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Wie kann ich Kaltwassersätze für Rechenzentrums-anwendungen miteinander vergleichen?

Jeder Planer oder Kunde kennt das Problem. Kommt er an den Punkt, an dem die Entscheidung für ein System gefallen ist, startet die Ausschreibung und es beginnt die große Aufgabe abzuwägen, welches Produkt für dieses Projekt am besten geeignet ist.

In diesem Artikel soll es um die Frage gehen, welche technischen Daten zu einem Gerätevergleich herangezogen werden können und wie man relativ einfach ihre Glaubwürdigkeit hinterfragen bzw. überprüfen kann.

Bevor es losgeht, sollte man sich über den Fokus im Klaren sein. Welche Aspekte sind für mein Projekt am wichtigsten? Liegt der Fokus auf den Investitionskosten (CapEx), Betriebskosten (OpEx), Schall oder einer möglichst einfachen Integration in eine Bestandsanlage? Investitionskosten lassen sich relativ simpel vergleichen. Hierbei sollte jedoch vor allem darauf geachtet werden, dass beide Maschinen die gleiche Ausstattung vorweisen können. Hat der eine Kaltwassersatz bereits im Standard etwas zu bieten, das beim anderen nur als Option erhältlich ist?

Bei der Integration geht es vor allem um die Zusammenarbeit mit dem jeweiligen Hersteller und dessen Flexibilität. Hier einen Vergleich zu ziehen, wird schon schwerer. Allerdings wird sich zeigen, dass manche Hersteller flexibler sind als andere. Die Flexibilität geht hierbei weit über das ergänzen von standardmäßigen Optionen hinaus, hierbei kann es sich um einen größeren Kompressor bei gleichem Footprint handeln, um die Anpassung der Lasteintragspunkte oder elektrospezifische Anforderungen und vieles mehr.

Hat man die Unterlagen von zwei oder mehr Herstellern zu den gleichen Auslegungsbedingungen vorliegen, beginnt der große Vergleich der technischen Daten. Gern werden definierte Kennzahlen wie der EER oder der ESEER zum Vergleich herangezogen. Doch wie aussagekräftig sind diese tatsächlich? Um hier Klarheit zu schaffen, wird zunächst definiert, worum es sich bei beiden Werten eigentlich handelt. Nachfolgend zunächst die Berechnungsgrundlagen:

 

Energy Efficiency Ratio (EER)

Kälteleistung


Leistungsaufnahme

 

Beim EER wird die Kälteleistung ins Verhältnis zur Leistungsaufnahme gesetzt. Der Wert sollte möglichst hoch sein (es wird wenig Energie benötigt, um die gewünschte Kälteleistung zu erzielen).

VorteileNachteile
Vergleich im gleichen Betriebspunkt möglich.Es wird nur ein Betriebspunkt betrachtet.
Betrachtet nicht die Effizienz über das gesamt Jahr.
Ungenau, weil nicht alle Hersteller die gleichen Verbraucher einberechnen (z.B. Pumpe).

 

 

 

European Standard Energy Efficiency Ratio (ESEER) = 0.03 A+0.33 B+0.41 C+0.23D

Wobei A-D folgende Auslegungsparameter widerspiegeln:

 

Betriebspunkt EER-FaktorAußentemperatur
A- 100 %0.0335 °C
B- 75 %0.3330 °C
C- 50 %0.4125 °C
D- 25 %0.2320 °C

 

 

Beim ESEER wird davon ausgegangen, dass die Kälteleistung mit abnehmender Außentemperatur sinkt, da weniger Kühlbedarf besteht.

 

VorteileNachteile
Vergleich über mehrere  Betriebspunkte möglich.Kälteleistung im Rechenzentrum konstant.
Annahmen passen häufig nicht zur Anwendung.
Wassertemperaturen sind nicht projektspezifisch sondern vorgegeben.

 

 

 

Beide Kennzahlen geben nur begrenzt Auskunft über die Effizienz eines Kaltwassersatzes in einer Rechenzentrumsanwendung. Eine Betriebskostenberechnung über das gesamte Jahr inkl. aller projektspezifischen Daten wäre eine Alternative. Hierbei wird ein Wetterprofil des jeweiligen Standortes zugrunde gelegt und somit das Verhalten über ein breites Temperaturspektrum und alle Betriebsmodi (DX, MIX, FC) betrachtet. Es gilt zu beachten, dass bei einem Vergleich jeweils auf Grundlage des gleichen Temperaturprofils die Betriebskosten berechnet werden. Ist dies nicht der Fall, kann es zu großen Abweichungen kommen. Viele Betriebsstunden bei kalten Temperaturen verbessern die Bilanz erheblich.

Muss ich mich auf die technischen Daten verlassen oder habe ich eine Möglichkeit diese genauer zu beleuchten? Gelegentlich kommt es vor, dass man die technischen Daten hinterfragen sollte. Immer dann, wenn die Preisdifferenz sehr groß ist und die technischen Daten sehr eng beieinander liegen, lohnt sich ein zweiter Blick.


Welche Komponenten sind verbaut?

Zunächst sollte überprüft werden, welche Komponenten von welchen Herstellern verbaut wurden. Es wird viele Übereinstimmungen geben. Doch auch hier lohnt es sich genauer hinzusehen. Warum? Ein Kaltwassersatz ist ein komplexes System und keine einzelne Komponente. Daher kommt es auf ein ausgewogenes Zusammenspiel der einzelnen Komponenten an. Nehmen wir zum Beispiel den Kompressor: Selbst wenn in beiden Kaltwassersätzen der vermeintlich gleiche Kompressor verbaut ist, kommt es auch auf seine Umgebung an. Jeder Kaltwassersatz hat neben dem Kompressor auch einen Verdampfer und einen Kondensator.

Woher soll also der Unterschied kommen? Die Führungsgrößen für den Energieverbrauch und das Arbeitsverhalten des Kompressors sind die Verdampfungs- und die Kondensationstemperatur. Somit ist der direkte Einfluss schon jetzt erkennbar. Die Verdampfungstemperatur sollte möglichst hoch und die Kondensationstemperatur möglichst gering sein. Die Differenz zwischen Verdampfungs- und Kondensationstemperatur ist sozusagen der Weg, den das Kältemittel mit Hilfe des Kompressors zurücklegen muss. Jedes Kelvin, welches hier eingespart werden kann führt zu Energie-Einsparungen zwischen 3-5% am Kompressor. Woher aber kommt eine niedrige Kondensationstemperatur bzw. eine hohe Verdampfungstemperatur? Beides ist abhängig vom Aufbau und Material. Allgemein gilt sowohl für den Verdampfer als auch für den Kondensator: 

Q = A ⋅ k ⋅ΔT

A ist die Fläche in m²

k der Wärmedurchgangskoeffizient

ΔT die Temperaturdifferenz zwischen Kaltwasserein- und -austrittstemperatur.

 

An dieser Formel lässt sich erkennen, dass sowohl das Material als auch die Größe/ Fläche entscheidend ist. Ist diesem Fall bedeutet das: Auf die Größe kommt es an. Folglich kann bereits ein Blick auf die technische Zeichnung des Kaltwassersatzes helfen zu erkennen, ob die Daten plausibel sind. Kann der Kaltwassersatz mit einer kleineren Kondensatorfläche wirklich die niedrigere Kondensationstemperatur und bessere Energieeffizienz haben? In der Regel ist hier die Antwort: NEIN.

Dieselbe Regel gilt auch für die freie Kühlung. Je größer meine Freikühlfläche, also das Freikühlregister, umso eher kann in den Modus der freien Kühlung umgeschaltet werden. Auch hier kommt es auf die Größe an und kann bereits mit einem einfachen Blick auf die Zeichnung auf Plausibilität geprüft werden.

Der Druckverlust

Es gibt noch einen weiteren Wert auf den Datenblättern, der oftmals nur schwer zu vergleichen ist: Der Druckverlust. Druckverluste entscheiden darüber, wie groß die Kaltwasserpumpe ausgelegt werden muss. Sind die Gesamtdruckverluste wesentlich Größer, kann es sein, dass die Kaltwasserpumpe größer ausgelegt werden muss. Selbst wenn in einem CW-System die Pumpe nur ca. 10% der Energiekosten ausmacht, kann, auf die Lebenszeit gesehen, eine große Summe eingespart werden. Warum sind die Werte oftmals nur schwer vergleichbar? Nicht alle Hersteller geben die Daten auf der gleichen Basis an. So kann es sein, dass Hersteller A lediglich die Druckverluste über den Verdampfer angibt, Hersteller B jedoch die Gesamtdruckverluste über den kompletten Kaltwassersatz, die Kaltwasserverrohrung ist also inkludiert. Hier ist Vorsicht geboten.

Neben der Energieeffizienz wird auch das Thema Schall immer relevanter. (lesen  Sie dazu auch unseren Blogpost Schalloptimierte Kühlung für Rechenzentren).

Auch hier lässt sich im Vergleich simpel überprüfen ob die Daten stimmen. Hersteller A und B geben unterschiedliche Schalldaten an. Welcher Wert wird verglichen: Schalldruck oder Schallleistung? Was ist der Unterschied? Der Schalldruck ist stark abhängig von den akustischen Eigenschaften der Umgebung. Des Weiteren stellt sich die Frage wie und unter welchen Bedingungen gemessen wurde. Ein wirklicher Vergleich ist auf dieser Basis demnach nicht möglich. Da die Schallleistung unabhängig von den akustischen Eigenschaften der Umgebung ist, stellt er zum einen eine gerätespezifische Kenngröße dar und ist somit zum anderen der einzig zulässige Wert, der bei einem ernstgemeinten Vergleich herangezogen werden sollte.

Kommt es zu einem Vergleich der Werte kann auch hier relativ simpel geprüft werden, ob die Daten realistisch sind. Bei einem Kaltwassersatz ist in den meisten Fällen das Ventilatorgeräusch dominant. Somit gilt es, den Ventilator und die dazugehörigen Daten näher anzuschauen. Welchen Durchmesser hat der Ventilator? Und wie viele Umdrehungen pro Minute benötigt er um eine bestimmte Luftmenge zu fördern? Ein kleinerer Ventilator wird wohl kaum die gleiche Luftmenge bei einer geringeren Stromaufnahme und einem niedrigeren Schall bewegen.

Ist der Ventilator ein AC oder ein EC Ventilator? Für den Fall, dass es sich um einen EC Ventilator handelt, stellt sich Frage, bei welcher Drehzahl er im Betriebspunkt arbeitet. Sollte er auf Volllast laufen, kann er hier keinen Vorteil gegenüber dem AC Ventilator generieren. Er erzielt die größten Einsparungen im Teillastbetrieb.

 

Zu guter Letzt ...

geht es am Ende allerdings auch um die Integration des Chillers in ein System. Wie bereits erwähnt ist hierbei die Flexibilität des Herstellers gefragt. Es kann aber auch um Optionen und Systemgrenzen gehen. Sind zu viele elektrische Optionen gefordert, wird häufig ein externer Schaltschrank benötigt. Das ist ein wichtiger Aspekt, denn auch hierdurch steigen die CapEx (die nicht direkt dem Kaltwassersatz zugeordnet sind) und der Platzbedarf, schließlich muss der externe Schaltschrank irgendwo installiert werden. Passt alles in den Schaltschrank des Kaltwassersatzes, vereinfacht es die Installation.

Unter diesen Punkt fällt auch das Verhalten des Kaltwassersatzes bei und direkt nach einem Stromausfall – das worst case scenario für jeden RZ Betreiber. Wie lange braucht der Chiller, um wieder 100 % Kälteleistung zu erzeugen? Wie flexibel ist er in der Umschaltung zwischen zwei Netzen? Wie schnell kann umgeschaltet werden? Bis zu welchen Wassertemperaturen fährt er problemlos wieder an? Wo sind die Systemgrenzen? Kann ich durch einen breiten Einsatzbereich eventuell Kosten beim Pufferspeicher sparen? Im besten Fall kann dieser kleiner ausgelegt werden, weil der Kaltwassersatz trotz hoher Wassertemperaturen problemlos starten kann.

Was sollte ich also tun?

  • Betriebskosten auf Basis des selben Wetterprofils zum Vergleich der Energieeffizienz hinzuziehen.
  • Technische Daten auf Plausibilität prüfen.
  • Zeichnungen ansehen und beim Vergleich zu Rate ziehen.
  • Immer das gesamte System mit allen Auswirkungen betrachten.

 

 

 

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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