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Mit Hilfe der F-Gase-Verordnung sollen die Emissionen fluorierter Treibhausgase bis zum Jahr 2030 um nahezu 80 % gesenkt werden. Die Umsetzung dieser EU-weit gültigen Verordnung führt unweigerlich zu Einschränkungen für Betreiber von Kälteanlagen, die sich bereits jetzt in Form von Preissteigerungen und Engpässen von Kältemitteln sowie Limitierungen bei der Auswahl von Neuanlagen äußern.

Mit der eChiller-Modellreihe bietet die Efficient Energy GmbH eine echte Alternative. In den energieeffizienten Kaltwassersätzen kommt gewöhnliches Leitungswasser als Kältemittel, also R718, zum Einsatz, das weder Treibhaus- noch Gefährdungspotenzial hat. Die eChiller eignen sich mit einer Kälteleistung ab 20 bis über 300 kW ideal für die Kühlung von Serverräumen und Rechenzentren. Sie werden auch zahlreich z.B. zur Kühlung von Gebäuden und industriellen Prozessen eingesetzt.

Gänzlich ohne GWP (global warming potential) bzw. CO₂-Äquivalent sowie der fehlenden Toxizität und Brennbarkeit ist Wasser ein sicheres, natürliches und klimaneutrales Kältemittel, welches nicht unter die F-Gase-Verordnung fällt und somit keiner Beschränkung in der Verwendbarkeit unterliegt. Sämtliche für Kältemittel relevanten Sicherheitsanforderungen entfallen daher.

Der eChiller ist mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ausgerüstet, welche die stufenlose Regelung der Kälteleistung sowie die kontinuierliche Anpassung an die Umgebungsbedingung übernimmt. Zusätzlich wird die Ansteuerung der benötigten Peripheriekomponenten übernommen. So kann sichergestellt werden, dass der eChiller stets im energetisch optimalen Bereich betrieben wird.

Durch den vibrations- und geräuscharmen Betrieb des eChillers kommt auch die Maschinenraumrichtlinie nicht zum Tragen und durch die Verwendung von Wasser als Kältemittel gelten auch die Anforderungen der DIN EN 378 nicht. Somit muss die Anlage nicht zwingend in einem Maschinenraum aufgestellt werden.

Seit der ersten Kundeninstallation Ende 2014 bewähren sich die Anlagen im Betrieb. Unabhängige Institutionen wie der TÜV Süd bzw. TÜV Nord haben die Leistungsfähigkeit des eChillers bestätigt.

Der Investitionsaufwand für das Kältemittel beschränkt sich auf eine einmalige Anlagenfüllung mit 60 Liter Leitungswasser. Die hohe Effizienz der Anlage führt zu einer kontinuierlichen Stromkostenersparnis. Zusätzlich dazu macht die BAFA-Förderfähigkeit die Investition attraktiv.

Weitere überzeugende Argumente liefern eChiller-Installationen, die sich in langfristigen Anwendungen, u. a. bei der DMK – Deutsches Milchkontor GmbH in Bremen und der Sparkassen-IT GmbH & Co. KG in Calw, im realen Einsatz bereits mehrfach bewährt haben. Im laufenden Betrieb wurden sowohl die Erwartungen an die Betriebssicherheit als auch an die hohen wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile erfüllt.

Die Sparkassen-IT GmbH & Co. KG, als Tochterunternehmen der Sparkasse Pforzheim Calw, ist der Betreiber des größten Breitbandnetzes in der Region Nordschwarzwald. Das Netz besteht aus Glasfasern höchster Güte und dient dem Transfer von großen Daten in extrem hohen Bandbreiten. Im Rechenzentrum in Calw werden seit Juni 2016 sowohl eigene als auch Kundenserver betrieben.

Die Kühlung des hoch effizienten Serverraums der Sparkassen-IT Calw erfordert bei 100-prozentiger Auslastung eine Kaltgangtemperatur von maximal 26 °C bei einer maximalen Kühlleistung in der letzten Ausbaustufe von 30 kW. Dies entspricht dem optimalen Anwendungsbereich des eChillers.

Als Lösung wurden im Serverraum Serverracks in einer Kaltgangeinhausung aufgestellt. Die Kühlluftzufuhr zu den Servern erfolgt über Sidecooler. Die Kälteerzeugung erfolgt mittels  eines eChillers. Für die erforderliche Redundanz ist ein herkömmlicher Kaltwassersatz mit HFKW als Kältemittel installiert worden. Angebunden wird der Serverraum an die Kälteerzeugung mittels einer hydraulischen Weiche und redundanten Pumpen. Die Kühlung der Server erfolgte ausschließlich über den eChiller.

Das Besondere an dieser Anwendung war der langsam – über einen Zeitraum von über einem Jahr –, diskontinuierlich wachsende Kälteleistungsbedarf durch den stufenweisen Aufbau der Server. Seit Juli 2017 ist der Ausbau abgeschlossen, und es wird eine mittlere Kälteleistung von 28 kW abgerufen. Realisiert wurde auch die Einbindung eines Pufferspeichers.

Der eChiller arbeitet mit der Direktverdampfung von Wasser (R718) in einem vakuumdichten, geschlossenen Kreislauf, der über Plattenwärmeübertrager hydraulisch vom externen Kühl- und Kaltwasserkreis getrennt ist. Zentrale Bedeutung haben dabei zwei identisch aufgebaute Kältemodule, in denen der komplette thermodynamische Kreisprozess abgebildet wird.

Funktionsweise des Kältemoduls:

1. Der Verdampfer: Wasser tritt in den Verdampfer ein, ein Teil verdampft und entzieht dadurch dem restlichen Wasser Energie, wodurch es sich abkühlt.
2. Der ct-turbo: Der Wasserdampf wird von dem Turboverdichter mit einer Drehzahl von bis zu 90.000 U/min verdichtet, wobei sich Druck und Temperatur des Dampfes erhöhen.
3. Der Verflüssiger: Der komprimierte Wasserdampf kondensiert im Verflüssiger und erwärmt so den Kühlwasserstrom.
4. Die Expansion: Das kondensierte Wasser wird in den Verdampfer zurückexpandiert.

Der eChiller ist für die Kühlung von Prozessen mit hohen Kaltwasser-Vorlauftemperaturen ausgelegt. Optimal kühlt er in einem Bereich von 16 °C bis 22 °C. Es können aber auch Vorlauftemperaturen zwischen 10 °C und 28 °C gefahren werden – ein Spektrum, das herkömmliche Kältemaschinen nur teilweise abdecken können.

Die Efficient Energy GmbH aus Feldkirchen fertigt die eChiller-Modellreihe seit Anfang 2016 am Firmenstandort in Feldkirchen bei München. Inzwischen werden neben dem Kaltwassersatz auch alle hydraulischen Komponenten in sogenannten Modulen angeboten, die für die erfolgreiche Gesamtinstallation erforderlich sind. Der eChiller stellt eine Systemlösung dar, die die Regelung externer Komponenten mit integriert hat und somit die Anzahl der notwendigen Gewerke zur Bereitstellung des Kühlbedarfs reduziert.

Der eChiller bietet die ideale Systemlösung für die kosteneffiziente und ökologisch zukunftsweisende Klimatisierung jedes modernen Serverraums und Rechenzentrums.