Die Rechenzentrumsbranche entwickelt weiterhin größere Rechenzentren, um Kapazitätsanforderungen zu erfüllen, und ergreift gleichzeitig Maßnahmen, um die Auswirkungen von Rechenzentren auf die Umwelt erheblich zu reduzieren.
Unternehmen wie Vertiv entwerfen nachhaltig und entwickeln Rechenzentrumslösungen, die den Bedürfnissen der Gegenwart gerecht werden, ohne die Fähigkeit zukünftiger Generationen zu beeinträchtigen, ihre eigenen Bedürfnisse zu erfüllen. Kaltwassersysteme können bei dieser Entwicklung eine wichtige Rolle spielen. Sie ermöglichen es Eigentümern und Betreibern, neue Rechenzentren zu entwickeln, die sowohl direkte als auch indirekte Emissionen effizient ansprechen, die in die Gesamtmenge der äquivalenten Erwärmungsauswirkungen (TEWI) einbezogen werden.
Ein Kaltwassersystem verstehen
In einem Kaltwassersystem werden die Kühleinheiten (Computer Room Air Handler – oder CRAHs) an eine Kältemaschine außerhalb des Rechenzentrums angeschlossen, die das von den Kühleinheiten verwendete Kaltwasser bereitstellt. Warmes Wasser aus den Kühleinheiten wird zurück in den Kühler gepumpt, wo die Wärme durch ein Kühlsystem aus dem Wasser abgeführt wird, bevor kaltes Wasser zurück zu den Luftverteilern geleitet wird.
1. Vertiv ™ Liebert® AFC- Schraube und Wechselrichterschraube mit Kältemittel mit niedrigem GWP
Vertiv hat seine Kühlsysteme für Kühlwasser-Rechenzentren in Innenräumen entwickelt, um neue Effizienzziele zu setzen und die Kühlkontinuität für geschäftskritische Workloads zu unterstützen.
Perimeter-Kühllösungen ermöglichen auch die Erfüllung der Anforderungen bei Nicht-Höhenbodenanwendungen, die geschäftliche und technische Überlegungen wie reduzierte Bodenfläche, die Sicherstellung optionaler Temperatur und Betrieb, die Verbesserung des Schutzes, die Steigerung der Effizienz und die Vereinfachung der Bereitstellung berücksichtigen.
Darüber hinaus maximieren die Steuerungen der Kaltwasseranlagen die Effizienz des Kaltwassersystems und optimieren es insgesamt, indem der Betrieb der externen Einheiten mit den internen koordiniert wird.
Rücktür-Wärmetauscher sind eine ausgereifte Technologie, die eine praktikable Lösung für die Bewältigung von Leistungsdichten über 20 kW darstellt. Diese Systeme können die Grundlage für einen hybriden Ansatz bei der Kühlung von Rechenzentren bilden, in dem Flüssigkeits- und Luftkühlsysteme funktionieren.
Die nächste Phase in dieser Entwicklung ist die Umstellung auf eine direkte Flüssigkeitskühlung, die qualitativ hochwertige Flüssigkeit in die Racks liefert und Temperatur, Druck und Durchfluss präzise steuert, um die Effizienz zu maximieren und den erforderlichen Kühlbedarf zu erfüllen.
Modulare Rechenzentren sind vorgefertigte, vorgefertigte und standardisierte Gebäude, die mit Strom und Kühlung ausgestattet sind und Server und Netzwerkgeräte aufnehmen. Zu den Arten modularer Rechenzentren gehören Container-Rechenzentren, vorgefertigte Datenhallen und vorgefertigte Leistungs- und Kühlmodule. Unsere SmartMod™-Familie besteht aus diesen modularen Rechenzentren, die von einer Einzelmodullösung, 100kW IT, 12 IT-Racks bis zu einer Doppelmodullösung reichen können, die bis zu 210kW und DX als thermische Lösung oder Kaltwasser anbieten kann.
Vertiv™ SmartMod™ Max CW erweitert die Funktionalität der bereits vorhandenen SmartMod™-Plattform auf größere Bereitstellungen. Sie können Ihre Ziele schnell erreichen, und Sie müssen das Budget nicht übertreiben oder auf der Grundlage unsicherer zukünftiger Bedürfnisse überlasten. SmartMod™ Max CW ist ein All-in-One-Rechenzentrum mit zwei Modulen, das am besten für IT-Bereitstellungen mit bis zu 210kW und bis zu 24 IT-Racks geeignet ist. Das System ist mit zwei Reihen von Racks konfiguriert und verwendet Warmgangeinhausungen, um eine optimale Leistung und Kaltwasser als Wärmemanagementsystem zu gewährleisten.
Analyzing the environmental impact of chilled water systems
Sustainability has become one of the most important strategies for businesses and government organizations and will be a major force shaping the future. Chilled Water systems can play a major role in improving the carbon profile of data centers considering, in many facilities, approximately 25-35% of data center energy consumption can be attributed to air conditioning.
What are Direct Emissions
Direct emissions are related to a direct release into the atmosphere due, for example, to a leakage of a refrigerant fluid that can have a significant greenhouse effect, thus increasing the average global temperature.
Why chilled water systems are effective at reducing direct emissions?
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Limited overall refrigerant charge per kilowatt (kW) of cooling. In some cases, the refrigerant may not even be required with data centers located in cold climates where heat is released through drycoolers or cooling towers.
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The refrigerant is stored in the chiller units located outside the datacenter. The refrigerant circuit is also typically tested in the factory to exclude leakages, and further tested on-site after installation. This minimizes the potential risk of refrigerant losses.
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Use of a range of refrigerants to limit the impact on the atmosphere, including hydrofluoro-olefin (HFO) and HFO-blended refrigerants that have a much lower GWP than traditional refrigerants.
What are Indirect Emissions
Indirect emissions take into account the production of electricity used by the system during its operation.
The more efficiently a unit operates, the less energy is required and the lower is its impact on indirect emissions.
Why chilled water systems are effective at reducing indirect emissions?
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Inverter-driven compressors: to achieve higher efficiency levels, especially at partial loads cutting down electricity consumption.
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Freecooling technology: it allows the cooling of the system without activation of the compressor.
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Adiabatic technology: it additionally improves the efficiency as the ambient air is cooled down by passing through wet pads. It is then delivered at a lower temperature, achieving a higher freecooling capacity of the chiller and a more efficient operation of the compressor.
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Onboard unit controller: it enables the use of water whenever strictly needed preventing water from being wasted.
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Chilled plant manager control technology coordinates the operation of all the units and their main components allowing the integration and the coordination of the working mode between units and the main components.
Metrics: How to calculate the impact of chilled water solutions
With effective use of low-GWP refrigerants, minimal risk of leaking, and a low pPUE and WUE, chilled water systems provide low impact thermal management both for raised floor and non-raised floor data centers.
The combination of low TEWI and low WUE makes chilled water systems one of the most sustainable choices for data center thermal management in terms of energy and water efficiency.
pPUE
pPUE - Partial Power Usage Effectiveness is ratio between the sum of energy used by the IT load and the cooling system divided by the energy used by the IT load. The lower the value, the more efficient the cooling system.
A pPUE of 1 would represent a data center in which every watt of energy is being used by IT equipment and the cooling system uses no energy.
Today’s Vertiv chilled water systems have the potential to support pPUE values lower than 1.1.
WUE
WUE – is the ratio between the annual site water usage in liters divided by the IT equipment energy usage in kilowatt-hours (kWh).
This metric is particularly valuable for those operating in a high stress water region.
Vertiv chilled water solutions use onboard controllers to enable the use of water strictly when needed based on redundancy, efficiency, or cooling demand. The controller’s primary job is to prevent water from being wasted, reducing the WUE of the data center.
TEWI
TEWI is the algebraic sum defined under the Montreal Protocol, which represents the direct and indirect effects of the total carbon emissions of a cooling technology through its operating cycle.
It serves as a valuable metric in evaluating how well a particular cooling system can support the move to carbon neutrality because it encompasses both the role of refrigerants and the energy consumed by the system.
Legend:
GWP = Global warming potential (CO2 eq. kg)
L = Leakage rate per year (kg/year)
n = System operating time (years)
m = Refrigerant charge (kg)
αrecovery = Recycling factor
Eannual = Energy consumption per year (kWh)
β = CO2 emission per kWh
Optimierung von Kaltwassersystemen
Im Folgenden finden Sie die Optimierungsstrategien, die Kaltwassersysteme dabei unterstützen, eine ausgezeichnete Effizienz zu erreichen
Steigende Luft- und Wassertemperaturen
Wechseln Sie von Kühlern zu fortschrittlicheren Freikühlungskühlern.
In nur wenigen Jahren sind die Zuluft- und Wassertemperaturen deutlich gestiegen. Dies ermöglicht einen verstärkten Einsatz von Freikühltechnologien, die kalte Außenlufttemperaturen als Hauptkühlquelle nutzen können, wodurch der Einsatz des Kompressors zur Abdeckung der Spitzen in den heißesten Zeiträumen des Jahres eingeschränkt wird.
Optimierung der Kaltwassersystemsteuerung als Ganzes
Verwenden Sie eine fortschrittliche Wärmeüberwachungs- und -steuerungssoftware wie Vertiv™ Liebert® iCOM™-S.
Um die Effizienz des Kaltwassersystems zu maximieren, ist es wichtig, das System als Ganzes zu betrachten, indem der Betrieb der Einheiten koordiniert wird. Die Verwendung der Steuerung des Kaltwasser-Anlagenmanagers, wie der Vertiv™ Liebert® iCOM™-S, ermöglicht die Koordination des Betriebs aller Einheiten:
- Reduzierung des Pumpenverbrauchs
- Erhöhung der Rücklauftemperaturen der Flüssigkeit zu den Kühlern
- Optimierung der Betriebswassertemperatur.
Verbesserte Kompressortechnologie
Verwendung der Kompressoren mit Wechselrichterantrieb.
In einem Rechenzentrum, das sich in einem milden Klima befindet, ist ein großer Teil der gesamten Energieaufnahme auf den Kältemaschinenkompressor zurückzuführen. Der Einsatz innovativer und effizienter inverterbetriebener Kompressortechnologien kann daher dazu beitragen, eine verbesserte Kompressoreffizienz zu erreichen. Freecooling-Kühler, die inverterbetriebene Schraubenkompressoren verwenden, verbessern die Energieeffizienz von Kaltwassersystemen und senken somit den Stromverbrauch.
Wärmerückgewinnung
Erfassung und Wiederverwendung der von den IT-Geräten und Kühlsystemen zurückgewiesenen Abwärme.
Die Wärmerückgewinnung kann die Effizienz des Kaltwassersystems erhöhen, indem die vom Rechenzentrum aufgenommene Wärme für andere Zwecke wiederverwendet werden kann. Anstatt die Wärmelast zu kühlen, wird die Wärme effektiv vom System aufgenommen und kann dafür verwendet werden, den Wärmebedarf in anderen Teilen des Gebäudes, in benachbarten Gebäuden oder in einem Fernwärmenetz zu decken.
Kühllagerung
Kühlwassertanks hinzufügen.
Kühlwasserspeichertanks sind ein effektives Mittel zur Reduzierung des Energieverbrauchs, da diese Tanks als thermische Energiespeicherung (TES) dienen, die dazu beitragen, die Belastungen von Kraftwerken während des Spitzenbedarfs zu reduzieren. Einrichtungen erhöhen ihre Kälteanlagen nachts, um kaltes Wasser zu erzeugen, und profitieren von niedrigeren Nachtraten. Diese Einrichtungen verlassen sich dann auf diese gespeicherte Kühlkapazität für die Tageskühlung.
Referenzen
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