Free Cooling - Energiekosten in Rechenzentren und Serverräumen senken

Vorteile einer Sollwertkompensation

Die Einsparungen der Betriebskosten im Freikühlbetrieb verhalten sich proportional zu den Temperaturdifferenzen zwischen Wassereintritt in den Flüssigkeitskühler und der Außenluft. Natürlich hängt dies auch von den klimatischen Bedingungen des Aufstellungsortes der Anlage ab.

Um freie Kühlung auch in Gegenden mit höheren Außentemperaturen maximal auszunutzen, sollte die Wassereintrittstemperatur in das Kühlregister erhöht werden. Dazu bietet sich eine automatische Sollwertkompensation an. Bei der Sollwertkompensation wird die zu erzeugende Kaltwassertemperatur mittels eines externen Parameters, wie Außenlufttemperatur, Kühllast der Anlage, relative Raumfeuchte oder andere Parameter geregelt.

Bei normalen Bedingungen entspricht die Vorlauftemperatur des Kaltwassers dem Auslegungswert (zum Beispiel sieben Grad Celsius) und steigt proportional zu dem externen Parameter. Deshalb bewirkt der Anstieg der Wasservorlauftemperatur einen Anstieg der Wasserrücklauftemperatur, das heißt der in das Freikühlregister eintretenden Temperatur, was zu einer weiteren Verbesserung der Kühlleistung des Flüssigkeitskühlers und dessen Wirkungsgrades führt. Die Abbildung zeigt die mögliche Sollwerteinstellung der Kaltwasservorlauftemperatur bei entsprechender Außenlufttemperatur.

Freikühlsysteme werden in der Regel mit konstanten Wasservolumenströmen betrieben. Eine weitere Energieeinsparung ist durch eine Umstellung des Systems von konstanten auf variable Wasservolumenströme möglich. Um zu verstehen, wie dieses System arbeitet, ist es notwendig, die Unterschiede zwischen Anlagen mit variablem Volumenstrom und Anlagen mit konstantem Volumenstrom zu kennen. Eine Reduzierung des Volumenstroms um beispielsweise 42 Prozent reduziert die Kühlleistung, die durch das Freikühlregister bereitgestellt wird, nur um 15 Prozent.

Natürlich entstehen beträchtliche Energieeinsparungen, wenn der Wassereintritt zum Freikühlregister der Rücklauftemperatur entsprechen würde. Im konkreten Darstellungsfall arbeitet das System mit einer um 3,7 Grad Celsius höheren Außentemperatur im Freikühlbetrieb, als dies mit einem traditionellen Free-Cooling-System möglich wäre. Dieses Verhältnis vergrößert sich weiter mit abnehmender Last beziehungsweise abnehmendem Volumenstrom. Das nachfolgende Bild zeigt, wie diese Systeme installiert werden.

Zur Ausführung sind Free-Cooling-Kaltwassersätze erforderlich, die mit variablen Volumenströmen betrieben werden können. Diese Kaltwassersätze verfügen über spezielle Verdampfer. Ein herkömmlicher Free-Cooling-Kaltwassersatz erlaubt diese Funktionsweise nicht, da immer ein 100-prozentiger Wasserfluss durch den Verdampfer sicher gestellt sein muss. Des weiteren werden Innengeräte mit proportional regelnden 2-Wege-Regelventilen verwendet. Die Pumpenstation wird druckgeregelt. Dies hat eine weitere Reduzierung der Betriebskosten zur Folge. Ein zusätzlicher Pufferspeichers ist für dieses System nicht erforderlich.