Ein Konzept zum Energie und Betriebskosten sparen mit Zusatzkühlung Wirtschaftliche Kühlung von kleinen Server-Räumen

Sowohl in einem Rechenzentrum als auch in kleinen Serverräumen geht die elektrische Leistung, die vom Stromnetz oder der USV-Anlage an die Server abgegeben wird, fast komplett in Wärme über. Dazu wird der Raum ständig mit Umluftkühlgeräten sehr kostenintensiv gekühlt. Das muss nicht so sein, zumal es für die Verbesserung Fördermittel gibt

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Die Kühllast (Kälteleistung) des Raumes erhöht sich gegebenenfalls zudem noch durch Sonneneinstrahlung, Beleuchtung und Personen .Häufig kommt zu dieser so genannten „sensiblen Kühlung“ (= Abkühlung des Raumes) noch eine hohe zusätzliche Kälteleistung für die "ungewollte" latente Kühlung hinzu. Diese ergibt sich automatisch, wenn aufgrund der Anbringung des Umluftkühlgerätes an der Decke für die Server-Raumkühlung dort eine sehr niedrige Ausblastemperatur und somit eine Abkühlung der Luft unter den Taupunkt erzeugt werden muss (beispielsweise auf 10 Grad).

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Damit die Server durch die ständig anfallende sensible Wärme nicht zu warm werden, muss so ein Raum rund um die Uhr gekühlt werden. Dabei muss die Kühltechnik absolut betriebssicher sein, weshalb häufig Redundanzen geschaffen werden. Sollte der Nutzer auch gewisse Raumluftfeuchteanforderungen haben, so wie es eigentlich von AESHREA weltweit empfohlen ist, muss bei latenter Kühlung, aber auch bei angedachter direkter Verwendung von Außenluft zur Raumkühlung sogar klimatisiert werden.

So gibt es für den einzelnen Nutzer eines Server-Raumes eine hohe monatliche Stromrechnung und es entsteht weltweit betrachtet, ein gewaltig hoher Energiebedarf (Stromverbauch) für Server-Räume. Hier ein paar Zahlen aus Deutschland: Nach Angaben des Borderstep-Instituts verbrauchten im Jahr 2013 alle Server-Räume und Rechenzentren rund 10 Milliarden Kilowattstunden Strom/Jahr (= 10 TWh/a). Davon wurden alleine für die Klimatisierung/Kühlung rund 4 TWh/a benötigt. Das ist umgerechnet die Leistung eines Kohlekraftwerkes oder der durchschnittliche Verbrauch von zirka 1.3 Millionen Haushalten.

Unterschied von groß und klein

Für größere Server-Räume (Rechenzentren) gibt es seit einiger Zeit viele spezielle energiesparende Klimasysteme, mit Nutzung der indirekten oder der direkten freien Kühlung, manchmal sogar mit zusätzlicher Verdunstungskühlung, so dass der oben genannte Energiebedarf - trotz Zugangs großer Rechenzentren - seit etwa fünf Jahren gleich geblieben ist.

Bei kleinen Server-Räumen indes wird zumeist noch ein reines Umluftkühlsystem (ein Splitgerätekühlsystem mit über Kältemittelleitungen verbundenen Innen - und Außengeräten) ohne bewusst angebrachte Warm -und Kaltzonen benutzt. Das aber hat wegen der Ganzjahresnutzung der Kältetechnik und der Ventilatoren einen relativ großen Stromverbrauch, auch wenn zunehmend eine leistungsgeregelte Kältetechnik (Invertertechnik) eingesetzt wird. Der Strombedarf ist besonders hoch, wenn System bedingt dort eine sehr niedrige Zulufttemperatur gewählt werden muss, wobei die Zuluft auf oder sogar unter den Taupunkt abgekühlt wird (s. oben).

Bisherige Einsparmöglichkeiten bei kleinen Server-Räumen

Um Energie (Strom) und infolgedessen Betriebskosten zu sparen zu sparen, gibt es bereits

Erstens: Kühlsysteme, wo die Kältemaschinenkühltechnik mit im Freien angebrachten, so genannte Freecooler, verknüpft wird. Damit wird zu gewissen Zeiten je nach Anwendungsort mehr oder weniger häufig kühle Außenluft indirekt zur Raumkühlung ganz oder ergänzend mit verwendet. Die im Raum angebrachten Umluftkühlgeräte erhalten dann ein kaltes Wasser-Glykolgemisch von außen.

Die Einsparung durch diese indirekte freie Kühlung ist begrenzt durch die beim Nutzer erlaubte Zulufttemperatur für den zu kühlenden Raum oder der dadurch entstehenden warmen Raumtemperatur (Ablufttemperatur) hinter den Servern. Je nach Anwendungsort (Klimazone) kann so jedoch an mehr oder weniger Stunden des Jahres auf die Nutzung der Kältemaschine verzichtet werden.

Zweitens: Energiesparkompaktgeräte, unter anderem von den deutschen Firmen Berliner Luft = ehemals DSD, Hansa-Neumann und Weiss WKT erhältlich. Diese Kompaktgeräte mit integrierter kompletter Kältetechnik nutzen vorwiegend die direkte freie Kühlung. An den wenigen Stunden/Tagen, wo die direkt nutzbare Außenluft wärmer ist als die individuell erlaubte Zulufttemperatur, wird sie vor der Einführung in den zu kühlenden Raum auf die dann noch zulässige Zulufttemperatur maschinell abgekühlt. Wenn sie für eine mögliche Direktverwendung noch wärmer oder zu feucht ist, wird im Gerät auf Umluftkühlung umgeschaltet.

An den rund 2.500 h/a, wo die kalte Außenluft (zum Beispiel am Anwendungsort in München) zu trocken ist, muss sie gegebenenfalls befeuchtet werden oder es wird wiederum auf Umluftkühlbetrieb umgeschaltet. Beides ist Energie aufwändig und reduziert den Einsparerfolg dieser Energiesparkompaktgeräte, außer man verzichtet auf eine Mindestraumluftfeuchte.

Zudem sind diese Energiesparkompaktgeräte in der Regel nur für Außentemperaturen bis etwa 34 Grad geeignet, während übliche Umluftkühlgeräte mit entsprechend ausgelegten, dann im Freien angebrachten Kondensatorkühlern auch bei wesentlich höheren Außentemperaturen noch zufriedenstellend genutzt werden können.

Veranstaltungstipp: DataCenter-Tag auf den Cooling-Days

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