Überblick über das Angebot an Tauchbädern

Server gehen immer öfter baden

| Autor / Redakteur: Dr. Dietmar Müller / Dietmar Müller

Beim Thema Flüssigkeitskühlung gerät in letzter Zeit verstärkt die Immersions- beziehungsweise Tauchkühlung in den Fokus.
Beim Thema Flüssigkeitskühlung gerät in letzter Zeit verstärkt die Immersions- beziehungsweise Tauchkühlung in den Fokus. (Bild: gemeinfrei, CharlesRondeau/Pixabay / CC0)

Steigerung der Effizienz, Effizienz, Effizienz – das ist das tägliche Brot der Rechenzentrumsbetreiber. Der zur Verfügung stehende Raum im Rechenzentrum muss immer besser ausgenutzt werden. Die Gerätedichte nimmt zu, zeitgleich steigen Stromverbrauch und Temperatur. In den Server-Räumen ist Wärmeverteilung und Kühlung ein Kostenproblem.

Der Kühlung von Rechenzentren kommt damit eine entscheidende Bedeutung zu, zumal sich mit einer effektiven Klimatisierung des Rechenzentrums die Energiekosten spürbar senken lassen. Bei herkömmlicher Kühlung mit Ventilatoren macht der Stromverbrauch für die Klimatisierung fast die Hälfte des Gesamtstromverbrauchs aus.

Deutschlandweit betrachtet verursacht der Betrieb von Kälte-Anlagen in Deutschland rund 14 Prozent des gesamten Strombedarfs. Der Anreiz für Effizienzmaßnahmen ist deshalb auch im Rechenzentrum groß: Aktuell versprechen Tauchbäder großes Energie-Einsparpotenzial.

Wasserkühlung ist effektiver als Luft

Die Luftkühlung über Doppelböden ist ab Wärmelasten von 4.000 Watt pro Quadratmeter aufwärts nicht mehr möglich. Flüssigkeitskühlung bietet sich als Alternative an, zumal die Wärme-Abgabe an Wasser etwa 100mal höher ist als an Luft. Mit vergleichsweise kleinen wassergefüllten Rohren kann also vergleichsweise viel Wärme abtransportiert werden.

Laut dem Report „Data Center Liquid Cooling Market“ von Garner Insights ist daher in den kommenden Jahren auch mit deutlich steigenden Umsätzen im Markt für Flüssigkeitskühlung zu rechnen. Zu den Wettbewerbern zählen Asetek, Rittal, Fujitsu, Submer, Data Aire, CoolIT, IBM, Schneider Electric, Stulz, Climaveneta, 3M, Horizon, Emerson, GRC, Allied Control, Green Data Center und Midas Green Technologies.

Tauchkühlung immer beliebter

Beim Thema Flüssigkeitskühlung gerät in letzter Zeit verstärkt die Immersions- beziehungsweise Tauchkühlung in den Fokus. Dabei werden ganze Server in einer elektrisch nicht leitfähigen Flüssigkeit gehalten; man spricht auch von „Liquid Submerged Server“.

Der komplette Server inklusive aller Komponenten wird dabei umströmt. Die warme Flüssigkeit wird aus dem Gebäude zu Rückkühlern geführt und dann wieder zurückgeleitet.

Solche Konzepte versprechen eine Reduktion der Kühlkosten weit über 50 Prozent – sind aber in der Anschaffung nicht billig. Da Wasser eher nicht an elektrische geladene Komponenten geraten sollte, kommen dabei verschiedene Kühlmittel zum Einsatz. Nach Wasser denkt man in unsrem Sprachgebrauch an Öl als Kühlmittel.

Immersive Kühlung mit Öl

Ein Beispiel für die immersive Kühlung mit Öl liefert Asperitas. Das niederländische Unternehmen hat im vergangenen Jahr mit „AIC24“ ein geschlossenes, wassergekühltes Öl-Tauchsystem vorgestellt, das für die Zirkulation der dielektrischen Flüssigkeit natürliche Konvektion beziehungsweise thermische Energie nutzt.

Das bedeutet, dass der primäre Kühlkreislauf keine Pumpen benötigt, um die Wärme an den Wärmetauscher zu transportieren. Dort gibt das Öl seine Hitze an Wasser ab – ein schöner Nebeneffekt, der genutzt werden will: Asperitas erläutert, dass so bis zu 98 Prozent der Abwärme aus den Server-Racks weiterverwendet werden könne.

Zweiphasen-Tauchkühlung mit Novec

Es geht aber noch raffinierter: Ein Pionier auf dem Gebiet der Tauchbäder ist 3M und seine dielektrische „Novec“-Flüssigkeit. Dielektrische Flüssigkeiten sind nichtleitend und daher selbstredend besser als Wasser, wenn mit elektronischen Geräten gearbeitet wird. Zudem sind sie nicht-brennbar, nicht-explosiv, nicht- korrosiv und über einen breiten Bereich an Betriebstemperaturen hin thermisch stabil.

97 Prozent soll der Einsatz von Novec im Vergleich zu herkömmlichen luftgekühlten Verfahren einsparen. Dabei sei es egal, so der Hersteller, ob eine Einphasen-Tauchkühlung - wie bei Asperitas – oder eine 2-Phasen-Tauch-Siedekühlung gewählt wird. Letztere verfügt aufgrund des Phasenüberganges von flüssig auf gasförmig angeblich über einen bis zu 4000mal (!) besseren Wirkungsgrad als die Luftkühlung.

Ein anschauliches Beispiel für die Zweiphasen-Immersionskühlung fand sich im Innovationslabor des RZ-Betreibers Deltalis. Dort wurde mit der 3M Novec 7100 High-Tech Flüssigkeit, ein Hydrofluorether, ein Wärme-Management-Medium eingesetzt, das schon bei 61 Grad Celsius verdampft. Deltalis will aber – ohne Angabe der Gründe - zum Jahresende den RZ-Betrieb komplett einstellen.

Nach wie vor in Betrieb ist das von Allied Control / Bitfury Group gebauten 40+-Megawatt-Rechenzentrum in der Republik Georgien. Es enthält das mutmaßlich weltweit leistungsstärkste Beispiel für das Zwei-Phasen Tauch-Siedekühlungsverfahrens („2PIC“). Auch dort kommt die 3M Novec 7100-Flüssigkeit als Tauchkühlmittel zum Einsatz.

„Die PUE (Power Usage Effectiveness), die wir in unserem Rechenzentrum in Georgien erzielen können, führt uns zu einem neuen Niveau der Kühlung von Rechenzentren für Hochleistungs-Computing“, so Valery Vavilov, CEO von Bitfury. Die Phase 1 dieses Projekts umfasste eine 40 Megawatt IT-Last mit einem PUE von 1,02, aktuell wird das Rechenzentrum erweitert und umgebaut.

Fluorinerts versus Hydrofluorether

Es gibt aber noch weitere dielektrische Flüssigkeiten - eine andere, proprietäre, ungiftige und nicht-leitende Kühlflüssigkeit für Immersionskühllösungen stammt etwa von GRC (Green Revolution Cooling) und trägt die Bezeichnung „ElectroSafe“. Es soll die 1200fache Wärmekapazität von Luft bieten und Kühlleistung von bis zu 100 Kilowatt pro Rack offerieren.

F2 Chemicals hat „Flutec“ entwickelt. Auch 3M bietet Alternativen an, etwa „Fluorinert“. Dieses kommt auch im „Primergy Liquid Immersion Cooling-System von Fujitsu zum Einsatz.

Perfluorierte Kohlenstoffe wie Fluorinert kommen nicht zuletzt in militärischen Systemen für die Wärme-Ableitung zum Einsatz. Nachteil: Sie verharren sehr lange in der Atmosphäre und gelten daher als Ursache für das so genannte Ozon-Loch. 3M hat deswegen Hydrofluorether (HFE) als Alternative entwickelt. Diese Verbindungen verbleiben nur bis zu vier Jahre in der Atmosphäre.

Vorgefertigter Tauchbadserver

Im November dieses Jahres will Fujitsu mit dem Vertrieb seines Servers Primergy Liquid Immersion Cooling System in Japan beginnen, dessen Prototyp auf dem Fujitsu Forum 2016 vorgestellt worden war. Es soll den Stromverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Luft-Kühlsystemen um etwa 40 Prozent reduzieren. Da der Server keine internen Ventilatoren benötigt, offeriert er eine PUE von 1,07.

Das Rechenzentrum für Biologie und Bioinformatik am Indian Institute of Technology Delhi nutzt die Liquid-Cooling-Lösung bereits, wo es für seinen geringen Stromverbrauch und den leisen Betrieb durch den Wegfall der Lüfter gelobt wurde. Sie ist auch schon bei Flexiscale Technologies in Nottingham im Einsatz, es gibt ein Video davon.

Zukunftsaussichten

Getauchte Server finden sich aktuell noch vorrangig in High Performance Computing-Regionen. Mit einem Ausbruch aus den akademischen Gefilden ist aber in Bälde zu rechnen, die „Data Center Liquid Cooling Market“-Studie von Garner Insights sagt dies ja auch voraus.

Da ein in Kühlflüssigkeit eingetauchter Server nicht der Außenluft ausgesetzt ist, kann er in einer Vielzahl von Umgebungen installiert werden, die dafür eigentlich gar nicht geeignet sind. Zu denken wäre etwa an hohe Temperaturen, hohe Feuchtigkeit oder Produktionsstätten, die ölig oder staubig sind. Auch in großer Höhe oder in Küstengebieten, in denen es sehr salzig ist, könnten solche abgekapselten Server tätig sein.

Unmittelbar denkt man da an die immer weiter verbreiteten Edge-Rechenzentren, die am Rande von Internet of Things (IoT)-Netzwerken operieren. Mit großer Wahrscheinlichkeit werden wir daher künftig viele weitere Systeme dieser Art sehen.

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