Datacenter-Kühlung Richtig kühlen, Strom sparen

Mit einer modernen, also effizienten Kühlung im Rechenzentrum lässt sich nicht nur Strom sparen; es wird auch noch Kapazität für zusätzliche Rechenleistung frei.

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Schneider Electric GmbH

EPS Rechenzentrum Infrastruktur GmbH

Es soll Unternehmen und Organisationen geben, die neue Rechenzentren einrichten oder bestehende ausbauen, die sich nur peripher um deren Kühlung kümmern. Ausreichende Kühlleistung hat einfach vorhanden zu sein, wie der Strom aus der Steckdose. Tatsächlich kann eine vernünftig geplante oder modernisierte Kühllösung dem Betreiber des Rechenzentrums jedoch eine Menge Geld sparen.

Mehr Kühlbedarf durch Blades

Annähernd 50 Prozent der Energiekosten in einem Rechenzentrum entfallen auf die Kühlung. Zwar sind die individuellen Server in den vergangenen Jahren immer sparsamer geworden, aber sie werden heute in den Racks dichter gepackt, etwa mit Blades. Zudem werden sie werden durch den Einsatz von Virtualisierungstechniken intensiver genutzt.

Daher steigt nicht nur der finanzielle Aufwand für die Kühlung, sondern es steigen auch noch die tech­nischen Anforderungen an die Kühlsysteme im Serverraum oder Datacenter.

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Mit Netz oder ohne doppelten Boden

Generell sollte die Klimatisierung eines Server-Raumes oder Rechenzentrums nicht überdimensioniert werden. Für kleinere Server-Räume reichen in der Regel In-Row-Kühlsysteme aus. Diese Kühlaggregate werden zwischen den Server-Racks positioniert, die am besten so aufgestellt sind, dass sich kalte und warme Gänge ablösen.

Dabei sollten In-Row-Kühler nicht an den Enden einer Rack-Reihe aufgestellt, sondern zwischen den Racks verteilt werden. Ein Doppelboden ist unnötig. Moderne Geräte können durch ihre intelligente Steuerung und Komponenten mit einem höheren Wirkungsgrad, etwa die Motoren der Lüfter, Energie sparen.

Die Kühlung größerer Rechenzentren

Bei mittelgroßen und großen Rechenzentren wird das Konzept der kalten und warmen Gänge mit einem Doppelboden kombiniert. Die kalte Luft wird über den Raum unter den Servern verteilt und durch Öffnungen in den Bodenplatten zu den Racks geleitet.

Für eine bessere Kühlleistung, etwa für sehr dicht gepackte Server, empfiehlt sich zudem eine Einhausung mit Schiebetüren und verglasten Deckenelementen. Die Trennung von Kalt- und Warmluftströmen im Rechenzentrum reduziert den Kühlaufwand und damit die benötigte Energie.

Für die gezielte Kühlung einzelner Reihen in Racks können Bodenplatten mit integrierten Lüftern und verstellbaren Lamellen eingesetzt werden. Das „Active-Floor“-Modul von Schneider Electric erlaubt das. Mit dem „Automatic Floor Pressurization System“ des Herstellers (AFPS) bietet er zudem eine intelligente, Sensor-gestützte Steuerung an, die einen konstanten Druck unter dem Boden aufrecht erhält.

Kaltwasserkühlsysteme mit Zentrifugalventilatoren

Schneider Electric versenkt die Lüfter in den Doppelboden

Einsatz für Kältemaschinen

Für die Kühlung größerer Server-Installationen wurden bisher meist Kältemaschinen eingesetzt. Hier unterscheidet man zwischen zwei Konzepten: CRAC und CRAH. Bei CRAC-Einheiten (Computer Room Air Conditioner) ist der Klimakompressor im Server-Raum des Rechenzentrums untergebracht.

Die Kühlung erfolgt über ein mit Kältemittel gefülltes Kühlelement mit Lamellen, durch die per Lüfter die Warmluft aus dem Serverraum gezogen wird, die dadurch abkühlt. Die kühle Luft wird dann über den Doppelboden zu den Racks transportiert. Das Kältemittel wird über einen Kühler im Freien, etwa auf dem Dach des Rechenzentrums, kondensiert. CRAC-Units sind meist modular erweiterbar.

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Bei CRAH-Einheiten (Computer Room Air Handler) ist das eigentliche Klimagerät im Freien untergebracht. Es kühlt Wasser, das durch die Wärmetauscher der CRAH-Einheiten im Serverraum geleitet wird.

Das Klimagerät, auch als Kaltwassersatz oder Chiller bezeichnet, ist mit einer Kühlleistung von mehreren Hundert Kilowatt oder mehr als einem Megawatt, so groß dimensioniert, dass ein Gerät für die Kühlung ­eines Server-Raums ausreicht. Aus Gründen der Sicherheit werden aber meist redundante Systeme eingesetzt, die dann nur ­unter Teillast laufen. Moderne Chiller sind auch so konstruiert, dass sie hier mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten.

Neue Kühltechnologien im Aufwind

Ein relativ neuer Trend ist die freie Kühlung ohne den Einsatz von Kältemaschinen. Bei der direkten freien Kühlung wird kalte ­Außenluft direkt in das Rechenzentrum ­geleitet, bei indirekter freier Kühlung dient Wasser oder Glykol als Medium zwischen Außen- und Raumluft.

Der Verzicht auf die Kältemaschinen führt natürlich zu einer erheblichen Energieeinsparung. Das erste Verfahren ist günstiger, kann aber zu Problemen bei der Luftfeuchtigkeit führen. Eine komplett freie Kühlung ist nur möglich, wenn die Außenluft über das gesamte Jahr hinweg kalt genug ist. Eine Alternative sind moderne Klimagräte, die bei niedriger Außentemperatur die Kompressoren automatisch abschalten und dann wie eine indirekte freie Kühlung arbeiten.

Eine direkte Flüssigkeitskühlung im Server könnte erheblich Energie sparen. Sie stellt derzeit aber noch eine Ausnahme dar. Fujitsu hat zusammen mit Asetek eine derartige Kühlung für die Server der „Primergy-CX“-Baureihe entwickelt (siehe: Artikel-Link). Sie soll gegenüber herkömmlich mit Luft gekühlten Servern bis zu 40 Prozent Energie sparen. Laut Schneider Electric könnte die Flüssigkeitskühlung im Server zukünftig auch direkt in die Klimalösung für das Rechenzentrum integriert werden.

Flüssigkeit im Server

Liquid Cooling von Asetek im Primergy CX halbiert die Energiekosten

Mehr Integration aktueller Kühlsysteme für Rechenzentren findet auch softwareseitig statt. Sie bieten Schnittstellen für gängige Datacenter-Management-Systeme und ermöglichen damit eine direkt Kontrolle der Klimatisierung sowie eine schnelle Benachrichtigung bei Fehlfunktionen.

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