen Betriebskostenvorteil von ca. 33.000 Euro. Dabei ist bereits eingerechnet, dass die Pumpen bei Wasser-Glykol eine höhere Antriebsleistung zu erbringen haben und die wärmeübergangsbedingten Leistungsverluste durch erhöhte Stromaufnahme der Ventilatoren der Präzisionsklimageräte kompensiert werden müssen.


Doch warum erzeugt das glykolfreie System letztlich weitaus höhere Betriebskosten?

Als entscheidender Faktor erweist sich der kompakte, zwischen Innen- und Außenkreislauf integrierte Plattenwärmetauscher. Die dort entstehenden Wärmeübertragungsverluste erhöhen zum einen die Kompressorlaufzeit. Zum anderen macht der Druckverlust, der sich beim Durchströmen der Rohre des Plattenwärmetauschers einstellt, eine starke Erhöhung der Pumpenantriebsleistung erforderlich – und zwar sowohl im Innenkreislauf als auch im Freikühlkreislauf. Durch diesen zusätzlichen Energieverbrauch gehen die Effizienzvorteile der freien Kühlung zumindest in Teilen wieder verloren. Das reine Glykolsystem hingegen kann die Vorteile der Freikühlung ohne Abstriche nutzen und muss zudem keine Übertragungsverluste am Plattenwärmetauscher kompensieren.

Auch das Argument, dass glykolfreie Systeme in puncto Betriebskosten günstiger seien, ist also bei genauerem Hinsehen nicht haltbar – jedenfalls nicht bei herkömmlichen Standortvoraussetzungen wie in unserem Berechnungsbeispiel. Allenfalls an Standorten, die keine freie Kühlung zulassen und somit permanenten Kompressorbetrieb erfordern, kann es wirtschaftlich sinnvoll sein, glykolfreie Systeme einzusetzen. Auch dann bleibt freilich noch der Nachteil, dass jede zusätzliche Komponente die statistische Ausfallwahrscheinlichkeit eines Systems erhöht. Mit der Systemtrennung gelangen so in jedem Fall weitere Risikofaktoren in das Rechenzentrum.

Über die Autorin

Über die Autorin

Natascha Meyer ist im Produktmanagement für Kaltwassersätze bei der STULZ GmbH in Hamburg tätig. Dort verantwortet Sie als Spezialistin für Kaltwassersätze die vertriebliche Ausrichtung für den ITK-Klimatisierungsbereich. Nach Abschluss des berufsbegleitenden Studiums an der HSBA (Betriebswirtschaft mit Schwerpunkt Vertrieb) stieg Natascha Meyer 2012 in den Product Support International Sales bei STULZ ein. Dort hat sie umfangreiche Erfahrungen mit dem Einsatz von STULZ-Produkten weltweit gesammelt.

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