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Title
Wirtschaftlichkeitsanalyse von Klimatisierungskonzepten und energieeffizienter Maßnahmen für Rechenzentren mittels Gebäude- und Anlagensimulation / von Alexander Nief
Additional Titles
Economic analysis of cooling technologies and energy efficiency measures for data centers using building- and plant-simulation
AuthorNief, Alexander
CensorHaas, Reinhard ; Kranzl, Lukas
PublishedWien, 2017
Descriptionxvii, 191 Blätter : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteTechnische Universität Wien, Diplomarbeit, 2017
Annotation
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zusammenfassung in englischer Sprache
LanguageGerman
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Rechenzentren / Klimatisierungskonzepte / Wirtschaftlichkeitsanalyse
Keywords (EN)Data Centers / Cooling Technologies / Economic analysis
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-94979 Persistent Identifier (URN)
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 The work is publicly available
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Wirtschaftlichkeitsanalyse von Klimatisierungskonzepten und energieeffizienter Maßnahmen für Rechenzentren mittels Gebäude- und Anlagensimulation [31.69 mb]
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Abstract (German)

Der Energieverbrauch, die Energieeffizienz und der damit verbundene Gedanke der Nachhaltigkeit von Ressourcen sind Begrifflichkeiten die im 21. Jahrhundert unbestritten Einzug gefunden haben. Die folgende Arbeit beschäftigt sich daher mit dem Energieverbrauch und der Energieeffizienz von Rechenzentren, da auch hier in naher Zukunft ein Anstieg prognostiziert wird. Die ersten Kapitel dieser Arbeit befassen sich mit einleitenden und grundlegenden Themen der europaweiten und globalen Klima- und Energieproblematik. Im Anschluss daran erfolgt eine Aufarbeitung der Richtlinien bzw. Normen für die Energieeffizienz von Gebäuden und die Quantifizierung des Energieverbrauchs und Energieeffizienz in Rechenzentren. Es erfolgt eine grundlegende Beschreibung der thermischen Richtlinien für die Klimatisierung und deren Klimatisierungskonzepte. Basierend auf entsprechenden Rahmenbedingungen und Festlegungen eines Rechenzentrums wurde ein Energieeffizienz-Modell für das entsprechende Rechenzentrum erstellt. Die durch Evaluierungen und Berechnungen hervorgebrachten Daten wurden schlussendlich als Basis für die Gebäudesimulation- und Anlagensimulation herangezogen. Im letzten Abschnitt der Arbeit wurden mit den Simulationsumgebungen "DesignBuilder" und "EnergyPlus" unter Einhaltung relevanter und praxisnaher Planungsparameter Simulationsmodelle erstellt. Im Zuge dieser Gebäude- und Anlagensimulation wurden unterschiedliche Klimatisierungskonzepte an verschiedenen Standorten betrachtet. Die Systeme wurden hinsichtlich ihres Stromverbrauchs, den daraus resultierenden Stromkosten, den Investitionskosten und den Instandhaltungskosten untersucht und einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung unterzogen. Basierend auf einem Referenzmodell wurden zusätzliche Maßnahmen zur Reduzierung des Stromverbrauchs analysiert. Dem zu Folge hat sich herausgestellt, dass mit der Auswahl eines Systems der Stromverbrauch erheblich beeinflusst werden kann. Diese Abweichung kann für den schlechtesten Fall in der Höhe von ca. 8,0 % liegen. Weiterführend kann der Einsatz einer indirekten freier Kühlung je nach Standort und Anlagenkonzept zu einer Ersparnis zwischen 3,0 und 6,6 % im Hinblick auf den Gesamtstromverbrauch führen. Mit Hilfe der Gebäude- und Anlagensimulation konnten zahlreiche Schlüsselfragen für die Errichtung und für den Betrieb von Rechenzentren erarbeitet werden. Weiterführend kann man davon ausgehen, dass noch weitere zahlreiche Betrachtungen und Maßnahmen basierend auf den angewendeten Evaluierungsmethoden möglich sind.

Abstract (English)

Energy consumption, energy efficiency and the concept of sustainability are terms that have undoubtedly made their way into the twenty-first century. Therefore, this thesis focuses on energy consumption and energy efficiency in data centers since it is safe to assume that energy consumption in this particular context will increase as well in the near future. The first chapters cover fundamental European and global climate and energy issues. Subsequently, an overview of guidelines and standards for energy efficiency of buildings is provided, as well as an explanation for energy consumption and energy efficiency in data centers. Furthermore thermal guidelines for data processing environments and different cooling technologies for data centers are described. Based on those given general conditions and requirements an energy efficiency model was developed. Subsequently, the calculated data were evaluated and finally used for creating the building- and plant-simulation. In the final section of the thesis, different simulation models were created using the building energy simulation software "DesignBuilder" and "EnergyPlus". The models were created taking relevant and realistic planning parameters and data center characteristics into account. The simulation models considered different cooling technologies at various locations. The consumption of electricity, the electricity costs, the investments costs and the maintenance costs were compared and analysed. Furthermore a profitability analysis was conducted based on the obtained data. Using a reference model additional ways to reduce the consumption of electricity have been determined. The results show that system selection can significantly influence electricity consumption. The worst-case scenario leads to a deviation of approximately 8,0 %. Using a water-side economizer can lead to savings between 3,0 and 6,6 % in total electricity consumption depending on the location and the plant concept. By means of building- and plant-simulation, a range of key issues for data center construction and operation could be identified. Results also suggest that further issues and additional ways of energy saving could potentially be identified by using the applied evaluation methodologies.