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Dimensionierung von Schallhauben für Luftgekühlte Wärmepumpen und Kälteanlagen

15/7/2024

Anders als bei Wassergekühlten Wärmepumpen und Kälteanlagen steht bei Luftgekühlten Anlagen die benötigte Luftmenge im Zentrum von Schalldämm-Massnahmen, um Leistung- und Druckverluste der Anlagen zu verhindern.

Wir unterscheiden bei der Schalldämmung nach den nachstehenden Prinzipien der Luftführung:

Anlagen mit Horizontaler Luftführung
(Lufteintritt und Luftaustritt erfolgt Horizontal)

Anlagen mit vertikaler Luftführung
(Lufteintritt unten / Luftaustritt gegen oben)

Anlagen mit kombinierter Luftführung
(Lufteintritt seitlich / Luftaustritt gegen oben)

Die oben aufgeführten Anlagen sind in der Mehrzahl mit Axial-Ventilatoren ausgerüstet, die eine statische Pressung zwischen 20 bis 80 Pa aufweisen.

Anlagen im kleineren Leistungsbereich haben meist nur eine maximale statische Ventilator Pressung von 20 Pa, während grössere Anlagen, bei denen zum Beispiel auch die Wärmerückgewinnung ein Thema ist, eine wesentlich grössere Pressung haben. Der erste Widerstand den Ventilatoren zu überwinden haben sind Druckverluste beim Lufteintritt auf den Verdampfer.

Zudem, wird bei den meisten Axial Ventilatoren, die Luft nicht zentriert über dem Ventilator abgeführt, sondern die grösste Luftmenge und Luftgeschwindigkeit, wird am Rand der Ventilator-Schaufeln erreicht. Dies ist bei der Messung von Luftmengen und der Luftgeschwindigkeit von Anlagen zu berücksichtigen da sich diese Werte vom Ventilator Zentrum zum äußeren Rand der Ventilatoren um bis 60% erhöhen können. Damit lässt sich verhindern das mit falschen Plan Daten gearbeitet wird.

Die Auslegung von Schallhauben von Luftgekühlten Anlagen erfolgt an erster Stelle auf den benötigten Luftmengen der Anlagen und den angestrebten Luftgeschwindigkeiten, die Physische Dimension von Anlagen ist bei der Planung von Schallhauben nur zweitrangig.

Für ein Luftvolumens von 6‘000 m3/h wird bereits eine freie Lufteintritts und Luftaustritts Fläche von 0.83 m2 benötigt um die Geschwindigkeit der Luft auf 2 Meter/sec. zu halten. Die freie Fläche bedeutet die Nettofläche ohne Gitter- oder Jalousien- Strukturen.

Bei einer Grosswärmepumpe mit einem benötigten Luftvolumen von 250‘000 m3/h betragen die Netto freien Lufteintritts und Luftaustrittsflächen bei einer geplanten Luftgeschwindigkeit von 2 Meter/sec bereits 36.11 m2. Das bei dieser freien Fläche (Schallbrücke) praktisch kein Schallreduktion erzielt werden kann versteht sich von selbst. Hier muss die geplante Luftgeschwindigkeit auf ein höheres Niveau gebracht werden, eine Luftgeschwindigkeit von 6 Meter/sec. reduziert die benötigte freie Fläche, bereits auf 12.04 m2 und optimiert die Schalldämmung damit um ein Vielfaches.

Fazit, eine Standardisierung von Schallhauben aufgrund von Anlagegrösse greift zu kurz und kann zu Leistungs-Verlusten der Anlagen führen die häufig nicht bemerkt werden egal ob dies nun Schallhauben mit Kulissen, Schallhauben mit gezielter Luftführung oder Zuluft und Abluftschallkulissen betrifft.
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Wärmerückgewinnung bei Rechenzentern

15/7/2024

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Die Heizperiode neigt sich dem Ende, der Zeitpunkt, um in Erinnerung zu rufen, dass der Energieaufwand für die Kühlung (Komfort-Kühlung, Kommerzielle-Kühlung und Prozess-Kühlung) wesentlich höher ist als beim Heizen.

Rechencenter stehen hier aktuell im Fokus.

Rechenzentren verursachen EU-weit knapp 3 % des gesamten Stromverbrauches. Hier steht insbesondere die Nutzung der Abwärme im Vordergrund, da die IT-Infrastruktur in Rechenzentren viel Abwärme produziert, die bislang vielfach einfach in der Umgebung verpufft.

Die Energieeffizienzrichtlinie 2023/1791 ist in Europa von Bedeutung. Diese wurde im September 2023 angepasst und umfassen Vorschriften zur Abwärmenutzung, für Rechencenter mit einem Strombedarf für die installierte IT von mindestens 500 kW

Da die Vorschrift vorsieht, das Rechencenter die Vor- oder bis zu 01.07.2026 in Betrieb gehen keinen Vorschriften für die Abwärmenutzung unterliegen herrscht eine grosse Betriebsamkeit bei dem Bau von Rechencentern, da Rechencenter die nach dem 01.07.2026 in Betrieb gehen, eine Energieverbrauchseffektivitätswert von maximal 1,2 erreichen und die nachstehenden Vorgaben für die Abwärmenutzung erfüllen müssen:
Inbetriebnahme ab:

01.07.2026 = 10% Abwärmenutzung
01.07.2027 = 15% Abwärmenutzung
01.07.2028 = 20% Abwärmenutzung

Da die Planung eines Rechenzentrums nicht von heute auf Morgen ausgeführt wird werden, viele sich im Bau aber auch in der Ausführungsplanung auf die Luft- und Wasserkühlung abstützen. Nun stelle sich die Frage wie Nutze ich die Abwärme und wir gross ist die Effizienz.
Die Abwärme aus der Serverkühlung beträgt zwischen 25 bis 31°C, diese Temperatur ist für eine direkte Verstromung der Abwärme zu gering, ORC-Anlagen erzeugen aus einer Abwärme von mindesten 80° C max. 360 °C Strom.
Bleibt bei der Nutzung der Abwärme von einem Rechenzentrum nur die Einspeisung in ein Wärmenetz, die direkt Nutzung zur Raumheizung oder Wassererwärmung. Bei den letzten beiden Anwendungen ist zu bedenken, dass die Abwärme mittels Wärmepumpe in vielen Fällen auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden muss. Diese Konzepte setzen auch Voraus das auch sich genügend Abnehmer der Wärme in unmittelbarer Nähe befinden.

In Zukunft verspricht die Immersionskühlung, insbesondere bei Einsatz in «Hyperscale Rechenzentern» eine direkte Verwendung der Abwärme. Dies lässt sich aber nur mit kosten- und zeitintensiven Umbauten in ein bestehendes Rechencenter integrieren da diese keine Kompatibilität mit den bestehenden Luft- und Wassergekühlten System hat.

Ich gehe davon aus das sich die Austrittstemperaturen der Abwärme von Rechenzentren durch neue Technologien weitere reduzieren wird, ein Beispiel sind «All-Flash Speicher» mit einer geringeren Abwärme und einer höheren Wärmetoleranz. Diese werden auch HSM-Konzepte, die auf der Auslagerung von Daten nach Zugriffshäufigkeit und Aktualität auf weniger Energieintensive aber im Zugriff langsamere Speichermedien ermöglichen, obsolet machen.

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Anlagen mit Propan (R290) sind auf dem Vormarsch

15/7/2024

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Wärmepumpen auf Basis von Propan (R290) zur Wärmeübertragung für den Kältemittelkreislauf sind auf dem Vormarsch.

R290 ist die Bezeichnung von Propan das in Wärmepumpen, Klima- und Kälteanlagen zum Einsatz kommt. Propan ist schwerer als Luft, farb-, geruchlos und nicht toxisch. Propan, gehört zu Kategorie der Kohlenwasserstoffe. Propan, das in der Natur vorkommt, fällt als Nebenprodukt bei der Gewinnung von Erdöl an. Somit zählt es nicht zu den HFKW oder FCKW Kältemitteln und ist daher nicht von der F-Gase-Verordnung und der Phase-down Regelung betroffen.

Mit einem GWP (Global Warming Potential), von 3* ist Propan eine umweltfreundliches Medium. R290 gehört zur Sicherheitsgruppe A3 und gilt damit als leicht entzündlich, deswegen sind bei der Installation die nachstehenden Parameter zu beachten:

Bei einer freien Aufstellung dürfen in einem Bereich von einem Meter um das Gerät und eine Höhe bis zu 30 cm keine Zündquellen und keine Öffnungen ins Gebäude vorhanden sein. Auch Senken sollten sich nicht in der nächsten Umgebung der Anlage befinden. Bei einer Installation in einer Ecke oder Nische, erweitert sich die Sicherheitszone auf 2,5 m von der Ecke oder Nische.

Sollen Anlagen auf der Basis von R290 zusätzlich mit einer Schallhaube versehen werden gilt es folgendes zu beachten:

1)
Da Propan schwerer als Luft ist, muss verhindert werden das sich im Falle eines Kältemittellecks eine zündfähige Menge am Boden der Schallhaube ansammelt. Dies vor allem bei einem Anlagestillstand.

2)
Es empfiehlt sich einen Gassensor mit vordefinierten Warnpunkten, verbunden mit einer ex geschützten Sturmlüftung zu installieren Damit kann das Ansammeln einer zündfähigen Menge im Falle eines Kältemittelaustritts verhindert werden und R290 Anlagen ohne Risiken betrieben werden.

*Der GWP-Wert von CO2 beträgt 1 und ist auch der Referenzwert für die Berechnung des GWP. Das GWP von R290 beträgt 0,072 für 20 Jahre und 0,02 für 100 Jahre. Leider wird R290 in den meisten Bewertungen immer noch mit GWP 3 geführt.

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