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Kühlung für Rechenzentren

Meistens wird die IT-Abteilung eines Unternehmens mit kompressorbasierten Kältemaschinen gekühlt. Hierbei wird kalte Luft erzeugt, die in die gewünschten Bereiche geleitet wird. Die Energieeffizienz bleibt dabei aber meist auf der Strecke, es gibt aber inzwischen zahlreiche gute Alternativen für Kühlkonzepte. Dazu kommt, dass das Datenvolumen immer weiter wächst - laut „Cisco Global Cloud Index“ gibt es einen jährlichen Anstieg um 25 % des IP-basierten Datenverkehrs in Rechenzentren bis zum Jahr 2019. Der Energieverbrauch, der damit einhergeht, belastet natürlich auch die Umwelt. Insgesamt muss also umgedacht werden, auch die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnik muss umwelt- und ressourcenschonend gestaltet werden.

Beim US-Industrieverband Ashrae (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) zum Beispiel gibt es die Empfehlung, dass Kunden die Serverzulufttemperaturen auf bis zu 26 °C anheben können. Hier heißt es: Wer heute noch ein 18 °C kaltes Rechenzentrum betreibt, wirft sein IT-Budget sprichwörtlich zum Fenster hinaus. Wissen sollte man aber, dass ein 26 °C warmer Luftstrom zur Kühlung am Ende eine um 10 °C erwärmte Ausgangstemperatur bedeutet. Es gibt aber weitere Kühlkonzepte, die zumindest Beachtung verdienen, wenn man sich gerade in der Planung großer Rechenzentren befindet. Nachfolgend sind einige Konzepte und deren Vorteile kurz angerissen.

Die direkte Wasserkühlung ist zum Beispiel eine Möglichkeit, Rechner zu kühlen. Dabei wird ein Kühlkörper von Wasser durchströmt, der direkt auf dem Prozessor installiert ist. Dass das funktioniert, zeigt der „SuperMUC“-Großcomputer im Leibniz-Rechenzentrum in München. Er arbeitet mit 40 °C warmem Wasser und ist einer der energieeffizientesten Supercomputer weltweit. Ein anderes Beispiel ist das Projekt „Aquasar“ der ETH Zürich. Hier arbeiten die Rechner mit 60 °C Wassertemperatur im Vorlauf. Das 65 °C heiße Wasser aus dem Rücklauf wird durch einen Wärmetauscher an einen externen, zweiten Wärmekreislauf weitergegeben, der wiederum das Gebäudeheizsystem speist. Im Ergebnis heißt es hier, dass rund 40 % der Energiekosten und damit rund 1 Mio. Euro jährlich eingespart werden.

Ein anderes Prinzip ist das „Immersion Cooling“, das zum Beispiel der „Vienna Scientific Cluster“, ein Supercomputer an der Universität Wien, nutzt. Hier sind die IT-Komponenten in nicht brennbares Paraffinöl eingetaucht, das die Wärme abtransportiert. Die Arbeitstemperatur beträgt rund 50 °C und jede zusätzliche Luftkühlung entfällt.

Die sogenannte „Kyoto“-Kühlung nutzt rotierende Wärmetauscher, die kühle Außenluft nutzen, aber auch einen relativ großen Platzbedarf haben. Hier bewegen sehr große Räder mit Durchmessern von mehreren Metern die Luftmassen. Die Wärmetauscher sorgen dafür, dass die Luft im Rechenzentrum durch die kältere Außenluft gekühlt wird. Wird es sehr warm draußen, sind jedoch zusätzliche Kältekompressoren notwendig. Um hier die Kältekompressoren einzusparen, empfiehlt sich das Prinzip der adiabatischen Kühlung. Bei diesem Prinzip wird die einströmende Luft mit zerstäubtem Wasser versetzt, bevor sie auf einen Wärmetauscher trifft. Wichtig hierbei sind die Punkte des Wasserverbrauchs und der Keimbildung, die man im Auge haben sollte.

Auch die Nutzung von Meerwasser ist möglich. Das Lefdal Mine Datacenter ist eines der effizientesten, umweltfreundlichsten und sichersten Rechenzentren in Europa. Das Rechenzentrum wird ausschließlich über regenerative Energien betrieben und befindet sich an der norwegischen Westküste. Es hat aktuell eine Stellfläche für 300 Container mit 45 MW Kühlleistung. Für die wasserbasierte Kühlung wird hier das kalte Fjordwasser genutzt. Außerdem ist der Strom in Norwegen günstig, weil das Land über 95 % seines Stromes aus regenerativen Quellen bezieht. Um aber der Aggressivität des Salzwassers entgegen zu wirken, müssen alle Leitungen titanbeschichtet sein.

Energiekosten lassen sich aber auch über eine Laststeuerung optimieren. So kann nachts die Leistung minimiert werden oder es werden IT-Lasten in Rechenzentren an Standorte verlagert, an denen gerade günstige Klimabedingungen herrschen. Was natürlich jedes Unternehmen bei allen Energieeffizienzmaßnahmen bedenken sollte, sind die Auswirkungen auf die Umwelt. So können Kältemittel, die den Treibhauseffekt verstärken, gegen Methan oder CO2 ausgetauscht werden. Ein Punkt ist auch die Temperatur des Wassers, das bei einer verwendeten Wasserkühlung in die Erde zurückgeleitet wird. Hier gibt es strenge Vorschriften. Konzepte der Zukunft werden sicherlich verstärkt die IT erzeugte Wärme für die Gebäudetechnik nutzen. IT-Experten sind sich jedenfalls einig: Wer sich mit dem Thema auseinandersetzt und seine eigene Entwicklung abschätzen kann, der findet auch ein günstiges, umweltfreundliches und zukunftssicheres Konzept für die IT-Klimatisierung.