Greifswald

Geothermale Kälteerzeugung
für IT-Klima / Serverschränke
im Landkreis VorpommernGreifswald
Der Weg zum neuen
Rechenzentrum des
Landkreises
VorpommernGreifswald
Ein neues
Rechenzentrum?
Ausgangslage:
Beobachten
Wahrnehmen
Realitätscheck
Abschluss
Zielerreichung
 Der Hauptprozess im ITBereich ist die Bereitstellung
des EDV-Systems ,um die
Arbeitsfähigkeit der
Verwaltung zu sichern
• Dieser Prozess ist in
einem ständigen
Veränderungszyklus
Auswirkung
Richtung
Mobilisieren
von Energie
Aktion,
Handeln
Quelle: N.Weishaupt
Notwendige Arbeiten:
 Recherche nach geeigneten Serverracksystemen für die neuen
Servertechnologie
• InfraXstruktursystem von APC gefunden
• Fahrt zu den Stadtwerken Rostock, Besichtigung des dortigen Systems
• Diskussion mit 5 Kollegen anderer Landkreise beim Vergleichsring zum
Thema Bladetechnologie und deren Randbedingungen (Klimatisierung,
USV)
• Ergebnis: Alle wollten das InfraXstruktursystem einsetzen
• Kollegen vom Vogelbergskreis informieren, dass Geothermie zum
Einsatz kommt
 Neuen Raum gefunden
• Gespräch mit Kämmerin zur Thematik Geothermale Kühlung
 Genauere Betrachtung der Thematik mit Angaben zur
Wirtschaftlichkeit
Geothermie, aber wie?
 Woher bekomme ich die Aussagen darüber, ob Geothermie genutzt werden
kann?
• Fa. Sohnix AG, ob Erfahrungen zu dieser Thematik vorhanden sind
• September 2010 Besuch der Workshops „Rechenzentren –
Energieeinsparungs-potentiale nutzen“
• Anfrage beim Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Gewässer
 Informationen erhalten, wie vorzugehen ist
 Hinweis auf Unterstützung durch Herrn Kühl der Firma HSW in
Rostock
Kontakt zur Firma HSW
Das Vorhaben erläutert und erklärt, dass
im Workshops „Rechenzentren –
Energieeinsparungs-potentiale nutzen“
der Hinweis kam, dass Geothermie
sinnvoll eingesetzt werden kann wo
Gewässer in der Nähe sind.
Information : Heizungssystem
einzubinden, auch bei herkömmlicher
Heizungsanlage sinnvoll
Prinzipieller Aufbau eines einfachen
geothermischen ServerschrankKühlsystems
Quelle: Celler Brunnenbau GmbH & Co. KG
Geologische und hydrologische Recherche
Ausschnitt der Karte der oberflächennahen Geologie: „An der Oberfläche auftretende
Bildungen“ (GOK 500), Quelle: LUNG M-V, unmaßstäblich
Ausschnitt der Karte der oberflächennahen Geologie: „Verbreitung der unter Quartär
anstehenden Bildungen mit Tiefenlage Quartärbasis“ (GK 500), Quelle: LUNG M-V, unmaßstäblich
Bodenschichten und Wärmeaufnahme
Wärmezufuhr
Schichtenverzeichnis Geologischer Dienst, LUNG M-V
Suche nach Partnern
 Heizungsanlage
• Wie alt?
• Interesse an Kopplung mit Geothermie?
• Geld ?
 Externe Partner
• Erklärung wie herkömmliche Heizungsanlagen in die Geothermie
eingebunden werden können
• Informationen zu Response Test für eine Wirtschaftlichkeitsanalyse
Wirtschaftlichkeitsanalyse
 Erkundungsbohrung
mit Ausbau einer TestErdwärmesonde bis zur
repräsentativen Tiefe
99m
 Durchführung des
Response Test
 Erstellung eines
Berichts zum
Geothermal Response
Test
Auswertung des Geothermal Response Tests
 Bestimmt wurden hierbei:
• Lokale effektive
Wärmeleitfähigkeit
• Lokaler thermischer
Bohrlochwiderstand
• Ungestörte
Erdreichtemperatur
Untersuchungsbereich
„Die Auswertung des Geothermal Response Tests zur Ermittlung der effektiven
Wärmeleitfähigkeit und des thermischen Bohrlochwiderstandes erfolgte:
1. nach der konventionellen Methode für die stationäre Betriebsphase,
2. als Kurvenanpassung nach „objective function“ für die gesamte Phase der
Wärmeeinspeisung.
Der GRT führte zu plausiblen Werten der effektiven Wärmeleitfähigkeit von
2,3 W/(m·K) und des thermischen Bohrlochwiderstandes von 0,084
K/(W/m).
 Die mittlere Gebirgstemperatur bis 99 m unter GOK wurde für den Standort
Demminer Straße 71 - 74 mit ca. 10,5 °C nachgewiesen.
 Der Standort ist für eine geothermische Nutzung des Untergrundes gut
geeignet.
 Der gemessene thermische Bohrlochwiderstand Rb ist repräsentativ für die
Bauart und ein sehr gute Qualität der
Ringraumverfüllung/Sondeninstallation.“ (Bericht zum Geothermal
Response Test)
Kostenschätzung
 Kosten für die geothermische Quellenanlage - Erdwärmesonden:
• Mit vollständiger thermischer Regeneration des Untergrundes (12
Erdwärmesonden a 99 m) Investitionskosten für das
Erdwärmesondenfeld von ca. 78.000 € (netto)
• Planung und Bauaufsicht zu Herstellung des Erdwärmesondenfeldes
pauschal 10.000 € (netto)
 Kosten für die Einbindung der Geothermie in das bestehende Heizsystem:
• überschlägig 48.000 € (netto)
• Planung und Bauüberwachung ca. 14.000 € (netto)
• Kosten für die Vorhaltung eines Rückkühlwerkes („Freecooler“)
• Leistungsgröße von ca. 30 kW, Gesamtleistung von ca. 40...60 kW
(parallele Betriebsweise Kühlen und thermische Regeneration) wären hier
ca. 15.000 € (netto)
Tabelle 1: Zusammenstellung der vorläufig geschätzten
Gesamt-Investitionskosten (Quelle: HSW-Bericht)
ausschließliche geothermische
ITKühlung
geothermische ITKühlung und
thermische Regeneration des
Untergrundes durch
parallelen/zusätzlichen Heizbetrieb
geothermische ITKühlung und
thermische Regeneration des
Untergrundes durch parallel betriebenen
Rückkühler
IT-Kühlsystem inkl. Planung Montage,
Inbetriebnahme
ca. 39.000 €
ca. 39.000 €
ca. 39.000 €
geothermisches Quellensystem Erdwärmesonden
ca. 205.000 €
ca. 88.000 €
ca. 88.000 €
Einbindung der Geothermie in das Heizsystem
inklusive Planung
und Baubetreuung
ca. 62.000 €
Rückkühlwerk
ca. 15.000 €
Summe der vorläufig geschätzten GesamtInvestition
ca. 244.000 €
ca. 189.000 €
ca. 127.000 €
Betriebskosteneinsparung im Kühlbetrieb
ca. 13.440 €/a
ca. 13.440 €/a
ca. 9.450 €/a
Betriebskosteneinsparung im Heizbetrieb
ca. 14.000 €/a
Summe
ca. 13.440 €/a
ca. 27.440 €/a
ca. 9.450 €/a
Amortisationszeitraum
(statisch)
ca. 24 Jahre
ca. 7 Jahre
ca 13,4 Jahre
Geothermiefeld
 Planung des Geothermiefeldes
durch Fa. HSW
 Ausschreibung des Geothermiefeldes
 Auftragsvergabe zur Herstellung
des Geothermiefeldes
 Beginn der Umbaumaßnahmen
für den neuen Serverraumes
entsprechend BSI-Grundschutz
 Herstellung des Geothermiefeldes
durch Fa. Geothermics
Orthophoto mit Lagekennzeichnung der zu berücksichtigenden Teilbereiche (Quelle Orhophoto - GAIA-MV)
Ausschreibung der Serverraum- und Klimatechnik
Inhaltsverzeichnis IT-Klimaanlage auf Basis Geothermie /
Serverraumausstattung
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Vorbemerkungen / Vertragstexte
Anlagenbeschreibung
Rückkühler/FreeCooler für Geothermie nebst MSR-Technik
Zirkulationspumpen nebst Zubehör
Rohrleitungssystem / Anschlussarbeiten
Anschlussarbeiten Reihenkühlgeräte
Ausstattung Serverraum / Racks / Reihenkühlgeräte
USV
Sonstige Arbeiten
Wartung
Gesamtpreiszusammenstellung
Angaben Bieter
 Auftragserteilung an Firma SK-Kältetechnik
Quelle Macondo Medien Filmproduktion
MSR-Schaltschrank Copyright: Macondo Medien Filmproduktion
APC-Serverracks
Zusammenfassung
 Zukunftsorientiertes modulares Kühlsystem (wenn gewünscht auch USVSystem)
 Durchgängig redundantes (bzw. teilredundantes) System
 geringe Wartungskosten (Zirkulationspumpen, Luftfilter InRow´s)
 Absicherung der elektrischen Verbraucher der Klimatisierung über USV
 Hohes Maß an Energiekosteneinsparung (hoch effizient)
 „Blade ready“
 Monitoring der Betriebszustände
 Komplett autarkes System
Zusammenfassung, Quelle SK-Kältetechnik
Wir sind fertig
Was Sie sonst noch
über ITKlimatisierung und
den möglichen
Nutzen wissen sollten
erklärt Ihnen gern
Herr Siggelkow Projektleiter
Klimatechnik.
Serverraum mit drei „Racks“, Copyright: Macondo Medien Filmproduktion
Nutzung der
Geothermie für die
Klimatisierung von
Server- / IT-Schränken
6
mtr.
6
mtr.
6
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6
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6
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6
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6
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6
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6
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6
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6
mtr.
Bohrfeld für Kälteleistung : 50 kW
= 10 x Bohrungen a 99 mtr.
S O L L - S I T U A T I O N
Vergleich Betriebskosten
Energiekosten herkömmliche Klimatisierung (DX) mit
Umluftkühlgeräten
Kälteleistung
elektr. Leistungsaufnahme KKE
elektr. Leistungsaufnahme Umluftkühlgerät
elektr. Leistungsaufnahme Befeuchtung
Betriebsstunden
Energieverbrauch
Energiepreis pro kW/h
Gesamtkosten p.a.
CO2-Ausstoß (0,575 kg. statt 0,514 kg.)
Radiaktiver Abfall* p.a.
51,40 kW
18,79 kW
2,00 kW
0,00 kW
8760 Stunden
GF 0,65
182.076,60 kW/h
0,14 €
25.490,72 EUR
104.694,05 kg.
0,20 kg.
korrigiert!
Geothermieanlage / 50 kW
Kälteleistung/Wärmeleistung WP
elektr. Leistungsaufn. KWS/WP
Betriebsstunden
elektr. Leistungsaufn. InRow
Betriebsstunden
elektr. Leistungsaufn. ZP
Betriebsstunden
Energieverbrauch
Energiepreis pro kW/h
Gesamtkosten p.a.
CO2-Ausstoß (0,575 kg. statt 0,514 kg.)
Radiaktiver Abfall* p.a.
50,00 kW
3,70 kW
2894 Stunden
1,20 kW
8760 Stunden
0,5 kW
5866 Stunden
24.152,80 kW/h
0,14 €
3.381,39 EUR
13.887,86 kg.
0,03 kg.
korrigiert!
Energieeinsparung p.a.
geringerer CO2-Ausstoss p.a.
geringerer Radiaktiver Abfall* p.a.
22.109,33 EUR
90.806,19 kg.
0,17 kg.
* bei Energiemix in Deutschland (durchnitt in 2009)
bestehend aus
24,9% Kernkraft / 57,8% fossilen Energieträgern / 17,3% erneuerbaren Energien
= 508 g/kwh CO2-Emissionen und 0,0011 g/kWh radioaktiver Abfall (Quelle BMU)
pro Jahr
pro Jahr
pro Jahr
Zusammenfassung
- Zukunftsorientiertes modulares Kühlsystem (wenn gewünscht auch
USV-System)
- Durchgängig redundantes (bzw. teilredundantes) System
- geringe Wartungskosten (Zirkulationspumpen, Luftfilter InRow´s)
- Absicherung der elektrischen Verbraucher der Klimatisierung über
USV
- Hohes Maß an Energiekosteneinsparung (hoch effizient)
- „Blade ready“
- Monitoring der Betriebszustände
- Komplett autarkes System
Fragen?
Fragen!
Nutzung von
Eisspeicheranlagen
für die Klimatisierung von
Server- / IT-Schränken
In der warmen Jahreszeit wird hier überschüssige
Sonnenenergie in großvolumigen Wassermengen auf
niedrigem Temperaturniveau gespeichert. Die umgebende
Erdwärme ermöglicht die Speicherung über längere Zeit und
ohne aufwändige Isolierung. Mit Beginn der kalten Jahreszeit
wird die Wärme dem unterirdischen Speicher entzogen und
über die Wärmepumpe dem Warmwasserspeicher und dem
Heizsystem zugeführt.
Beim kontrollierten Phasenübergang von Wasser zu Eis
werden dabei große Mengen an Kristallisationsenergie
freigesetzt. Das Eis wird im folgenden Sommer zur
kompressorlosen Kühlung verwendet.
Während der Heizperiode übernimmt ein FreeCooler die
Kühlung des Serverraumes.
Während der Heizperiode entzieht die Wärmepumpe dem
Eisspeicher die Wärme (das Wasser wird zu Eis) und der
Vorgang beginnt von Neuem.
Eine MSR- Steuerung dirigiert hierbei die Wärmezufuhr
(Serverraum,Sonnenkollektor)
und
den Einsatz
des
FreeCoolers.
EISSPEICHERSYSTEM
- Alternative zur Geothermie / kein Bohrrisiko, keine Genehmigung
- Nutzung der Wärmerückgewinnung der Serverabwärme (indirekt)
- langfristige Speicherung von Energie
- Innovatives Konzept (um die Ecke gedacht) / nur wenige mechanische
Komponenten vorhanden.
- Verzicht auf Kältemittel, geringe Betriebskosten, einfaches System
(Ausfallsicherheit)
EISSPEICHERSYSTEM
Die Kraft der Sonne ist ein wichtiger Energiespender für das SolarEis-Prinzip. Während das kalte Wasser zur (nahezu) kostenlosen Kühlung
verwendet wird, bringt die dabei zugeführte Wärme die Energie für die kommende Heizperiode ein. Darüber hinaus wird über eine spezielle
Kollektoranlage auch in der Überganszeit und im Winter Sonnenwärme mit höchster Effizienz in den SolarEis-Speicher eingelagert. Der Kreislauf des
Energiespeichers ist damit geschlossen.
SolarEis nutzt die Wärme der Luft als zusätzliche Energiequelle. Zum Beispiel auch, wenn die Sonne einmal nicht scheint, an einem
wolkenverhangenen Tag , wenn es regnet und auch nachts. Um diese Energiequelle zu erschließen wird ein förderungsfähiger kombinierter
SolarLuft-Kollektor eingesetzt, der auf Ihrem Hausdach oder einer Garage montiert werden kann.
Die Erde, die den Speicher umgibt, erfüllt für das SolarEis-Prinzip eine weitere wichtige Funktion. Mit ihren über das Jahr nahezu konstanten 8 bis
10 Grad Celsius schützt die Erdwärme den Speicher im Winter nicht nur vor dem Auskühlen, sondern unterstützt den Speicher auch mit der
Energie der Erde. SolarEis speichert die Wärme wo es am wirtschaftlichsten ist: im niederen Temperaturbereich.
Wasser ist eines der effizientesten und wirtschaftlichsten Speichermedien überhaupt. Allerdings ist es aufgrund der erforderlichen Isolierung
unwirtschaftlich, die im Wasser befindliche Wärmeenergie bei hoherTemperatur zu speichern. SolarEis geht einen anderen Weg: SolarEis lagert
Wasser in einem unterirdischen Speicher bei einer Temperatur zwischen 0 und 10 Grad Celsius und nutzt sowohl die zur Verfügung stehende
Wärmeenergie als auch die beim Gefrieren entstehende Latentwärme in Verbindung mit einer Wärmepumpe.
Unter normalen Bedingungen verringert sich die Temperatur eines Speichermediums, je mehr Wärme man ihm entzieht. Jedoch: Beim Übergang
von Wasser zu Eis bleibt die Temperatur konstant, weil jetzt die im Wassergespeicherte latente (versteckte Wärme) abgegeben wird. Während das
Wasser im unterirdischen Speicher gefriert, nutzt SolarEis die frei werdende Energie zum Heizen. In Phasen, in denen nicht geheizt werden muss,
dient das Eis als umweltfreundliche Klimaanlage.
Kristallisationswärme
Die Kristallisationswärme (auch Erstarrungswärme genannt) wird freigesetzt, wenn ein Stoff seinen Aggregatzustand von flüssig nach fest ändert. Auf Grund des
Energie-erhaltungssatzes ist die freiwerdende Energiegleich groß wie die für das Schmelzen des Stoffes aufzuwendende Energie. Bei verschiedenen Stoffen ist
die Erstarrungswärme (=Schmelzwärme) pro Kilogramm Masse unterschiedlich groß. Die Kristallisationswärme wird freigesetzt, wenn ein Stoff seinen
Aggregat- zustand von flüssig nach fest ändert. Um sich eine bessere Vorstellung von den Energieumsetzungen in einem SolarEis-Speicher und dem hohen
Energiespeichervermögen von Wasser machen zu können, ist folgende energetische Betrachtung hilfreich:
Um einen Liter Eis zu schmelzen, ist etwa die gleiche Wärmemenge erforderlich, die man benötigt, um einen Liter Wasser von 0 auf 80° C zu erhitzen. Oder
anders ausgedrückt, um 126 Liter (= 0,126 m³)Eis von 0°C in Wasser von 0°C umzuwandeln, ist die Energiemenge erforderlich, die der Heizkraft eines Liters
Heizöl entspricht. Ein SolarEis-Speicher mit 800 Kubikmetern Eisinhalt, speichert den Energiegehalt von ca. 6.350 Litern Heizöl. Das entspricht einer Emission
von fast 20 Tonnen CO2. Sofern dieses Eis natürlich regeneriert wird, werden hier enorme Mengen an fossiler Energie und CO2 gespart
…wir hoffen, es war spannender!
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!!!!