Mit dem Eintritt in das 5G‑Big‑Data‑Zeitalter, der Netzwerkentwicklung und der rasanten Expansion der Datenwirtschaft wachsen die Dimensionen großer Rechenzentren (DC) zunehmend, und auch deren Stromverbrauch steigt kontinuierlich. Statistiken zufolge betrug der nationale Stromverbrauch der Rechenzentren im Jahr 2018 160,889 Milliarden kWh – mehr als der gesamte Stromverbrauch Shanghais im selben Jahr – und entsprach 2,35 % des gesamten chinesischen Stromverbrauchs. Zudem wird erwartet, dass dieser Wert bis 2023 auf 266,792 Milliarden kWh ansteigen wird; die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate liegt bei etwa 10,64 % – was ungefähr der Erzeugungskapazität von 2,5 Drei‑Schluchten‑Kraftwerken entspricht.
Noch wichtiger ist, dass der Energieverbrauch zu einem entscheidenden Engpass für die Weiterentwicklung der Dienstleistungen in Rechenzentren geworden ist. Die folgende Tabelle zeigt den Anteil des Energieverbrauchs jeder einzelnen Systemkomponente innerhalb eines Rechenzentrums. Aus der Analyse der Daten lässt sich erkennen, dass im nicht‑IT‑Energieverbrauch rund 63 % der Verluste auf das Kühlsystem des Rechenzentrums zurückzuführen sind.
Angesichts des hohen Energieverbrauchs des Kühlsystems in Rechenzentren wurden in der Branche verschiedene energieeffiziente Lösungen erprobt. Dabei hat sich die indirekte Verdunstungskühlung (IEC) als eine der vielversprechendsten Kühltechnologien erwiesen.
Die nachfolgende Abbildung zeigt das Funktionsprinzip sowie die Produktstruktur des indirekten Verdunstungskühlungssystems.
Das indirekte Verdunstungskühlungssystem umfasst im Wesentlichen drei Kernkomponenten: einen Plattenwärmetauscher, ein Sprühsystem sowie ein zusätzliche Kühlung bereitstellendes Kompressorsystem. Während des Kühlvorgangs strömt die im Rechenzentrum zu behandelnde Luft durch das Luft‑Wärmeaustauschgerät. Zunächst wird die Außenluft eingesetzt, um die geschlossene Innenluft abzukühlen. Gleichzeitig verdampft das im Sprühsystem versprühte Wasser mithilfe der Wärme der Außenluft im Plattenwärmetauscher und entzieht dabei der zu behandelnden Luft Wärme, wodurch deren Temperatur sinkt. Auf diese Weise wird die im Rechenzentrum zirkulierende Luft bestmöglich gekühlt. Während des gesamten Prozesses bildet die Innenluft ein geschlossenes Kreislaufsystem, während die Außenluft ein offenes System bleibt. Da die Außenluft nicht in das Rechenzentrum gelangt, werden Feuchtigkeit und Schadstoffe aus der Umgebung ferngehalten. Da die behandelte Luft nicht direkt mit Wasser in Kontakt kommt, bleibt ihr Feuchtigkeitsgehalt unverändert, sodass eine isohydrische Luftkühlung erreicht wird.
Betriebsmodus
Je nach Außentemperatur kann das Verdunstungskühlungs‑Klimasystem drei Betriebsmodi annehmen.
Am Beispiel eines einzelnen Systems (Auswahl des Plattenwärmetauschers BXB2000-2200-12.0) zeigt die Auslegungsberechnung, dass im Vergleich zu einem reinen Kühl- und Klimasystem durch den Einsatz eines indirekten Verdunstungskühlsystems der luftselektive Plattenwärmetauscher pro Stunde 194 kW zurückgewinnen kann. Das Sprühsystem kann 686 kW Wärme aufnehmen, sodass insgesamt 880 kW Wärme zurückgewonnen werden. Daraus lässt sich ableiten, dass der Einsatz eines indirekten Verdunstungskühlsystems dem Verdunstungskühlsystem pro Stunde eine Stromersparnis von 352 kWh ermöglicht; die Energieeinsparung ist somit erheblich.
Fallbeispiel
