Column - Ronald Timmermans

Temperatuurbereik PDUs - Lees verder

In de nieuwe DatacenterWorks

Koelen met lage luchtsnelheden
Digital realty
HP's servertechnologie heeft grote impact op datacenters
TCO van datacenter lastiger te berekenen

Op zoek naar eerdere nummers van DatacenterWorks?

Volg ons op YouTube en Twitter

Video over computerruimtes en datacenters vindt u op het YouTube-kanaal van DatacenterWorks.

U kunt ook het datacenternieuws volgen via Twitter: www.twitter.com/datacenterworks

Nieuws

07-02-2011

Energiegebruik koelwaterpompen verder omlaag

Rob van Roijen

Energie-efficiëntie staat bij veel beheerders van datacenters hoog op de agenda. Bijzondere aandacht gaat daarbij uit naar de koeling van de centra. Kon tien jaar geleden voor de koeling van servers en randapparatuur nog worden volstaan met een koelcapaciteit van 1,8 kW per rack, tegenwoordig is die al ruim verviervoudigd. En de ontwikkelingen staan niet stil. Dat stelt hoge eisen aan de koelinstallatie en aan de bijbehorende koelwaterpompen, die in datacenters vaak redundant zijn uitgevoerd. Ook daar wordt in toenemende mate ingezet op energiebesparende maatregelen.

Gebruik van CoolPumps in het datacenter van de TelecityGroup op het Amstel Business Park (ABP).

Elektromotoren van pompen vormen belangrijke schakels in de gebouwentechniek, datacentrales en alle andere takken van de industrie. De basisfuncties van de pomp – het transport van vloeistoffen, zoals koelwater, of de compressie van gassen – zijn voor veel bedrijven bovendien essentieel voor de bedrijfsvoering. Naast de basisfunctie worden steeds vaker aanvullende functionaliteiten verlangd. Functionaliteiten die het energiegebruik of de TCO (total cost of ownership) moeten verlagen, dan wel de beschikbaarheid van apparatuur moeten verhogen. Hierbij kan worden gedacht aan zelfbewaking en verstrekking van toestands- of diagnose-informatie. Juist deze functionaliteiten zorgen ervoor dat uitval of niet-geplande machinestilstand tot een minimum kunnen worden beperkt. In veel gevallen ligt hier nog een groot en vaak ongebruikt potentieel voor optimalisering van het onderhoud aan of het energiegebruik van de pomp.

Energiebesparing

Met name dat energiegebruik van de pomp staat al sinds de eerste Milieuconferentie in Kyoto volop in de belangstelling. De noodzaak om zuiniger met energie om te gaan, heeft wereldwijd geleid tot tal van initiatieven. Die noodzaak wordt nog meer gevoeld door de steeds verder stijgende energieprijzen. Pompproducenten onderkennen dat en zijn de afgelopen jaren gekomen met maatregelen om energiebesparingen te realiseren. In principe zijn er verschillende technische mogelijkheden, waarmee de energiebehoefte van pompsystemen zijn te verminderen, zoals:

gebruik van softwaretools en pompautomatisering;
aanpassing van de waaierdiameter;
toepassing van toerentalregelingen;
gebruik van energiezuinige motoren.

Optimale werkpunt

Een veelvuldig gemaakte fout bij de keuze van een (koelwater)pomp is overdimensionering. De pomp wordt hierbij uitgelegd voor een maximale belasting die in de praktijk echter slechts enkele dagen per jaar voorkomt. De meeste tijd van het jaar staat de pomp dan ook zwaar onderbelast te draaien. Bij de selectie ervan wordt in eerste instantie altijd gezocht naar een pomp die voor de betreffende toepassing het maximale rendement levert. Het rendement wordt bepaald door de pompgrafiek, die voor elke opvoerhoogte en doorstromingshoeveelheid het rendement weergeeft.

Voor elke pompgrafiek en pomp is er een werkpunt waarbij dat rendement maximaal is. Op dit punt zijn de verliezen die in de pomp optreden het geringst. Om die reden wordt dit punt ook wel het optimale werkpunt of BEP (best efficiency point) genoemd. Om te voorkomen dat bij een geringe belasting een te grote pomp wordt gekozen, is het verstandig de pomp te selecteren in het werkpunt waar de meeste bedrijfsuren worden gedraaid. Moet het maximale bedrijfspunt bij volle belasting worden geleverd, dan is het zonder meer mogelijk de pomp ‘overfrequent’ te laten draaien. Ook is het een verstandige optie pompen via parallelle schakelingen beter in het gevraagde belastingsvraag te schakelen.

Software voor pompselectie

Onder het motto ‘zekerheid voor alles’ wordt een installatie echter vaak ruimer uitgelegd dan voor de toepassing noodzakelijk is. Dat gaat ten koste van het rendement en zorgt voor onnodig energiegebruik. Pompselectiesoftware kan helpen dat te voorkomen. Met deze software wordt de kennis van de pompexpert toegankelijk gemaakt voor de toekomstige pompgebruiker.

De software stelt de gebruiker in staat een pompsysteem te ontwerpen en te selecteren dat niet alleen past bij de technische vereisten, maar ook economische voordelen biedt. Dankzij speciale IT-tools kunnen daarbij ook details in de overwegingen voor de pompkeuze worden meegenomen. De ontwerper kan bij voorbeeld met één bouwsteen zijn pijpleidingnetwerk berekenen. Naast criteria als prijs en rendement worden ook energiekosten in aanmerking genomen. Met een optimale pompselectie kunnen de wisselende bedrijfsverhoudingen dus beter in de hand worden gehouden en worden tegelijkertijd de levensduur van de pompen vergroot en het energiegebruik geoptimaliseerd.

Het energiegebruik van een pomp kan verder worden verbeterd door de waaierdiameter van de pomp aan te passen. Standaard worden pompen geleverd met een waaier waarvan de diameter om commerciële of productietechnische redenen is vastgelegd. Door de diameter van de waaier aan te passen kan een energiebesparing van gemiddeld 10 % worden bereikt. Die besparing wordt bereikt omdat het pompvermogen is aangepast aan de behoefte van de installatie.

Pomptoerental aanpassen aan de behoefte

Het optimale werkpunt zal in de praktijk en onder werkelijke bedrijfsomstandigheden slechts zelden worden bereikt. Dat kan betekenen dat de pomp met vol vermogen ‘loopt’, hoewel slechts een deel van de volumestroom nodig is. Wanneer het pompvermogen niet wordt aangepast aan de behoefte, betekent dit een onnodig hoog gebruik aan aandrijfenergie en dus ook hogere bedrijfskosten.

Een oplossing hiervoor biedt de toerentalregeling, een principe dat in vergelijking met smoorregelingen met afsluiters het energiegebruik met maximaal 60 % vermindert. Door verandering van het toerental kan de opvoerhoogte van de pomp nauwkeurig aan de behoefte van de installatie worden aangepast. Er is een groot aantal technische mogelijkheden om via de toerentalregeling het energiegebruik te beïnvloeden. Toleranties en veiligheidstoeslagen bij de dimensionering van de pomp kunnen dus vervallen.

Moderne frequentieomvormers zijn universeel toepasbaar en bieden verschillende instelmogelijkheden. Ze kunnen worden ingezet voor de koelwaterpompen van zowel datacenters als transportbanden in goederenoverslagbedrijven. Om de omvormer af te stemmen op de eigenschappen van een pomp, is een grondige kennis van het hydraulische gedrag van de pomp vereist. Daarom bieden veel pompproducenten kant-en-klaar gemonteerde en bedrijfsklare toerentalregelingen aan. Hier zijn de parameters en de begrippen in het instellingsmenu volledig afgestemd op de pomptoepassing. De inbedrijfname beperkt zich dan ook tot het invoeren van slechts enkele, toepassingsspecifieke gegevens. Aanvullende parameters maken een zuinig gebruik mogelijk en verminderen slijtage en uitvaltijden van pomp en installatie.

Moderne frequentieomvormer

Het KSB-systeem PumpDrive is een moderne frequentieomvormer. Het systeem is voorzien van een functie waarbij een drukregeling met capaciteitsafhankelijke instelwaarde voor extra energiebesparing bij nullast zorgt. Deze frequentieomvormer kan op elke willekeurige elektromotor worden aangebouwd; ook wanneer de installatie al in gebruik is. Dankzij interfaces kan de omvormer in een installatiesysteem worden geïntegreerd, terwijl via buskabels maximaal zes aggregaten, volgens het master-slaveprincipe en zonder aanvullende hardware parallel kunnen werken. Als ‘master’ dient een pomp die aan de andere pompen het noodzakelijke bedrijfspunt geeft, dat zij nodig hebben om de gemeenschappelijke instelwaarde te bereiken. De leidende rol is niet vast aan een pomp toegekend, zodat bij een stroomuitval van de ‘master’pomp‘ een ‘slave’pomp de leiding overneemt. Daarnaast kan de PumpDrive-frequentieregeling de pompen ook beschermen tegen overbelasting bij Qmin en Qmax.

EU bevordert energiezuinige motoren

De toepassing van energiezuinige motoren is toegenomen de laatste jaren en wordt door de Europese Unie sterk bevorderd. Door gebruik te maken van motoren in de hoogste efficiëntieklasse (IE2) kan het energiegebruik ten opzichte van de gangbare IE1-motoren tot 3,5 % op het totale rendement verbeteren. De toepassing van energiezuinige motoren heeft echter alleen zin, als de andere mogelijkheden volledig benut zijn. Voor een pomp, die ver van zijn optimale bedrijf werkt, draagt ook een energiezuinige motor niet bij aan een redelijke energiebalans. Om het grootst mogelijke besparingseffect te verkrijgen moeten daarom alle mogelijkheden voor energiebesparing worden benut. KSB kan zelfs de nog zuinigere IE3-variant leveren.

Inzicht in pompgedrag

Sinds kort is de monitoringunit PumpMeter verkrijgbaar waarmee het energiebesparingspotentieel ten volle kan worden benut. De unit combineert zes functies in een compacte uitvoering die standaard op de pomp is gemonteerd. De functies zijn de meting van zuigdruk en pompdruk, de berekening van verschildruk en werkpunt, onsite display en analoge uitgang. Ze kunnen nog worden uitgebreid met gestandaardiseerde interfaces om de meetgegevens ook beschikbaar te maken op de pc of op overkoepelende regelsystemen, zoals een gebouwbeheersysteem.

Gemeten en berekende waarden worden door de monitoringunit voortdurend geanalyseerd en afwisselend weergegeven op een overzichtelijk display. In de typische grafiekweergave wordt de gebruiker het bereik getoond, waarin de pomp op een bepaald moment werkt. Daartoe is de oorspronkelijk pompgrafiek opgedeeld in de vier segmenten extreme lage doorstromingshoeveelheid (< 0,3 x BEP), deelbelasting (< 0,7 x BEP), optimum (< 0,7 - 1,2 x BEP) en overbelasting (> 1,2 x BEP).

Zo kan de pompgebruiker in één oogopslag zien of in een bepaald geval de beschikbaarheid in gevaar komt en of de pomp efficiënt en dus kostenbesparend werkt. Dit wordt voor de gebruiker nog eens inzichtelijker gemaakt door een speciaal EEF-icoon (energy efficiency). Zolang de pomp draait rond het optimale werkpunt, is het EFF-icoon niet zichtbaar op het display van de monitoringunit. Wanneer het icoon verschijnt, weet de gebruiker direct dat hij door toepassing van een toerentalregeling energie kan besparen, of dat de pomp of motor tegen de rand van overbelasting loopt en de energie-efficiëntie en beschikbaarheid kunnen worden verbeterd door aanpassing van de waaierdiameter. Welke van deze mogelijkheden daadwerkelijk uitkomst biedt, kan worden bepaald aan de hand van het verloop van het belastingprofiel. Hiertoe worden de geaccumuleerde bedrijfsuren – geclusterd naar werksegment en gedurende een maximale periode van tien jaar – opgeslagen.

Als de gebruiker op basis hiervan besluit de pomp uit te breiden met een toerentalregeling, kan dat eenvoudig. Volgens het plug&pump-principe voorziet de monitoringunit de toerentalregeling automatisch van alle noodzakelijke parameters. De PumpMeter wordt af-fabriek op de pomp gemonteerd, waardoor de inbedrijfname van de pomp of van de achteraf gemonteerde toerentalregeling eenvoudiger verloopt. De monitoringunit is ondanks de compacte uitvoering bijzonder robuust en uitgevoerd in beschermingsklasse IP65.

Monitoringunit

De monitoringunit PumpMeter is sinds mei 2010 onder meer leverbaar voor de Eta-familie, waartoe de Etaline inline-pompen, Etabloc blokpompen en Etanorm fundatieplaatpompen behoren. Kenmerkend voor deze pompen, en daardoor zeer gewild in datacenters, is het hoge rendement. Het hoge rendement zorgt er onder meer voor dat veelal met een kleinere pomp en een kleinere motor kan worden volstaan. En waar met een kleinere motor wordt gewerkt, kan ook worden bespaard op frequentieregelaars, elektrische bekabeling en dergelijke. Vanaf 2011 kan de PumpMeter na overleg met KSB serivce zelfs achteraf op bestaande pompen worden gemonteerd.

KSB is een van ‘s werelds meest vooraanstaande producenten van pompen, afsluiters en bijbehorende systemen voor industrie en gebouwentechniek, water- en afvalwaterbeheer alsmede energietechniek en mijnbouw. Het concern is met eigen verkooporganisaties, productie- en servicebedrijven op alle continenten vertegenwoordigd.

Rob van Roijen is werkzaam bij KSB Nederland

Terug