Chiller

Ein Chiller — auf Deutsch Kaltwassersatz — kühlt Wasser herunter und schickt es in den Kreislauf, aus dem sich die CRAH-Geräte im Saal bedienen. Er steht in der Zentrale oder auf dem Dach, nicht im Weißraum.

Damit ist er die eigentliche Kältemaschine der Anlage. Alles, was im Saal passiert, verteilt nur noch die Kälte, die hier erzeugt wird.

Wohin die Wärme geht

Jede Kältemaschine muss die aufgenommene Wärme irgendwo abgeben, und dafür gibt es zwei Wege. Dieser Unterschied ist die wichtigste Eigenschaft eines Chillers.

Luftgekühlt. Ventilatoren blasen Außenluft über den Verflüssiger. Die Maschine arbeitet damit gegen die Lufttemperatur. Sie braucht kein Wasser, keine Wasseraufbereitung und keine Maßnahmen gegen Legionellen — dafür wird sie an heißen Tagen schlechter, weil die Temperatur, gegen die sie arbeitet, genau dann am höchsten ist.

Wassergekühlt mit Rückkühlwerk. Die Wärme geht über verdunstendes Wasser an die Luft. Maßgeblich ist dann nicht die Luft-, sondern die Feuchtkugeltemperatur, die mehrere Kelvin darunter liegt. Die Maschine arbeitet effizienter — und verbraucht Wasser.

Hybrid oder adiabat. Ein luftgekühlter Chiller, der nur an den heißesten Stunden des Jahres Wasser auf den Verflüssiger sprüht. Er verbindet beides: Wasser fließt nur dann, wenn es viel bringt.

Die Abwägung dahinter

Hier liegt eine Entscheidung, die in Betreiberunterlagen gern als reiner Fortschritt dargestellt wird, tatsächlich aber eine Verschiebung ist.

Ein geschlossener Kreislauf mit luftgekühlten Chillern erreicht einen WUE nahe null — es verdunstet kein Wasser. Die Verdichter müssen aber an warmen Tagen die volle Arbeit leisten, was sich in der PUE niederschlägt.

Umgekehrt senkt die Verdunstungskühlung den Stromverbrauch und hebt den Wasserverbrauch.

Wasser und Strom sind dabei keine getrennten Konten. Die Kennzahl WUE kennt neben dem Wert am Standort eine zweite Betrachtung, die das Wasser der Stromerzeugung einrechnet. Ein Haus mit null Wasser am Zaun, das dafür mehr Strom zieht, verbraucht weiter Wasser — nur anderswo. Welcher Weg der richtige ist, hängt deshalb vom Standort ab: In einer wasserarmen Gegend wiegt der Liter schwerer als die Kilowattstunde, in einer wasserreichen umgekehrt.

Freie Kühlung im Gerät

Moderne Chiller haben einen zusätzlichen Wärmetauscher, der das Rücklaufwasser direkt gegen die Außenluft kühlt, bevor der Verdichter anspringt. Drei Betriebsarten ergeben sich daraus:

• Vollständig frei, wenn es draußen kalt genug ist. Der Verdichter steht, nur Ventilatoren und Pumpen laufen.
• Teilweise frei, wenn die Außenluft einen Teil der Arbeit übernimmt und der Verdichter den Rest deckt.
• Mechanisch, an den wärmsten Tagen.

In englischen Unterlagen heißt diese Funktion Economizer. Wie viele Stunden im Jahr ohne Verdichter auskommen, hängt an der Vorlauftemperatur — siehe Freie Kühlung.

Warum warmes Kaltwasser besser ist

Klassische Klimatechnik fährt Vorlauftemperaturen um sechs Grad. Rechenzentren brauchen das nicht: Die Server vertragen deutlich wärmere Zuluft, als lange üblich war, und jedes Grad mehr im Vorlauf verlängert die Zeit, in der frei gekühlt werden kann.

Deshalb gehen neue Anlagen auf Vorlauftemperaturen, die früher als zu warm galten. Der Gewinn liegt nicht im Chiller selbst, sondern darin, dass er seltener läuft.

Die Grenze setzt die zulässige Zulufttemperatur am Gerät und die Leistungsdichte: Je wärmer die Luft, desto mehr Volumenstrom ist für dieselbe Wärmemenge nötig — und Ventilatoren verbrauchen ebenfalls Strom.

Aufstellung und Reserve

Chiller werden nicht einzeln aufgestellt, sondern als Gruppe mit Reserve, üblich N+1. Das hat denselben Grund wie bei den Umluftgeräten: Eine Kältemaschine muss sich warten lassen, ohne dass der Saal warm wird.

Die Gruppe hat außerdem einen Nebeneffekt bei Teillast. Rechenzentren laufen selten am Auslegungspunkt, und eine große Maschine bei zwanzig Prozent Last arbeitet schlechter als zwei kleine bei vierzig. Die Aufteilung ist deshalb nicht nur Redundanz, sondern auch Wirkungsgrad.

Abgrenzung

Präzisionsklimagerät. Das CRAH ist der Abnehmer des Kaltwassers. Ein CRAC hat seinen eigenen Verdichter und braucht gar keinen Chiller.

Rückkühlwerk. Gibt Wärme an die Umgebung ab, erzeugt aber selbst keine Kälte. Es arbeitet dem wassergekühlten Chiller zu.

Freie Kühlung. Eine Betriebsart, kein Gerät — sie kann im Chiller stecken oder als eigener Kreislauf ausgeführt sein.

Normen

• EN 50600-2-3 – Einrichtungen und Infrastrukturen von Rechenzentren: Regelung der Umgebungsbedingungen
• EN 14511 – Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühlsätze und Wärmepumpen: Leistungsangaben