2. ICTroom Company BV
Deze presentatie is gebaseerd op de door ICTroom
verzorgde Haalbaarheidsstudie:
“Duurzame koeling van Datacenters met
behulp van het Drinkwaternet en KWO”
Verzorgd in opdracht van Agentschap NL
Mede-initiatoren: Waternet & Green IT Amsterdam
3. De aanleiding van de haalbaarheidsstudie
• De explosieve groei van het aantal Datacenters en de
daaraan gerelateerde vraag naar meer energie
• De directe relatie tussen de energiebehoefte van
Datacenters en de uitstoot van CO2
• Het functioneel “gebruiken” van beschikbare “koude
energie” in het drinkwaterleidingnet
• Het “gebruiken” van deze “energie” voor het koelen
van Datacenters en het reduceren van de CO2 uitstoot
4. ICTroom Company BV
Ruim 10 jaar actief met:
• het ontwerpen
• het bouwen
• het managen + onderhouden
• en het financieren van
Datacenters en Computerruimtes
Specialist op het terrein van:
• Datacenter Facility Infrastructuur (DFI)
• Computerruimte Facility Infrastructuur (CFI)
5. ICTroom Company BV
• Expertise organisatie
• Meer dan 40 gespecialiseerde medewerkers
• ATD (Accredited Tier Design) - Uptime Institute
• Actief in meerdere West-Europese landen
6. ICTroom: alles onder één dak
Constructional
• Building, Interior, Brownfield, Greenfield
Mechanical
• Cooling, Fire Control, Pumps
Electrical
• Commercial power, No Break, Short Break, Main
Boards, Sub Boards, Rack power
Room Infra
• Racks, Datacabling, PDU, Security
Management
• Maintenance, 24/7 security staffing, Customer
Implementation, Uptime DFI
Expertise
• Consultancy, Design, Quick scans, Audits
7. Een beknopte selectie van onze referenties
PUBLIEK FINANCIEEL ICT TRANSPORT DIVERS DIVERS
PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC
PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC
PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC
PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC
PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC
PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC PUBLIC
8. Ketenpartners & deelnemingen
• EU Code of Conduct for Data Centres
• Meerjarenafspraken energie-efficiency (MJA 3)
• Green IT Consortium
• Deelnemer Duurzaam Inkopen van Agentschap NL
• Green Grid
• Uptime Institute
9. De uitdagingen in onze branche
• Het zoeken naar en het inzetten van verantwoorde
alternatieven voor chillers binnen Datacenters (DCs)
– Terugdringen van het gebruik van HFK’s in DCs
– Vrije koeling – Ventilatie koeling – Andere alternatieven
– ‘Garantie van beschikbaarheid’
• De toenemende vraag naar energie binnen DCs
10. De uitdagingen in onze branche
• Onderzoek naar en de bouw van Duurzame
en Rendabele Energie Efficiënte DCs
– Duurzame (energie)bronnen
– Duurzame koeling
– Het terugdringen van de CO2 uitstoot
• Het verder verlagen van de PUE (Power Usage
Effectiveness) en de EUE (Energy Usage Effectiveness)
PUE = P totaal [MW] / P ICT apparatuur [MW]
EUE = E totaal [MWh] / E ICT apparatuur [MWh]
11. Doelstellingen onderzoek waternet koeling
• Onderzoek naar het inzetten van de koude in het
drinkwaterleidingnet voor het koelen van
Datacenters en het terugdringen van de CO2 uitstoot
• Onderzoek doen naar de toepasbaarheid daarvan,
gecombineerd met het gebruik van KWO
• Onderzoeken of er voldoende bedrijfszekerheid is,
zonder gebruik van back-up (koel)systemen
• Onderzoek naar de ICT vermogens welke binnen het
bereik van deze toepassing liggen
12. Onderdelen van de Haalbaarheidsstudie
• Bepalen uitgangspunten en randvoorwaarden voor
deze studie
• De beschrijving van de systeemprincipes van een
drinkwaterkoelsysteem (DWKS)
• Het dimensioneren van de systeemonderdelen van de
KWO en de voor deze installatie vereiste pompen
13. Onderdelen van de Haalbaarheidsstudie
• De vereiste voorstudies en berekeningen inzake de
thermische balans in de bodem (de KWO installatie)
• Het temperatuurverloop van het drinkwater, stroom-
afwaarts van het DWKS
• De invloed van het koudeverlies over het koudetrans-
port leidingwerk tussen het Datacenter en het DWKS
14. Uitgangspunten
• Een Datacenter, gesitueerd in de directe nabijheid van
een woonwijk of kantoorlocatie
• Het te projecteren Datacenter dient binnen een straal
van 300 meter van het (hoofd)waterleidingnet te liggen
• De maximaal toegestane terugverdientijd van de
investering in de installatie bedraagt 30 jaar
15. Uitgangspunten
• Het (optioneel) opwekken van de vereiste duurzame
energie met behulp van een windmolen of biomassa
centrale in de (directe) nabijheid van het Datacenter
• Temperaturen:
– Leidingwatertemperatuur vanaf 40 C
– Bodemtemperatuur 120 C
– Opgemengd leidingwater mag niet warmer worden dan 220 C
16. Een uitdagende integratie!
Duurzame koeling van Datacenters met
behulp van het Drinkwaternet en KWO
temperatuur drinkwater
25
20
15
10
5
0
ei
i
rt
r
r
li
r
ri
ri
ril
s
r
n
be
be
be
ju
be
aa
ua
tu
ua
m
ju
ap
s
m
m
em
to
br
n
m
gu
ve
ce
ja
ok
fe
pt
au
no
de
se
17. Het Norm Data Center (NDC) van 1 MW (100%)
• Datacenter koelvraag continu : 1.000 kW(th) koelvermogen
• Watertemperatuur naar Datacenter : 22° C
• Watertemperatuur vanuit Datacenter : 30° C
• Waterdebiet datacenter : 108 m3/h
• Uittredetemperatuur van het koel-
water uit de drinkwaterleiding : tussen de 3° C en 22° C
• Intredetemperatuur van het koel-
water in de drinkwaterleiding : maximaal 22° C
• Debiet van het drinkwater : variërend tussen 170 en 615 m3/h
• Drinkwater intrede temperatuur : tussen 3 en 22° C
• KWO temperatuur warme bron : 18° C
• KWO temperatuur koude bron : 10° C
• KWO waterdebiet : maximaal 100 m3/h
• TSA drinkwater : 2.000 kW
• Debiet drinkwaterpomp in bypass : maximaal 150 m3/h
• Debiet pomp aan systeemzijde : maximaal 150 m3/h
• Buffervat : 2,5% van het KWO bronpomp debiet
gedurende 1 uur
18. Rekenéénheid: het Norm Data Center (NDC)
Continue koelvraag voor het Datacenter : 1 MW
Watertemperatuur naar het Datacenter : 220 C
Watertemperatuur vanuit het Datacenter : 300 C
Uittrede temperatuur van het koelwater
uit het drinkwaterleidingnet : 30 – 220 C
KWO temperatuur warme bron : 180 C
KWO temperatuur koude bron : 100 C
Waterdebiet Datacenter (m3/h) : 108
Debiet van het drinkwater (m3/h) : 170 – 615
Maximaal waterdebiet KWO (m3/h) : 100
20. 1000
kW(th) of
Grafische weergaves bij koellast van 1 MW
Drinkwater + KWO als koudebron jaarsimulatie 0
1MW datacenter
7000 40
6000 30
-1000
5000 20
4000 10
-2000
3000 0
kW(th) of MWh(th) of m³/h
Temperatuur C
2000 -10
-3000
1000 -20
0 -30
-4000
31-12-09
2-04-10
2-07-10
-1000 -40
31-01-10
1-11-09
1-12-09
2-03-10
2-05-10
1-06-10
1-08-10
-2000 -50
-3000 -60
drinkwaterleidingdebiet m³/h P,TSA,dw kW(th)
-4000
P,koude,dc kW(th)
-70
P,TSA,KWO kW(th)
31-12-09
2-04-10
2-07-10
31-01-10
31-10-10
1-11-09
1-12-09
2-03-10
2-05-10
1-06-10
1-08-10
1-09-10
1-10-10
KWO MWh(th) Buitentemperatuur °C
drinkwaterleidingdebiet m³/h P,TSA,dw kW(th)
P,koude,dc kW(th) P,TSA,KWO kW(th) Temperatuur drinkwater °C T,dw,2 °C
KWO MWh(th) Buitentemperatuur °C
Temperatuur drinkwater °C T,dw,2 °C
21. Datacenter met koellast van 2 MW (200%)
• Datacenter koelvraag continu : 2.000 kW(th) koelvermogen
• Watertemperatuur naar Datacenter : 22 °C
• Watertemperatuur vanuit Datacenter : 30 °C
• Waterdebiet Datacenter : 108 m3/h
• Uittredetemperatuur van het koel-
water uit de drinkwaterleiding : tussen de 3 °C en 22 °C
• Intredetemperatuur van het koel-
water in de drinkwaterleiding : maximaal 22 °C
• Debiet van het drinkwater : variërend tussen 170 en 615 m3/h
• Drinkwater intrede temperatuur : tussen 3 en 22 °C
• KWO temperatuur warme bron : 18 °C
• KWO temperatuur koude bron : 10 °C
• KWO waterdebiet : maximaal 140 m3/h
• TSA drinkwater : 3.300 kW
• Debiet drinkwaterpomp in bypass : maximaal 400 m3/h
• Debiet pomp aan systeemzijde : maximaal 215 m3/h
• Buffervat : 2,5% van het KWO bronpomp debiet
gedurende 1 uur
22. Grafische weergaves bij koellast van 2 MW
Drinkwater + KWO als koudebron jaarsimulatie
2MW koelvermogen ipv 1MW
7000 40
6000 30
5000 20
4000 10
3000 0
kW(th) of MWh(th) of m³/h
Temperatuur C
2000 -10
1000 -20
0 -30
-1000 -40
-2000 -50
-3000 -60
-4000 -70
31-12-09
2-04-10
2-07-10
31-01-10
31-10-10
1-11-09
1-12-09
2-03-10
2-05-10
1-06-10
1-08-10
1-09-10
1-10-10
drinkwaterleidingdebiet m³/h P,TSA,dw kW(th)
P,koude,dc kW(th) P,TSA,KWO kW(th)
KWO MWh(th) Buitentemperatuur °C
Temperatuur drinkwater °C T,dw,2 °C
23. Warmtetransportmodel: leiding en grondpakket
Maaiveld
0,8 m
1,25 m
Twater
Twand
Tgrond1
Tgrond2
Tgrond3
Tgrond4
Tgrond5
Tachtergrond
Thermische eigenschap Gehanteerd in Minimum uit Maximum uit
van de grond model literatuur literatuur
Dichtheid (kg/m³) 1600 1250 2000
Specifieke warmte 1300 800 2500
(J/kgK)
Warmtegeleiding 1,5 0,25 4
(W/mK)
24. Stijging drinkwatertemperatuur na 1 24 uur
Temperaturen stroomafwaarts Temperaturen stroomafwaarts
1MW centrale, KWO laden en datacenter koelen 1MW centrale, KWO laden en datacenter koelen
situatie na 1 uur situatie na 2 uur
14 14
12 12
10 Twater 10 Twater
Temperatuur °C
Twand
Temperatuur °C
Twand
8 8
Tgrond1 Tgrond1
Tgrond2 Tgrond2
6 6
Tgrond3 Tgrond3
4 Tgrond4 4 Tgrond4
Tgrond5 Tgrond5
2 2
Tachtergrond Tachtergrond
0 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Afstand vanaf DWKS Afstand vanaf DWKS
Temperaturen stroomafwaarts Temperaturen stroomafwaarts
1MW centrale, KWO laden en datacenter koelen 1MW centrale, KWO laden en datacenter koelen
situatie na 4 uur situatie na 24 uur
14 14
12 12
10 Twater 10 Twater
Temperatuur °C
Twand
Temperatuur °C
Twand
8 Tgrond1 8 Tgrond1
Tgrond2 Tgrond2
6 6
Tgrond3 Tgrond3
4 Tgrond4 4 Tgrond4
Tgrond5 Tgrond5
2 2
Tachtergrond Tachtergrond
0 0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Afstand vanaf DWKS Afstand vanaf DWKS
25. Inspelen op stijging drinkwatertemperatuur
• Rekening houden met de gevolgen van de temperatuur-
stijging voor watergebruikers en systemen na het DWKS
• Overschrijding van de watertemperatuur stroomafwaarts
voorkomen
• Onderzoek naar de mogelijkheden om deze warmte toe
te passen voor verwarming, door het inzetten van
(individuele) warmtepompen
26. Inspelen op stijging drinkwatertemperatuur
• Variabelen: het drinkwaterdebiet, andere grondsoort,
ander leidingtype
• Optioneel: in de maanden juli - augustus uitsluitend
KWO bedrijf
• Vervolg onderzoek naar de optimale configuratie(s)
• De case verder uitbouwen naar de beoogde locatie nabij
een woonwijk of kantoorlocatie
27. DWKS & KWO andere koelprincipes
Koelen met Drinkwater en KWO versus:
• Traditioneel gekoelde DCs met chillers (koudwater
systemen) of DX (compressie koelsystemen):
- gebruik van chillers of DX systemen
- hoog energie gebruik
- gebruik van HFK’s (broeikas effect)
• Installaties met warmtewiel koeling:
- forse bouwkundige aanpassingen vereist
- verlies aan ruimte binnen of op het DC
- uitdagingen inzake de maximale luchtworp
- fall-back koeling vereist
28. DWKS & KWO andere koelprincipes
• Installaties met uitsluitend KWO:
- minder gecontroleerde afvoermogelijkheden van (rest)warmte
- risico van thermische onbalans van de KWO
- fall-back koeling vereist
• Installaties met uitsluitend adiabatische koeling:
- forse bouwkundige aanpassingen vereist
- verlies aan ruimte binnen of op het dak van het DC
- gebruik van water
- fall-back koeling vereist
29. Fall-back scenario's bij DWKS + KWO systeem
• Onder normale bedrijfsomstandigheden kan bij uitval
van het drinkwaternet voor de koeling volledig worden
teruggevallen op de KWO
• Als extra fall-back (dubbele calamiteit) kan worden
besloten om gebruik te gaan maken van een buffervat
met voldoende inhoud of het tijdelijk direct koelen met
drinkwater
30. Eerste conclusies
• Er is voldoende koude beschikbaar voor de levering van
het gevraagde koelvermogen (NDC)
• Bij de combinatie met een KWO kan de drinkwater-
temperatuur onder de 230 Celsius worden gehouden
• Het maximaal haalbare continue koelvermogen is
2 MW, i.v.m. het garanderen van de thermische balans
van de (nu zo gedimensioneerde) KWO
31. Eerste conclusies
• Het koelvermogen kan stapsgewijs worden opgevoerd
van 250 kW naar 2 MW
• De wateruittrede temperatuur van het Datacenter mag
oplopen tot 340 Celsius
• Er is slechts een geringe invloed van zonlicht en de
buitentemperatuur op het buffervat
32. We gaan een Norm Data Center bouwen, maar hoe ?
35. Traditioneel gekoeld Datacenter van 1 MW
- 200 serverracks à 5 kW
- Koellast ICT vermogen 1 MW
- 5 chillers (N+1) à 250 kW
- Energie voor de chillers
36. Norm Data Center van 1 MW met DWKS + KWO
- 200 serverracks à 5 kW
- Koellast ICT vermogen 1 MW
- DWKS voor 1 MW
- KWO installatie
- Energie voor de pompen en kleppen
37. De metamorfose: koelen met een DWKS + KWO
• Wat komt te vervallen:
- 5 chillers van 250 kW € 500.000,-
- Energiekosten voor de chillers / jaar € 100.000,-
• Wat komt erbij:
- De installatie van het drinkwaterkoelsysteem
- De installatie van de KWO
- De systeemintegratie met het Datacenter € 950.000,-
- De energiekosten voor pompen en kleppen / jaar € 10.000,-
Terugverdientijd investering: 5 jaar