Die Renaissance der Flüssigkühlung im RZ

Mit Flüssigkühlung und Abwärmenutzung aus der Stromkostenfalle

| Autor / Redakteur: Ulrich Wolf / Ulrike Ostler

So sieht der Prototyp für das von der Thomas-Krenn AG entwickkelte Bauteil aus, das unter die Server-Karten montiert wrd und ein Hot-Fluid-Computing ermöglichen soll.
So sieht der Prototyp für das von der Thomas-Krenn AG entwickkelte Bauteil aus, das unter die Server-Karten montiert wrd und ein Hot-Fluid-Computing ermöglichen soll. (Bild: Ulrike Ostler/Vogel IT-Medien GmbH)

Bereits ohne Abwärmenutzung führt die Flüssigkühlung nach dem „Hot Fluid“-Prinzip zu beträchtlichen Einsparungen bei Investitions- und Betriebskosten im Rechenzenztrum. Flüssigkühlung bietet darüber hinaus günstige Voraussetzungen zur Wärmerückgewinnung, zur lokalen Nutzung oder Einspeisung in Fernwärmenetze.

Die viel beschworene Energiewende kostet Geld, und de facto ist die EEG-Umlage nach dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz das Mittel, dieses beim Verbraucher einzutreiben. Zu diesen zählt auch der überwiegende Teil der gewerblichen Stromkunden. Ausgenommen sind nur so genannte privilegierte Verbraucher zu denen Rechenzentren nicht gehören.

Für 2017 steigt nun die EEG-Umlage erneut an und liegt dann bei stolzen 6,88 Cent pro Kilowattstunde. Damit macht sie rund 45 Prozent des Strompreises für gewerbliche Kunden aus. Prognosen gehen davon aus, dass uns auch die künftigen Jahre bis mindestens 2022 teils kräftige jährliche Anstiege bescheren werden.

Der Energieverbrauch deutscher Rechenzentren entspricht etwa dem von drei Millionen Privathaushalten. Genau wie diese sind auch die Rechenzentren von der EEG-Umlage betroffen.
Der Energieverbrauch deutscher Rechenzentren entspricht etwa dem von drei Millionen Privathaushalten. Genau wie diese sind auch die Rechenzentren von der EEG-Umlage betroffen. (Bild: Bitkom/Thomas-Krenn AG)

Da also eine Trendumkehr nicht zu erwarten ist, die hohen Stromkosten aber schon jetzt aus Sicht der Datacenter-Betreiber den wichtigsten Standortnachteil darstellen, bleibt der Umzug über die Grenze – etwa um die Segnungen französischen Atomstroms zu nutzen - oder das Sparen.

Rehabilitation der Flüssigkühlung

Neben der optimalen Auslastung der Hardware liefert die Kühlung und Klimatisierung der Systeme die größten Sparpotentiale. Deshalb verwundert es nicht, dass diverse Flüssigkühlkonzepte derzeit ein Comeback erleben und aus ihrer Nischenexistenz im High Performance Computing heraustreten. Zwei der angenehmen Nebenwirkungen effektiver Flüssigkühlung sind die höhere Packungsdichte der Server, die damit möglich ist und die Chance, Abwärme der Server anderweitig zu nutzen.

Für ein hypothetisches kleineres Rechenzentrum nach Tier3-Standard mit einer IT-Nennleistung von 1 MW und einer durchschnittlichen Auslastung von 67 Prozent haben wir einen Vergleich zwischen konventioneller Bauart und einem flüssig gekühltem Rechenzentrum mit der von Thomas-Krenn entwickelten Methode Hot Fluid Computing angestellt.

Thomas-Krenn AG zeigt Server-Kühlung mit Hot Fluid Computing

CeBIT 2016: Hochtemperatur-Flüssigkühlung

Thomas-Krenn AG zeigt Server-Kühlung mit Hot Fluid Computing

24.02.16 - Die Thomas-Krenn AG präsentiert auf der CeBIT 2016 den Prototyp eines neuen Verfahrens zur Server-Kühlung. Die Hochtemperatur-Flüssigkühlung in Verbindung mit der Gebäudetechnik weist ein hohes Einsparpotenzial auf. lesen

Diese ermöglicht den kompletten Verzicht auf Lüfter in den Servern, da speziell designte Kühlkörper alle Wärme emittierende Teile direkt flüssig kühlen. Obwohl mit diesem Verfahren auch Netzwerkkomponenten flüssig gekühlt werden können, wurde konventionelle Kühlung für Storage und Peripherie auch aus dem Szenario für Flüssigkühlung nicht komplett verbannt.

Sinkende Kosten für Infrastruktur und Strom

Bei konventioneller Bauweise wurde pro Rack 7,5 Kilowatt IT-Leistung zugrunde gelegt. Mit Flüssigkühlung lässt sich die Leistungsdichte mindestens verdoppeln, so dass statt einer RZ-Fläche von 340 Quadratmetern schon 175 Quadratmeter für ein Megawatt ausreichen.

Bei 2.000 Euro pro Quadratmeter RZ-Fläche im Neubau spart das rund 50 Prozent oder 350.000 Euro. In einer ähnlichen Größenordnung liegen die Einsparungen bei den Investitionen in Kühltechnik. Da in diesem Szenario Server und Netzwerkkomponenten noch konventionell gekühlt werden, sind in geringerem Umfang Kältetechnik und Klimatisierung notwendig. Immerhin werden dennoch rund 400.000 Euro gespart.

Deutschland nimmt im internationalen Vergleich eine Spitzenstellung bei dem Stromkosten für Industriekunden ein.
Deutschland nimmt im internationalen Vergleich eine Spitzenstellung bei dem Stromkosten für Industriekunden ein. (Bild: DIHK/Thomas-Krenn AG)

Auf der anderen Seite der Rechnung stehen bei den CAPEX doppelt so teure Racks, die aber wegen der geringeren Anzahl nicht zu Mehrkosten führen. Bei den Betriebskosten ist die Einsparung noch deutlicher.

Für das konventionelle RZ wurde eine pPUE (partial PUE) für Kühlung und Klimatisierung von 1,2 bei Zwei-Drittel-Auslastung angesetzt. Das ist bereits ein sehr guter Wert, den viele kleinere und mittlere Rechenzentren nicht erreichen. Bei Flüssigkühlung reduziert sich dieser Wert auf 1,07. In absoluten Zahlen ausgedrückt, sind damit bei einem Strompreis von 15 Cent pro Kilowattstunde jährliche Einsparungen von Energiekosten in Höhe von rund 90.000 Euro zu erwarten.

Der Zur CeBIT in diesem Jahr vorgestellten Prototyp für ein Hot Fluid Computing ging eine Intiative des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums voran.
Der Zur CeBIT in diesem Jahr vorgestellten Prototyp für ein Hot Fluid Computing ging eine Intiative des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums voran. (Bild: Ulrike Ostler/Vogel IT-Medien GmbH)

Potentiale zur Wärmerückgewinnung

Bei der Abwärmenutzung hängt der finanzielle Effekt stark vom Verwendungszweck ab. Bei einer Temperatur von 55 bis 60 Grad kann die Wärme bei kleineren Rechenzentren lokal zur Gebäudeheizung oder Warmwasserbereitung genutzt werden und Fernwärme ersetzen. Bei größeren Anlagen ist die Einspeisung in Fernwärmenetze eine attraktive Möglichkeit, die Abwärme zu monetarisieren. Aufgrund der unterschiedlichen Voraussetzungen dafür und der regional sehr unterschiedlichen Fernwärmepreise ist es jedoch vorerst noch schwer, hier allgemein gültige Abschätzungen zum Aufwand für die Einspeisung und der erzielbaren Erlöse zu treffen.

Das Beispiel-Rechenzentrum erzeugt pro Jahr 5,8 Gigawatstunden nutzbarer Abwärme, das entspricht ungefähr der Energie, die für das Beheizen von 350 Einfamilienhäusern gebraucht wird. Die Temperatur der Abwärme schafft günstige Voraussetzungen für die Nutzung. Ob die Möglichkeit besteht, Niedrigtemperatur-Fernwärme einzuspeisen oder ob Wärmepumpen nötig sind, um das Temperaturniveau herkömmlicher Fernwärmenetze zu verwenden, ist entscheidend dafür, wie viel von dieser Wärme tatsächlich genutzt werden kann.

Also: Lösungen zur intelligenten Vernetzung von Wärmeverbrauchern und Erzeugern sind notwendig, um jenseits von lokaler Abwärmenutzung die Potentiale auch mittlerer und größerer Rechenzentren als Erzeuger nutzbarer Wärme auszuschöpfen.

Hinweis: Die Thomas-Krenn AG gehört zu den Sponsoren desDataCenter Day 2016, der am 25. Oktober im VCC Würzburg stattfindet. Um 16:15 Uhr hält Dr. David Hoeflmayr, CEO der Thomas-Krenn AG einen Vortrag zum Hot Fluid Computing.

Austausch mit Rechenzentrumsexperten

Einladung zum DataCenter Day 2016

Austausch mit Rechenzentrumsexperten

28.09.16 - Manchmal darf es auch Eigenwerbung sein; denn die Agenda für den „DataCenter Day 2016“ glänzt, ist sehr voll und sehr attraktiv. Besucher können die Experten und Innovatoren treffen, von denen sie sonst nur lesen. Der Event am 25. Oktober in Würzburg bietet für CIOs, Admins, Datacenter-Betreiber und –Planer einen Mix aus Praxis und frischen Ideen. DataCenter-Insider ist Medienpartner. lesen

Was meinen Sie zu diesem Thema?

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44329532 / Klimatechnik)