Prinzip: direkte freie Kühlung
Bei ausreichend geringer Außentemperatur fördern Ventilatoren oder eine Lüftungsanlage Außenluft in den Serverraum. Der Wirkungsgrad der direkten freien Kühlung liegt bei 90 Prozent und mehr, das Potential zur Senkung der Energie- und Betriebskosten ist dementsprechend hoch.
Ein Allheilmittel ist die direkte freie Kühlung jedoch nicht. Die Qualität der Außenluft begrenzt nämlich ihre Einsatzmöglichkeiten: Ist die Luft zu kalt, zu feucht, zu trocken oder zu sehr mit Feinstaub oder anderen Stoffen (z.B. Salz) belastet, muss die Luft vor Eintritt in das Datenzentrum behandelt werden. Solche Investitions- und Betriebskosten für Filteranlagen, Ent- oder Befeuchter sowie die Wartung der zusätzlichen Komponenten verlängern die Amortisationszeit der Anlage. Nur wer die Außenluftqualität im Vorfeld prüft und die Aufbereitungskosten in eine Amortisationsrechnung einbezieht, wird entscheiden können, ob sich die direkte freie Kühlung lohnt oder nicht.
Prinzip: indirekte freie Kühlung
Bei der indirekten freien Kühlung wird die Außenluft nicht direkt in den Serverraum geleitet, sondern sie überträgt einen Teil ihrer Kälte über einen Wärmeübertrager an die Luft im Serverraum. Dadurch ist die Kühlmethode nicht von der Außenluftqualität abhängig.
Handelt es sich um einen Luft/Luft-Wärmeübertrager, spricht man von einstufiger, indirekter freier Kühlung. Transportiert ein Medium (oft: Wasser-Glykol-Gemisch) die Kälte der Außenluft nach drinnen und die Abwärme nach draußen, spricht man von zweistufiger, indirekter freier Kühlung.
Die beiden notwendigen Wärmeübertrager innen und außen führen zu einem Verlust an Effizienz. Experten gehen von einem Wirkungsgrad von 70 Prozent aus. Einstufige Varianten benötigen gegenüber zweistufigen Lösungen vier- bis sechsmal mehr Platz. Sie bewegen vergleichsweise große Luftmengen, zudem sind oft zusätzliche Öffnungen für Zu- und Abluft nötig.
Prinzip: zweistufige, indirekte freie Kühlung mit "DX"-Klimagerät und Trockenkühler
Hier steht ein Klimaschrank mit Freikühlwärmeübertrager im Rechenzentrum. Der Trockenkühler steht außerhalb des Gebäudes und ist per Kaltwasserleitung mit dem Klimagerät verbunden. Ist die Außenluft kälter als die Rücklufttemperatur, stellt dieses System Kälte im Mischbetrieb aus mechanischer und freier Kühlung bereit. Ab welchem Temperaturunterschied die freie Kühlung einsetzt, hängt von der Dimensionierung des Trockenkühlers ab.
Prinzip: zweistufige, indirekte freie Kühlung mit wassergekühltem Klimagerät und Kaltwassersatz
Hier ist der Freikühlwärmeübertrager in den Kaltwassersatz integriert. Im Datenzentrum steht entweder ein Trockenkühler oder ein Kühlturm. Wenn nun die Außenlufttemperatur unter die Kaltwassertemperatur sinkt, schaltet der Kaltwassersatz die Freikühlung hinzu (Mischbetrieb).
100 Prozent freies Kühlen findet dann statt, wenn die Außenlufttemperatur niedrig genug ist, sodass der Trockenkühler ausreichend kaltes Wasser für das Klimagerät bereitstellen kann.
Fazit
In Daten- und Rechenzentren steckt noch riesiges TGA-planerisches Potential. Zurzeit kann die freie Kühlung selten ganz zeigen, was sie kann. Und auch als Wärmequelle fungieren erste wenige Rechenzentren. Das macht sie zu einer wahren "Schatzkammer" für zukunftsorientierte Ingenieure. Die Verknüpfung zur Wärmeinfrastruktur erkennen andere Marktteilnehmer bereits – und agieren entsprechend: Neben den großen Akteuren im Internetgeschäft investieren vermehrt Energieversorger (z.B. Mainova, E.ON) in Rechenzentren. Doch Contracting mit Abwärme aus Rechenzentren ist das Thema einer anderen Geschichte.
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