Der globale Markt für Rechenzentren ist groß und wächst schnell. Weltweit gibt es etwa 10.978 Rechenzentren, während Rechenzentren derzeit 1,3 % des weltweiten Stromverbrauchs ausmachen. In diesem Zusammenhang ist es zwingend erforderlich, sinnvolle Designentscheidungen für Rechenzentren zu priorisieren und dabei den Schwerpunkt auf die Verbesserung der Energieeffizienz zur Reduzierung der CO2-Emissionen zu legen. Ein wichtiger Aspekt zur Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks digitaler Infrastrukturen ist die Optimierung von Kühlsystemen, die typischerweise 30 % des Energieverbrauchs von Rechenzentren ausmachen. 

Übersicht über ein Rechenzentrumskühlsystem 

Die obigen Schaltpläne beschreiben eine typische HVAC-Anlage für ein Rechenzentrum und stellen die Hauptelemente der Daikin-Lösung vor, darunter mehrere Komponenten: 
•    Luft-Wasser-freier Kühlkühler 
•    Computer Room Air Handling (CRAH)-Einheit 
•    Steuerungssysteme 
•    Kundendienst 
Unter den Hauptelementen eines typischen Daikin-Rechenzentrums-HVAC-Systems konzentriert sich dieser Artikel auf Computer Room Air Handling (CRAH)-Einheiten und die wichtigsten Herausforderungen bei der Auswahl dieser Ausrüstung im Rahmen des Kühlsystemdesigns. 

Herausforderung #1: Identifizieren Sie die geeignete Ausrüstung für die Verfügbarkeit von Installationsräumen 

Wie bei jeder Anwendung ist der Platz, der HVAC-Geräten in Rechenzentren zugewiesen wird, begrenzt. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, Alternativen hinsichtlich der Abmessungen der Einheiten’ und der damit verbundenen Kühlleistung zu bewerten. 

Grund #1: Daikin Pro-W, unser CRAH-Sortiment, ist flexibel und skalierbar. Dies resultiert aus einem modularen Designansatz, der eine weitere Redundanz der Kapazität und eine einfache Wartung ermöglicht. Pro-W-Einheiten können gestapelt oder direkt gegeneinander positioniert werden, ohne den für eine effiziente Kühlung erforderlichen Luftstrom zu beeinträchtigen. Pro-W-Einheiten sind in vier Größen erhältlich und decken eine Kühlleistung von 175 bis 700 kW in einer einzigen Einheit ab, um eine kompakte Lösung in großen bis hyperskaligen Rechenzentrumsinstallationen bereitzustellen.  

Herausforderung Nr. 2: So halten Sie die Betriebskosten niedrig und erhöhen die PUE  

• Angesichts der erheblichen Größe der Operationen ist es zwingend erforderlich, Strategien zur Aufrechterhaltung niedriger Betriebskosten zu priorisieren. Dies hängt mit der Notwendigkeit zusammen, den ökologischen Fußabdruck der verschiedenen Anlagen zu verringern. 
  
  Die Effizienz eines Luftkühlsystems hängt von mehreren Schlüsselfaktoren ab, die jeweils zu seiner Wirksamkeit in verschiedenen Anwendungen beitragen. Nachfolgend finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Strategien zur Optimierung eines Luftkühlsystems: 
  •    Verwenden Sie EC-Fans 
  •    Sorgen Sie für eine ausreichende Wassergeschwindigkeit bei Teillast und hohen Delta-T-Bedingungen 
  •    Setzen Sie druckunabhängige Regelventile (PICVs) ein, um den Wasserfluss zu stabilisieren  
  •    Implementieren Sie Steuerungslösungen, um die Systemeffizienz zu steigern 
  •    Reduzierung harmonischer Verzerrungen 
  •    Optimierung des Leistungsfaktors zur Minimierung von Verlusten
  
  

Anpassung der Kühlleistung an die Nachfrage im Datensaal  

Die Kühllast an die Bedürfnisse des Rechenzentrums anzupassen bedeutet, dynamisch auf Schwankungen der Wärmelast zu reagieren, die durch Serveraktivitäten und zugehörige Geräte erzeugt werden. Dieser gezielte Ansatz maximiert die Energieeffizienz, indem er Abfall minimiert und die Arbeitsbedingungen der Einheiten’ auf der Grundlage tatsächlicher Betriebsanforderungen optimiert. Dieser Ansatz kann mit einer Reihe von Lösungen verfolgt werden, die im Folgenden beschrieben werden.  
Die erste Überlegungsebene bezieht sich natürlich auf die Art der Ventilatoren, die an der Luftbehandlungseinheit montiert sind. 

Grund #2: Daikin EC-Lüfter, Motorklasse IE5 für hohe Effizienz und geringen Stromverbrauch. Der Einsatz elektronisch kommutierter Motoren bietet eine höhere Energieeffizienz als herkömmliche Motoren. Daher reduziert der Einsatz dieser Lüftermotoren die Betriebskosten und die Umweltbelastung. Darüber hinaus sind Daikin EC-Ventilatoren mit Aluminiumlaufrädern ausgestattet, was zu einer robusteren Konstruktion im Vergleich zu Verbundlaufrädern führt.  
  

Grund #3: Auch bei der Verbesserung der Effizienz ist es von größter Bedeutung, einen effizienten Betrieb bei Teillast und hohen Delta-T-Bedingungen sicherzustellen. In diesen Fällen ist es von entscheidender Bedeutung, eine ausreichende Wassergeschwindigkeit sicherzustellen und sich dabei ausschließlich auf einen sinnvollen Wärmeaustausch zu konzentrieren. Daikin bewältigt diese Herausforderung richtig, da die Schaltung seiner Wasserspule für diesen Zweck optimiert wurde. Diese Optimierung hat direkte Auswirkungen auf die Effizienz und Effektivität des Kühlsystems, insbesondere in Szenarien, in denen der Temperaturunterschied erheblich ist. Darüber hinaus sorgen die dicken Aluminiumlamellen, die standardmäßig für die Wasserspule des Pro-W verwendet werden, für mehr Robustheit und eine längere Lebensdauer, da Rechenzentren 24 Stunden am Stück arbeiten. 

Eine ordnungsgemäße Steuerung des Wasserflusses wirkt sich auch auf die Gesamtlaufzeit der Luftkühlgeräte und damit auf die Temperaturkontrolle aus.  

Grund #4: Druckunabhängige Steuerventile können in Daikin Pro-W-Einheiten integriert werden, um einen stabilen Durchfluss, eine bessere Temperaturregelung und geringere Betriebskosten zu gewährleisten. 

Steuerung des gesamten Luftkühlsystems zur Senkung der Betriebskosten 

Große und hyperskalige Rechenzentren benötigen typischerweise viele CRAHs, von einigen Dutzend bis zu Hunderten. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, alle diese Einheiten unter demselben Steuerungssystem zu halten, um weitere Möglichkeiten zur Steigerung der Systemeffizienz und damit der PUE zu nutzen. 

Grund #5: Daikin bietet eine solche Lösung in seinem Intelligent Data Center Manager (iDCM) an. Mithilfe von iDCM stehen alle HVAC-Systemeinheiten des Rechenzentrums von Daikin in ständiger Kommunikation miteinander, einschließlich Primärpumpenmanagement und freiem Kühlmodus. Darüber hinaus verwendet iDCM einen fortschrittlichen Algorithmus für maschinelles Lernen, der auf Herstellerdaten und vor Ort aufgezeichneten Live-Daten basiert. iDCM kann im Vergleich zu Standardsteuerungslösungen eine Steigerung der Systemeffizienz von bis zu 10% für mechanische Kühlsysteme und bis zu 15% für integrierte freie Kühlsysteme sicherstellen.

Harmonische Verzerrungen richtig handhaben 

Harmonische Verzerrungen werden durch nichtlineare Lasten wie Antriebe mit variabler Frequenz, Stromrichter oder elektronische Geräte verursacht. Dies kann zu einem zusätzlichen Stromverbrauch in elektrischen Systemen führen. Um dies zu überwinden, wurden aktive harmonische Filter (AHFs) entwickelt, um harmonische Verzerrungen zu mildern und eine Gesamtharmonische Verzerrung (THD) von unter 5 % sicherzustellen. Sie sind in der Lage, harmonische Ströme in Echtzeit dynamisch zu kompensieren und so die Stromqualität des Systems zu verbessern. Auch,  
AHF optimiert außerdem den Leistungsfaktor von Lüftermotoren’ und reduziert so Energieverluste. 

Grund #6: AHFs können bei Bedarf in die Daikin Pro-W-Baugruppe integriert werden, um die Nebenwirkungen harmonischer Verzerrungen zu begrenzen. 

Herausforderung #3: Wählen Sie langlebige und zuverlässige Geräte  

Redundantes Design bedeutet zuverlässiges Design 

CRAHs stellen sicher, dass die Temperatur innerhalb der Datenhalle kontrolliert wird. Ihr wichtigstes Mittel hierfür sind Fans. Daher muss besonderes Augenmerk darauf gelegt werden, wie das Lüfterarray strukturiert ist und ob Redundanz zur Behebung etwaiger Fehler angeboten wird. 

Grund #7: Daikin Pro-W CRAHs sind mit einem redundanten N+1-Design auf Lüftern ausgestattet. Das heißt, selbst im unwahrscheinlichen Fall eines Lüfterausfalls können die anderen den vorgesehenen Luftstrom aufrechterhalten, wodurch das Design des Geräts noch robuster wird. 

Die Systemsteuerungen unterstützen das Zuverlässigkeitsmanagement 

Wie bereits erwähnt, sind in Rechenzentren Kontrollen des gesamten HVAC-Systems erforderlich. Einer der Gründe hierfür liegt darin, dass das System den ganzen Tag über täglich betriebsbereit sein muss. Daher müssten die Systemsteuerungen in der Lage sein, die Betriebszeit der Luftbehandlungsgeräte zu bewältigen und eventuelle Ausfallzeiten aller installierten Luftbehandlungsgeräte zu bewältigen.  

Grund #8: Daikin iDCM stellt sicher, dass diese Anforderung erfüllt ist. Im Falle von Ausfällen an einem der CRAHs regelt iDCM die Betriebsbedingungen der anderen Einheiten, um sicherzustellen, dass die Temperaturbedingungen der Datenhalle aufrechterhalten werden. 

Geräteschutz gegen Stromausfälle 

Das Risiko eines Stromausfalls muss bei der Auswahl von Lufthandlern sorgfältig abgewogen werden. In diesem Sinne wird vorgeschlagen, automatische Übertragungsschalter (ATS) in die CRAH-Einheitenbaugruppe einzubauen. 

Grund #9: ATS sind im Daikin Pro-W-Standarddesign enthalten. Darüber hinaus ist im Pro-W ein unterbrechungsfreier Stromversorgungskondensator (USV) eingebaut, damit dieser die Lüfter umgehend aktivieren kann, sobald ATS die Stromversorgung wiederherstellt. Die volle Lüftergeschwindigkeit wird dann in weniger als einer Minute erreicht. 

Abnahmeprüfung in der Fabrik

Bei kritischen Anwendungen wie Rechenzentren werden Tests auf CRAHs normalerweise vor ihrer Auslieferung angefordert. 

Grund Nr. 10: Daikin bietet Factory Acceptance Testing (FAT) an, einen Service, der eine Reihe von Tests umfasst, um sicherzustellen, dass das Gerät die angegebenen Anforderungen, Designkriterien und Funktionen erfüllt, bevor es vor Ort ausgeliefert wird. 

Herausforderung #4: Identifizierung von Herstellern, die mit Komplexität umgehen können

Rechenzentrumsprojekte sind komplex. Für Luftabfertiger werden in der Regel viele Anforderungen hinsichtlich Produktfunktionen, Lieferzeiten und Wartungsdiensten gestellt. Diese Anforderungen können nur von spezialisierten Herstellern erfüllt werden, die in der Lage sind, sie zu bewältigen und mit den entsprechenden Kompetenzen zu arbeiten, die die Kunden in diesem Sektor erwarten. 

Grund #11: Daikin ist das weltweit führende Unternehmen im Klimaanlagensektor und verfügt weltweit über Vertriebsbüros, Produktentwicklungs- und Produktionsstätten. In diesem Zusammenhang entwickelt und fertigt Daikin seit mehr als 50 Jahren Luftumschlaganlagen in Europa. Bisher werden AHUs in europäischen Gebieten an zwei Standorten entwickelt und hergestellt: Cramlington (Northumberland, Großbritannien) und Caleppio di Settala (Italien). Diese Fertigungsflexibilität führt aufgrund der Nähe der Produktion zu den Installationsstandorten in Europa zu begrenzten Transportkosten. Komplexe Lieferungen machen einen festen Teil des Geschäfts aus. Daikin konzentriert sich auf Rechenzentren und liefert 105 MW Kühlleistung für ein einzelnes Rechenzentrumsprojekt in Nordeuropa. Das bereitgestellte System umfasste Kühler, CRAHs und das Daikin Intelligent Data Center Manager-Steuerungssystem. Durch seine globale Präsenz verfügt Daikin über ein umfangreiches Servicenetzwerk und gewährleistet so eine schnelle und kompetente Serviceabdeckung für Rechenzentrumsinstallationen. 

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