Freie Kühlung im Rechenzentrum

Wie funktioniert Freie Kühlung, Herr Nieschalk?

| Autor / Redakteur: Sven Scharpe / Ulrike Ostler

Freie Kühlung im Rechenzentren sieht heute natürlich anders aus; sie berücksichtigt Sicherheitsstandards geauso wie die Luftfeuchtigkeit, Strömungsfeschwindigkeit und wird oft mit Adiabatik kombiniert.
Freie Kühlung im Rechenzentren sieht heute natürlich anders aus; sie berücksichtigt Sicherheitsstandards geauso wie die Luftfeuchtigkeit, Strömungsfeschwindigkeit und wird oft mit Adiabatik kombiniert. (Bild: gemeinfrei - Tama66/Pixabay / CC0)

Dass Kühlung mit Wasser und anderen Kühlflüssigkeiten eine deutlich höhere Energie-Effizienz aufweist, lässt die Betreiber von Rechenzentren mit sehr hoher Dichte, etwa bei High Performance Computing oder bei Superrechnern primär dazu greifen. Doch nicht nur die Angst vor Wasser im Datacenter auch die Schwierigkeiten, solche Systeme einzubauen und zu monitoren, macht die Freie Kühlung für viele zur einzigen Alternative.

Thomas Nieschalk ist Systems Engineer Cooling DC Application Center bei Schneider Electric in Deutschland, Österreich und der Schweiz. Er beschreibt, welche Vorteile und Einschränkungen Freie Kühlung hat und erläutert im Interview, wie sich die Effizienz steigern lässt.

Die größten Energieverbraucher in der ITK-Branche stellen zweifellos moderne Rechenzentren dar. Würden Sie sagen, dass der Einsatz der freien Kühlung ein adäquater Ansatz zur Kostensenkung darstellt?

Thomas Nieschalk: Da ein nicht unerheblicher Anteil der Stromkosten auf die Bereiche Kühlung und Klimatisierung entfällt, kann ich diese Frage nur mit einem klaren Ja beantworten. Die Freie Kühlung ist aber nicht nur ein sinnvoller Beitrag zum Thema Energie-Effizienz, der Einsatz dieser Technologie hilft zudem dabei den CO2-Fußabdruck effektiv zu verkleinern. Hinsichtlich der politischen Bestrebungen, den CO2-Ausstoß kontinuierlich zu verringern, ist das ein nicht zu vernachlässigender Faktor.

Ist der Einsatz der Freien Kühlung an einem Standort in Deutschland überhaupt sinnvoll möglich?

Thomas Nieschalk: Es kommt natürlich immer darauf an, welche Komponenten bei der Kühlung eingesetzt werden. Wenn wir davon ausgehen, dass Kaltwassersätze betrieben werden, was heute bei allen größeren Rechenzentren der Standard ist, kann bei modernen Anwendungen bereits ab einer Außentemperatur von 15 Grad eine komplette Kühlung ohne den Einsatz mechanischer Kälte-Erzeugung ermöglicht werden.

Legt man nun das Klimaprofil Frankfurt am Main zugrunde, können mit Hilfe der freien Kühlung rund 2150 Stunden Kompressorlaufzeit pro Jahr eingespart werden. Somit ist die Freie Kühlung an einem mitteleuropäischen Standort absolut sinnvoll.

Es wird zwischen direkter und indirekter freier Kühlung unterschieden, bitte erläutern Sie kurz die Unterschiede.

Thomas Nieschalk: Bei der direkten freien Kühlung gelangt gefilterte kühle Außenluft durch ein Klappensystem in das Innere des Rechenzentrums und trägt hier zur Kühlung bei. Die indirekte Freie Kühlung funktioniert nach dem gleichen Prinzip, allerdings findet der Wärmetransfer dabei mittels eines Luft-Luft-oder Luft-Wasser-Wärmetauschers statt, der sich häufig außerhalb des Gebäudes befindet.

Die direkte Freie Kühlung gilt als besonders effektiv, hat aber auch Nachteile.

Thomas Nieschalk: Die gibt es in der Tat: Bei der direkten freien Kühlung ist man immer vom Wetter und auch von den individuellen örtlichen Bedingungen abhängig. Liegt das Rechenzentrum beispielsweise an einer Straße mit einem erhöhten Verkehrsaufkommen oder an landwirtschaftlichen Nutzflächen, werden die Luftfilter der Anlage stark mit Schmutzpartikeln oder Pollen belastet. Um einem erhöhten Ausfallrisiko entgegenzuwirken, ist eine entsprechend penible Reinigung der Filter unabdingbar.

Ein anderes Thema ist die draußen vorherrschende Luftfeuchtigkeit: Ist die einströmende Luft zu trocken, können daraus statische Aufladungen resultieren. Wenn sie dagegen zu feucht ist, kann Korrosion die Folge sein. Um diese Probleme auszuschließen, muss die in das Rechenzentrum gelangende Luft nicht nur gefiltert, sondern auch aufwändig be- und entfeuchtet werden.

Die Leistung der freien Kühlung kann mittels Adiabatik noch verbessert werden. Wie genau funktioniert das Prinzip?

Thomas Nieschalk ist Systems Engineer Cooling DC Application Center bei Schneider Electric - DACH.
Thomas Nieschalk ist Systems Engineer Cooling DC Application Center bei Schneider Electric - DACH. (Bild: © Torben Pohl)

Thomas Nieschalk: Bei der Adiabatik, oder auch Verdunstungskälte, wird Wasser mit Hilfe von Düsen in die Luft gesprüht. Wenn die Flüssigkeit vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand übergeht, entzieht das Wasser der Umgebungsluft Wärme und kühlt diese ab. Auf diese Weise kann die Freikühlleistung noch einmal deutlich erhöht werden.

Gibt es noch weitere Möglichkeiten, die Effizienz der freien Kühlung zu steigern?

Thomas Nieschalk: Durch den so genannten gleitenden Mischbetrieb lässt sich die Effizienz noch einmal erheblich verbessern: Wenn die Außentemperaturen keine vollständig durch die Freie Kühlung gedeckte Kühlung mehr ermöglichen, lässt sich dank des Mischbetriebs zumindest noch teilweise das Freikühlungspotential nutzen. Wenn beispielsweise an einem heißen Sommertag nur noch 20 Prozent der benötigten Kühlleistung durch die Freie Kühlung abgedeckt werden kann, werden die restlichen 80 Prozent von den im Rechenzentrum installierten Umluftkühlgeräten beigesteuert. Der gleitende Mischbetrieb ermöglicht also alles zwischen 100 Prozent Freikühlung bis hin zu 100 Prozent mechanischer Kühlung.

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