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Schalloptimierte Kühlung für Rechenzentren

Aufgrund der vielfältigen Vorteile setzt sich das Konzept der schalloptimierten Kühlung inzwischen auch als echte Cross-Industry-Innovation in anderen Branchen durch. Denn die Anforderungen an Ausfallsicherheit, Verfügbarkeit und Energieeffizienz sind im Rechenzentrum besonders hoch. Da ist es nur naheliegend, dass auch andere Industriebereiche Interesse zeigen. Die umfassende Schalloptimierung ist eine Eigenschaft, die einen solchen Chiller für viele Branchen und Projekte sehr interessant macht.

Das Schall-Dilemma

Dass Schallemissionen einmal zum Problem werden könnten, hat sich unser Kunde im beschriebenen Fall schlichtweg nicht vorstellen können. Der Industrieproduzent unterhält einen großen Standort mit einer Fertigung, die rund um die Uhr in Betrieb ist. Schallemissionen waren hier bisher kein besonderes Thema. Erst eine spezielle bauliche Situation hatte dazu geführt, dass ein Kaltwassersatz für eine Industriekühlung direkt neben einem Bürogebäude platziert werden musste. Um dies zu ermöglichen, musste der Kaltwassersatz jedoch verschiedene Vorgaben erfüllen: Das System sollte zunächst eine hohe Effizienz aufweisen, da die selbst gesteckten CO2-Ziele nicht überschritten werden durften. Wichtig war darüber hinaus auch, dass der Chiller möglichst geräuscharm arbeitet und nur wenig Stellfläche benötigt. Kompakte Maße und geringe Schallemissionen sind jedoch Vorgaben, die bei der Konstruktion von Kaltwassersätzen zunächst einmal im Widerspruch zueinander stehen. Denn bei gleicher Kälteleistung sind große Kältemaschinen in der Regel effizienter und geräuschärmer als kleine. Rechenzentren befinden sich oft in Mischgebieten aus Wohngebäuden und Gewerbeansiedlungen und sind rund um die Uhr im Betrieb.

Deshalb muss eine Kältemaschine für Rechenzentren auch mit strengeren Schallanforderungen umgehen können, die besonders in der Nacht einzuhalten sind. Zudem haben sich Rechenzentren in den vergangenen Jahren stark verändert: Steigende Packungsdichten bewirken, dass die Wärmelast innerhalb von Rechenzentren stetig wächst, aber die bestehende Fläche bei einem Umbau oder Neubau quasi gleich bleibt. Das führt dazu, dass die verfügbare Fläche für die Aufstellung von Kaltwassersätzen auf einem Dach oder neben einem Gebäude schnell sehr knapp wird. Um die benötigte Kälteleistung zu erreichen, müssten von daher kleinere Kaltwassersätze verbaut werden, die aber mitunter zu laut sind und nicht die gewünschte Effizienz bieten.

Schalloptimierung als Entwicklungskonzept

Bei der Konzeption des CyberCool 2 Chillers wurden schon im Vorfeld der Entwicklung Komponenten wie Kompressoren, Ventilatoren und Pumpen genauestens auf ihre Schallentwicklung während des Betriebs untersucht. Als Ergebnis wurden darauf hin die im CyberCool 2 eingesetzten Kompressoren in einer speziellen, schallgekapselten Kompressorkammer untergebracht. Schon dieser erste Schritt führte zu einer enormen Reduzierung der Schallemissionen. Die Schalloptimierung der Ventilatoren gestaltete sich jedoch als ein etwas komplexeres Vorhaben. Denn kleine Ventilatoren müssen schneller drehen, um mehr Luft zu befördern. Dabei werden sie automatisch lauter und verbrauchen mehr Energie. Um dieses Problem zu lösen, entschloss sich das STULZ-Entwicklerteam dazu, möglichst großflächige Ventilatoren zu verbauen, dabei aber die auf dem Kaltwassersatz zur Verfügung stehende Fläche möglichst optimal zu nutzen. Und zwar so, dass zwischen die einzelnen Ventilatoren buchstäblich kein Blatt Papier mehr passt. Damit das neue Ventilatorsystem die volle Stärke ausschöpfen kann, war es notwendig, die komplette Luftführung von der Ansaugung über die Wärmetauscher bis zu den Ventilatoren neu zu konzipieren.

Große Freikühlregister als entscheidender Faktor bei der Schalloptimierung

Die Kombination von großen Kondensatorflächen (mit niedrigen luftseitigen Druckverlusten) und baugrößenmaximierten Ventilatoren erlaubt nämlich eine Reduzierung der Ventilatordrehzahl insgesamt — und damit ein Absinken des Schallpegels ohne deutlichen Effizienzverlust. Möglich wurde dieser Schritt der umfassenden Schalloptimierung erst durch aufwändige CFD-Analysen im Bereich der Luftführung. Nur so konnte das perfekte Gleichgewicht aus thermodynamischer Performance und Schallemission erreicht werden.

Das STULZ-Entwicklerteam hat hierzu penibel alle möglichen Schwachstellen untersucht und um jeden Quadratmillimeter Registerfläche gekämpft. Denn nur großflächige Freikühlregister ermöglichen eine frühe Umschaltung in den Freikühlmodus, beziehungsweise in den gleitenden Mischbetrieb zwischen Kompressorkühlung und Freikühlung. Dadurch können die Kompressoren frühzeitig abgeschaltet werden. Zusätzlich sorgen entsprechend groß dimensionierte Register für eine niedrige Kondensationstemperatur im DX-Betrieb sowie eine geringe Luft-Durchströmungsgeschwindigkeit.

Dabei muss aber zwingend die komplette Registerfläche genutzt werden: Es darf weder Bereiche und Ecken mit Turbulenzen geben noch Registerzonen, die nicht angeströmt werden. Spezielle Luftleitbleche sorgen hierbei für eine optimale Anströmung der inneren Registerelemente. Abschließend lässt sich feststellen: Bei umfangreicher Planung eines Kältesystems lässt sich der Schallaustritt so reduzieren, dass keine Einbußen in puncto Effizienz zu erwarten sind. Dabei ist es aber nicht mit rein kosmetischen Eingriffen bei einzelnen Bauteilen getan. Vielmehr muss das komplette Kältesystem als Einheit betrachtet und analysiert werden. Die Optimierungen müssen in allen Punkten aufeinander aufbauen und den jeweils nachgelagerten Kühlprozess positiv unterstützen. 

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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