Betriebskostensenkung im Rechenzentrum FFM15/01_M... · Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems...
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JAEGGI Hybridtechnologie AG
> Intelligente Technologien für eine nachhaltige Zukunft
Energieeinsparung durch
innovative Rückkühlung
Referent: Dipl.-Ing Marian Kielpinski
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Betriebskostensenkung im Rechenzentrum
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freie Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freie Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
finoox®
microox®
Systems
thermoline
thermoclean
thermoplus
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
Güntner Group
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JAEGGI Hybridtechnologie AG
- 2.700 Mitarbeiter
- 265 Mio. € Umsatz
- 65.000 m² Produktionsfläche
- 7 Produktionsstätten
- Über 70 Vertretungen und Vertriebsbüros
- Gegründet 1931 (Güntner)
Güntner Group – Unternehmensdaten weltweit
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
5
JAEGGI Hybridtechnologie AG
- 2.700 Mitarbeiter
- 265 Mio. € Umsatz
- 65.000 m² Produktionsfläche
- 7 Produktionsstätten
- Über 70 Vertretungen und Vertriebsbüros
- Gegründet 1931 (Güntner)
JAEGGI Hybridtechnologie AG - Unternehmensdaten
- 70 Mitarbeiter
- 26 Mio. € Umsatz
- Haupsitz in Basel
- Über 10 Vertriebsbüros
- Gegründet 1929
- Herstellung Hybridkühler seit 1989
- Seit 1995 Mitglied der Güntner Gruppe
- 3500 Hybridkühler
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
6
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freien Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Verdunstungskühlung Hybridkühlung
„hybride“ KühlerOffener KT
Photo: Hamon
Geschlossener KT
Photo: Evapco
Hybride Trockenkühler
Trockenkühlung
Hybride Kühltürme
Photo: Hamon
Adiabater Trockenkühler Besprühte Trockenkühler
Rückkühltechnik im Überblick
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
Unterscheidungsmerkmale: Trocken / Benetzt
Kühlturm
offen
Kühlturm
geschlossen
Hybridkühler
JAEGGI
„ADC“ Kühler
JAEGGI
Hydrospray
Güntner
Trockenkühler
Güntner
TFluid=TFK+2K TFluid=TFK+3K TFluid=TFK+4K TFluid=TFK+5...8 K TFluid=TFK+5...8K TFluid=TTK+ 8...15K
Aufstellfläche
100%
Aufstellfläche
200%
Aufstellfläche
300%
Aufstellfläche
500%
Aufstellfläche
500 … 600%
Photo: Hamon Photo: Evapco
TrockenBenetzt
Rückkühltechnik im Überblick
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JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
> Bei Trockenkühlung ist die Kühlgrenze die Lufttemperatur
> Bei Verdunstungskühlung ist die Kühlgrenze die Feuchtkugel-
temperatur
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Kühlgrenzabstand, Kühlsysteme
Wasser
Luft
KGA
tM2
tL1
tM1
tL2
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
> Bei Trockenkühlung ist die Kühlgrenze die Lufttemperatur
> Bei Verdunstungskühlung ist die Kühlgrenze die Feuchtkugel-
temperatur
> Der Kühlgrenzabstand KGA hat einen wesentlichen
Einfluss auf die Kühlergrösse.
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Kühlgrenzabstand, Kühlsysteme
Wasser
Luft
KGA
tM2
tL1
tM1
tL2
Beispiel Hybridkühler
Kühlleistung 1.150 kW
KGA 5
Invest 240 T€
KGA 7
Invest 170 T€
Kriterium für die Wahl des Rückkühlsystems sind u.a.
- die Rücklauftemperatur
- ein wirtschaftlicher KGA!
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Vorteile gegenüber Trockenkühlern:
> viel niedrigere Wassertemperaturen, Kühlgrenze Feuchtkugeltemperatur
> geringerer Stromverbrauch
> geringerer Platzbedarf
Vorteile gegenüber Kühltürmen:
> viel geringerer Wasserverbrauch
> schwadenfrei
> Keine Aerosolbildung (Legionellenemission, Hygienezertifikat)
> Keine Verschmutzung des Primärsystems
> deutlich leiser (keine Schalldämpfer)
Funktion und Vorteile des JAEGGI Hybridkühlers (HTK Hybrid High Performance®)
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freien Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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ZIEL: PUE (Power Usage Effectiveness) so gering wie möglich
Ausgangssituation: Kühlung ist mit 25% zweitgrösster Stromverbraucher
Typische Anteile von IT-Hardware und Betriebstechnik am Stromverbrauch in einem neuen Rechenzentrum
Quelle: DENA; Leistung steigern, Kosten senken: Energieeffizienz im Rechenzentrum
USV10%
Luftverteilung12%
Kühlung25%
IT Hardware50%
Netzteile/ Licht etc.3%
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Funktionsschema einer Kälteanlage zur Raumluftkühlung (Serverraum)
Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung
Energiezufuhr durch Verdichter der Kälteanlage, Pumpen, Gebläse, …
Luftkühler
Verdampfer Verflüssiger
Rückkühler
20/15ºC Kaltwasser
12/ 6°C Kaltwasser32/27ºC Kühlwasser
1000 kW
Kältemaschine
(Kaltwassersatz)
Energie
Wasser
1.000 kW 150 kW – 250 kW 1.150 kW – 1.250 kW
Wärme- Kältelast Kompressorenergie Kühlleistung
ca. 15 kW
Energie
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Funktionsschema einer Kälteanlage zur Raumluftkühlung, Freie Kühlung
Energiezufuhr aus dem Serverraum Energieabfuhr an die Umgebung
Energiezufuhr durch Verdichter der Kälteanlage, Pumpen, Gebläse, …
Luftkühler Rückkühler
20/15ºC Kaltwasser
12/ 6°C Kaltwasser32/27ºC Kühlwasser
1000 kW
Freie Kühlung
1.000 kW 150 kW – 250 kW 1.150 kW – 1.250 kW
Wärme- Kältelast Kompressorenergie Kühlleistung
ca. 15 kW
Wasser
Energie
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Wie kalt muss es im Serverraum tatsächlich sein?
Quelle: Weiss ITK Airconditioning, Vortrag Suisse Frio November 2011
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Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freien Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine,
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Optimierung wassergekühlter Kaltwassersatz
Kältekreislauf mit wichtigsten Komponenten
im h - log p - Diagramm
Temperaturhub/ Druckdifferenz Hebel für energetische Optimierung
Dp
𝑃𝑒𝑙
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Leistungszahl EER eines modernen Turboverdichters in Abhängigkeit der Kaltwassertemp.
.
0
ufnahmeLeistungsaelektr.
ungKälteleist
Aufwand
Nutzen
elektrW
QEER
Kaltwasser 12° / 6°
Kaltwasser 20° / 14°
Strom sparen an der Kältemaschine durch niedrigere
Verflüssigungstemperaturen: ca. 3% pro 1K
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Leistungsaufnahme 1.000 kW Kältemaschine
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Verdichter-Leistungsaufnahme in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur
Hybridkühler
Kühlleistung 1.150 kW
Kühlwasser 32°C /27°C
Lufttemp. 34°C / 36%
P el. 15 kW
„EER“ >70
Kühlwassertemperatur < 35°C nur durch Verdunstungsenergie
Bei Lufttemperatur > 34°C mit 36% relativer Feuchte
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freien Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine,
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Freie Kühlung in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur
Hybridkühler
Kühlleistung 1.150 kW
Kühlwasser 32°C /27°C
Lufttemp. 34°C / 36%
Pel 15 kW
„EER“ >70
0%
20%
40%
60%
80%
100%
11/6°C 14/9°C 17/12°C 20/15°C 23/18°C 26/21°C 29/24°CKältemaschinenbetrieb
Freie Kühlung benetzter Betrieb
Freie Kühlung Trockenbetrieb
Temperaturhäufigkeit
Standort Frankfurt am Main DIN 4710
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Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freien Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Verdunstungswassermenge in Abhängigkeit der Lufttemperatur
Rückkühlleistung 1.150 kW mit Kühlwasser 32/27°C bei Tf = 22°C:
Wasser- und Chemieeinsparung von ca. 80% durch den Einsatz von
Hybridkühler gegenüber Kühlturm bei ganzjahres Betrieb (Rechenzentrum)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Ve
rdu
ns
tun
gs
wa
ss
erm
en
ge
m³/
h
Lufttemperatur
Vergleich der Verdunstungswassermenge Kühlturm - Hybridkühler
Temperaturhäufigkeit Standort Frankfurt
Hybridkühler
Kühlturm
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Betriebscharakteristik von Hybridkühlern
0
50
100
150
200
250
-10 0 10 20 30
Stu
nd
en
an
zah
l [h
]
Temperatur [°C]
Mittlerer Jahrestemperaturgang (Meteonorm 1995-2005)
Mittlerer Jahrestemperaturgang für Zürich
100% . . . 20% Therm. Leistung
Trockenbetrieb Benetzter Betrieb
Mittlerer Jahrestemperaturgang Frankfurt am Main
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Berechnung Betriebscharakteristik
Kühlleistung: 6.120 kW
Kühlwasser: 36°C / 30°C
Luftzustand: 33°C / 38% rF
Beispiel: 4 Hybrid Trockenkühler
34°
C28°C
Regelgröße (28°C)
Anstieg der Lufttemperatur / Kühllast
Regelung Ventilatordrehzahl bis 100%
Sequentielle Benetzung
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
Regelungsstrategie von Hybridkühlern
Lastabhängige Benetzung / Verdunstung
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JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freien Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freien Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
Wasser 𝐜(𝟐𝟎°𝐂) = 𝟒, 𝟏𝟖𝒌𝑱
𝒌𝒈∙𝑲
Glykol (Antifrogen N) 𝐜(𝟐𝟎°𝐂) = 𝟐, 𝟑𝟎𝒌𝑱
𝒌𝒈∙𝑲
Wasser/ Glykol (76/34) 𝐜 𝟐𝟎°𝐂 = 𝟑, 𝟔𝟓𝒌𝑱
𝒌𝒈∙𝑲∆𝒄 ≈ 𝟏𝟑%
30
Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz
Quelle: http://www.abderhalden-fluids.ch/images/antifrogen/pdf/Antifrogen_N_TM_de.pdf 23.02.15
JAEGGI Hybridtechnologie AG
The Beauty …
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz
Quelle: http://atmospheric-phenomena.blogspot.ch/2015/01/the-best-photos-of-winter.html 23.02.15
and the Beast
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
Erforderlich Schutzmassnahmen:
- Zu-/ Abluft Jalousieklappen
- Wintervorhänge
- Mindestleistung im Notbetrieb
- Permanente Umwälzung
- …
32
Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
07.05.2015 33
Geschlossener Kühlkreislauf
mit Glykol und Wasserkreislauf
und Plattenwärmeübertrager
Halboffenes System mit 100%
Wasserfüllung und hydraulischem
Speicher
Kühlmedium Wasser ohne Frostschutz
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freie Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
07.05.2015 35
Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems Magdeburg / Biere
Quelle: T-Systems und JAEGGI
DDC Magdeburg & Biere
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
07.05.2015 36
Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems Magdeburg / Biere
Quelle: JAEGGI
JAEGGI Hybride Trockenkühler
insg. 18 x HTK 12 MW
> 3400 h/a freie Kühlung (trocken) ohne KM bei
19/14°C
> 1450 h/a freie Kühlung (benetzt) ohne KM 19/14°C
> 3100 h/a gleitende freie Kühlung mit KM bis
24/21°C
fast 8000 Stunden/Jahr ohne alleinigen
Einsatz der KM
> Reiner KM-Betrieb mit 32/26°C Kühlwassertemp.
effizienter KM Betrieb
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
07.05.2015 37
Fallbeispiel: Rechenzentrum der T-Systems Magdeburg / Biere
Quelle: www.heise.de http://www.heise.de/ix/meldung/Telekom-eroeffnet-Zwillings-Rechenzentrum-bei-Magdeburg-2249711.html?hg=1&hgi=0&hgf=false 19.02.15
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freie Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Fallbeispiel: Rechenzentrumskühlung ohne Kältemaschine
Quelle: Weiss ITK Airconditioning, Vortrag Suisse Frio November 2011
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Fallbeispiel: Rechenzentrumskühlung ganz ohne Kältemaschine
Quelle: Dr. Eicher + Pauli AG / RZ Integral AG
Swisscom Wankdorf, 8 JAEGGI Hybride Trockenkühler je 750 kW, 35/25/21ºC,
Inbetriebnahme 2014
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
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Fallbeispiel: Rechenzentrumskühlung ganz ohne Kältemaschine
Quelle: Homepage Swisscom https://www.swisscom.ch/de/about/verantwortung/digitale-schweiz/rechenzentrum-wankdorf.html#energieeffizienz 19.02.15
Swisscom Wankdorf, 8 JAEGGI Hybride Trockenkühler je 750 kW, 35/25/21ºC,
Inbetriebnahme 2014
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Vorstellung Güntner-Gruppe
Rückkühltechnik im Überblick
Ressourcenverbrauch im Rechenzentrum
Ausgangssituation, IST Zustand
Energieoptimierter Betrieb der Kältemaschine
Freie Kühlung
Wasser- und Stromeinsparung mit Hybridkühlern
Fallbeispiele
Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolzusatz)
Optimierung der freien Kühlung
Rechenzentrum ohne Kältemaschine
Fazit
Agenda
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
JAEGGI Hybridtechnologie AG
1. Möglichst hohe Kaltwassertemperatur an der Kältemaschine anstreben
2. Wassergekühlte Kältemaschinen mit hohem EER einsetzen
3. Kühlwassertemperatur möglichst niedrig (Umgebungsbedingungen beachten)
4. Energie- und wassersparende Rückkühler mit optimierter MSR Technik einsetzen
5. Maximale Zeit für freie Kühlung nutzen
6. Rechenzentrum ohne Kältemaschine prüfen
7. Kühlwasser ohne Frostschutz (Glykolgemisch), Optimierung der freien Kühlung
Minimaler Energie- und Wasserverbrauch
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
Fazit
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Energieeinsparung durch innovative Rückkühlung
Referenzen
45
JAEGGI Hybridtechnologie AG
JAEGGI - das Original
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Gerne stehe ich Ihnen für Ihre Fragen zur Verfügung.
Ihr Ansprechpartner:
JAEGGI Hybridtechnologie AG
Hirschgässlein 11
CH-4051 Basel
Dipl.-Ing Marian Kielpinski
Telefon +49 (0)2241 1652681
www.jaeggi-hybrid.ch