KOELING VAN DATACENTERS DOOR DE JAREN HEEN
DATA CENTER
AGENDA
STULZ Groep B.V. Huidige EU doelstelling Energiestromen in een datacenter EER waarde Evolutie koelsystemen Toekomst
STULZ GROEP B.V. Airconditioning voor IT en Telecom 4 - 230 kW
Wereldwijd vertegenwoordigd….
Koudwatermachines & warmtepompen 15 – 1800 kW
Bevochtiging & Adiabatische koeling 0,5 – 5000 kg/h (0,34 – 3400 kW)
Comfort airconditioning 2,5-32 kW
HUIDIGE EU DOELSTELLINGEN De 20/20/20 doelstelling: • 20% minder uitstoot CO2 • Energie-efficiency 20% hoger • 20% groene energie Realiteit: • Alle datacentra in West-Europa samen verbruiken in 2020 net zo veel energie als heel Nederland op dit moment • In 2020 is de energie consumptie 100 miljard kWh per jaar, dat is twee maal de huidige energie consumptie • Onderzoek toont aan dat in 2020 de CO2 uitstoot door datacentra meer is dan de CO2 uitstoot van het vliegverkeer • En de prijs van energie stijgt alleen maar…
Dus keuzes maken groener worden innovatie koelsysteem noodzakelijk! Bron: McKinsey & Co
ENERGIESTROMEN IN EEN DATACENTER Koude-opwekking 33%
Bevochtiging 3%
IN: Elektrische energie
CRAC 9%
IT Apparatuur 30%
PDU 5%
UIT: Interne Thermische warmte energie data center
UPS 18% Verlichting 1% Generator 1%
PUE =
Energieverbruik data center
Energieverbruik IT apparatuur
Amsterdam eis PUE ˂ 1.3
EER-WAARDE Koudemiddelcircuit (DX) Energie-efficiency = EER
Luchtstroom ( Pel fan)
Condensor [Qc]
Buiten Binnen Compressor [Pel]
Expansie ventiel
Verdamper [Qo]
Geleverd koelvermogen EER = Opgenomen elek. vermogen
Luchtstroom (Pel fan)
Qo EER = Pel (tot)
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN Toekomst?
•Rackkoeling •Chillers met zeer hoge EER •Adiabatisch koelsystemen •Directe vrije koeling •DX systemen met R410a en EC ventilatoren •DX systemen met R407c/ R134a, CW met toerentalgeregelde compressoren, indirect vrije koeling is standaard •Indirect vrije koeling systemen •DX koeling met R22, CW systemen met on/off chiller 1990-1995 begin internet
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN DX-systeem Voordelen: • Voordelig in aanschaf • Eenvoudig te installeren • Betrouwbaar Nadelen: • Leidinglengtes beperkt • Beperkte energie efficiency Hoe is dit systeem geëvolueerd? • Koudemiddelen R22R407C/R410a/R134a • milieureden (ozongat) • energetisch rendement • Geoptimaliseerde componenten • EC ventilatoren (=0,82>0,92) • toerentalgeregelde compressoren • elektronische expansieventielen • floor pressure management systemen
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN 1995
2001
2004
2007
2011
MRD 922 A:
CCD 902 A:
ASD 1052 A:
ASD 1062 A:
ASD 1072 A:
Qo tot = 95,4 kW
Qo tot = 95,6 kW
Qo tot = 104,3 kW
Qo tot = 103,7 kW
Qo tot = 102,4 kW
Qo net, s = 72,4 kW
Qo net, s = 77,0 kW
Qo net, s = 82,8 kW
Qo net, s = 82,2 kW
Qo net, s = 83,5 kW
P comp = 24,4 kW
P comp = 23,8 kW
P comp = 23,0 kW
P comp = 22,6 kW
P comp = 22,2 kW
P fan = 9,6 kW
P fan = 9,4 kW
P fan = 5,9 kW
P fan = 5,9 kW
P fan = 4,5 kW
Footprint = 3,69m²
Footprint = 2,45m²
Footprint = 2,27m²
Footprint = 2,27m²
Footprint = 2,27m²
EER = 2,81
EER = 2,88
EER = 3,61
EER = 3,64
EER = 3,84
+3%
+25%
+1%
+37%
+5%
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN Directe expansie watergekoeld en indirecte vrije koeling Voordelen: • Mogelijkheid tot indirecte vrije koeling • Energetisch zeer gunstig • Meerinvestering verdient zichzelf terug Nadeel: • Duurder in aanschaf Hoe is dit systeem geëvolueerd? • Koudemiddelen R22R407C/R410a/R134a • Geoptimaliseerde componenten • Hogere retoursetpoints binnentemperatuurlanger gebruik maken van indirecte vrije koeling – aanpassing compressoren
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN Bedrijfstoestand koelsysteem
Energie Verbruik
DX Compressiekoeling
EER 4
MIX
FC
Compressie & Vrije koeling
Volledige vrije koeling
EER 40
Hogere retour setpoints verminderen het energieverbruik sterk
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN CW-systeem Voordelen: • Systeem voor grote computerruimte • Aan te sluiten op een bestaande koelmachine • Binnenunits voordelig in aanschaf • Eenvoudig uit te breiden • Binnenunits zeer goed regelbaar • In een N+1 situatie sterk energetisch voordeel van de EC- ventilator Nadeel: • Koelmachines duur in aanschaf Hoe is dit systeem geëvolueerd? • Koudemiddelen R22R407C/R134a/R410a • Geoptimaliseerde luchtflow • Vrije koeling batterij chillers • Geoptimaliseerde chiller (veel hogere EER) • Hogere water temperaturen toegestaan
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN
EER = 3,5 – 4
EER = 4 – 40
EER = 40 – 400
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN Chiller 1: EER: 3 Verbruik:
700 kW
Chiller 2: EER: 3,5 Verbruik:
700 kW
kW =
kW =
700 3
700 3,5
= 233kW
= 200kW
Verschil kW: 233-200 = 33kW Besparing € p/j: 33 x 24 x 365 = 289.080kW x €0,12 = €34.690 p/j
Hoge EER , lage OPEX!
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN Hoe bereikt men deze veel hogere energiezuinigheid bij een chiller?
A=HxW A↑= tc ↓ tc ↓= EER↑ Condenser line
A=HxW A↑= tsmix↑ tsmix ↑ = EER↑
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN Direct Free Cooling = koelen met buitenlucht Voordeel: • Zeer energiezuinig Nadelen: • Oncontroleerbare R.V. in de ruimte b.v. 20-80% (max. 11 gr/kg) • Vervuiling door stof, rook, gas, b.v. nabij snelwegen, akkers, stadscentra • Verminderde gebouwveiligheid • Gebouwtechnische zaken zoals beschikbare ruimte, hoogte en locatie
Veel lucht noodzakelijk!
Direct Free Cooling is alleen mogelijk met een back-up systeem
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN Adiabatische koeling Voordeel: • Zeer energiezuinig Nadelen: • Oncontroleerbare R.V. in de ruimte b.v. 20-80% (max. 11 gr/kg) • Vervuiling door stof, rook, gas, b.v. nabij snelwegen, akkers, stadscentra • Verminderde gebouwveiligheid • Gebouwtechnische zaken zoals beschikbare ruimte, hoogte en locatie … en aanvullend • Kwaliteit van het te vernevelen water (legionella, gedemineraliseerd) • Beschikbare opnametraject
Directe Adiabatische Koeling
Veel lucht noodzakelijk! Indirecte Adiabatische Koeling
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN LBK met indirect adiabatische koeling
Buitenlucht uit (RV+)
DX sectie
Toevoerlucht datacenter
EC ventilator Bevochtiging sectie DX sectie sectie
Buitenlucht
Indirect adiabatisch Retourlucht filter sectie koeling sectie
Retourlucht datacenter
EVOLUTIE KOELSYSTEMEN Rack Koeling Voordelen: • Je koelt precies waar de warmte is • Dynamisch systeem, minder heatload, onmiddellijk lager toerental ventilatoren = energiezuinig • geen verhoogde vloer nodig
Nadeel: • N+1 situatie creëren kan lastig zijn goed nadenken over plaatsing units
KEUZE GENOEG
Laat uw goed adviseren: • Budget (Capex, Opex) • Situatie (nieuw of bestaand datacenter) • Doelstelling (PUE˂ 1,3) • Beveiligingseisen (TIER) • SLA (ASHREA, of ?)
TOEKOMST
?
TOEKOMST Water als koudemiddel - R718 Standaard water Geen waterbehandeling noodzakelijk Water hardheid geen probleem Onbeperkt koudemiddel- free of charge
Geen gevaar voor gezondheid ODP (Ozone Depletion Potential) = 0 GWP (Global Warming Potential) = 0
TEWI (Total Equivalent Warming Impact)- laagste in de markt
TOEKOMST Water iskoudemiddel, een mileuvriendelijk Water is een mileuvriendelijk maar hetkoudemiddel, heeft moeilijke thermodynamische eigenschappen die moeten worden overwonnen
De kenmerken van water vereisen een speciaal koelcircuit en compressieproces
Water (R718) 0.246 psi
R410a
Dampdruk
0,017 bar
12,5 bar
181 psi
Damp dichtheid
0,0128 kg/m³ 0.0008 lb/ft³
48 kg/m³
3 lb/ft³
Volumetrische koudemiddel capaciteit
30,8 kJ/m³
0.828 Btu/ft³ 7355 kJ/m³
197 Btu/ft³
Volume flow for 45 kW koelcapaciteit
5.250 m³/h
3,090 cfm
12.95 cfm
22 m³/h
TOEKOMST
Primaire pomp
Drycooler CRAC Water leidingwerk
CRAC Ventilator sectie (onder verhoogde vloer)
Secundaire pomp
TOEKOMST
Warmte uit 16oC
22oC
Warmte in Warm water Koud water
TOEKOMST 14 CyberBlue 12
Standaard CRAC Opgenomen vermogen (alle componenten)
10
EER =
Koelcapaciteit
EER
8 6 4 2 0 0
4
8
12
16
20
24
Buitentemperatuur [°C]
28
32
36
CONTACT
Bedankt voor jullie aandacht
Voor vragen of voor meer informatie kunt u via onderstaande gegevens contact opnemen met: Bedrijfsnaam Contactpersoon Telefoonnummer Email adres Website
Stulz Groep B.V. A.Hoogenberg 020-5451111
[email protected] www.stulz.nl
