Energieeffiziente Kühlung im Data Center

Im Zuge der Sanierung des ehemaligen Chemie-Hochhauses der Technischen Universität Wien wurde ein Serverraum errichtet. Das Gebäude wurde als PlusEnergie-Bürohaus ausgeführt. Ebenso wurde bei der Ausstattung des Serverraums die Energieeffizienz besonders berücksichtigt. Dabei zeigte sich, dass selbst ausschließlich wirtschaftliche Überlegungen bereits den Einsatz energieeffizienter Konzepte rechtfertigen.

Knürr DCM-Serverschränke sind auf Sockeln gestellt. In diesen Sockeln werden die Wasserleitungen zu den Reihenkühlern geführt. Große Luftführungskanäle oder ein Doppelboden entfallen - die baulichen Maßnahmen sind um diese Aufwände reduziert.

Die maximal abführbare Verlustleistung der Server wird durch die Temperaturniveaus der Luft, des Kühlwassers und dessen Spreizung bestimmt. Es wurde eine Kühlwassertemperatur von 18/24°C gewählt. Bei diesen Temperaturniveau wird die Leistungsfähigkeit einer Kühleinheit auf etwa 50% reduziert, also 15kW. Bei Temperaturen von >18°C besteht keine Gefahr der Betauung mehr. Somit stehen der Entfall des Kondensatablaufs sowie der Befeuchtungsanlage dem Mehraufwand der doppelten Menge an Kühleinheiten gegenüber.

Durch die Kühlwassertemperatur von 18/24°C ist eine nachfolgende Nutzung der Wärmemenge wesentlich energieeffizienter möglich (z.B. für Heizzwecke).

Die 19"-Schränke sind derart aufgestellt, dass sich zwei Warmgänge und ein Kaltbereich ergibt. Die Warmgänge werden durch Warmgang-Einhausungen vom Kaltbereich getrennt. Bei der Warmgang-Einhausung wird die Temperatur im Warmgang nahezu konstant hoch gehalten. Die Temperatur im Kaltbereich schwankt in Abhängigkeit der tatsächlichen Verlustleistung der Server. Aufgrund der Einhausung ergibt sich die Möglichkeit die Ventilatoren der Kühleinheiten auf das tatsächlich benötigte Maß zu regeln. Die Leistungsaufnahme eines Ventilators ist proportional zur 3. Potenz seiner Drehzahl. Bei halber Drehzahl beträgt die Leistungsaufnahme nur mehr ca. 20%. Drehzahlgeregelte Lüfter passen sich mit dem tatsächlichen Luftbedarf den pulsierenden/dynamischen Lasten der IT an und so wird enorm Energie eingespart. Eine
Abschätzung des Strombedarfs der Lüfter eines geregelten Systems im Vergleich zu einem ungeregelten System zeigte, dass die Stromkosten (bezogen auf ein heute typisches Preisniveau) während einer Lebensdauer des Systems von 15 Jahren bis zu 40% der Erstinstallationskosten ausmachen.
 

Kontakt: dungl@grothusen.com 
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Im weltweiten Wettbewerb mit vergleichbaren Einrichtungen betreibt die TU Graz Lehre und Forschung auf höchstem Niveau im Bereich der Ingenieurwissenschaften und technischen Naturwissenschaften.

Aufgrund der drei großen Campusbereiche sind Maschinenräume als Infrastrukturmaßnahme eingerichtet worden. Eine Vielzahl von Datei- und Webservern sowie kleinen Rechensystemen zur Simulation und Visualisierung sind für die Institute unterzubringen. Einen Schwerpunkt setzt dabei auch das Hochleistungsrechnen.
Die Abteilung Computing & Application Services des ZID plant und bewirtschaftet die Maschinenräume an der TU Graz. Institute haben die Möglichkeit ihre Server in diesen Räumen mit   Kaltgangeinhausung   im Rahmen freier Ressourcen unterzustellen. In Räumen mit Serverhousing für Institute können sowohl Server in Tower-Gehäusen als auch in 19" Rackbauweise untergebracht werden. Den Instituten wird dazu ein verschließbarer Platz in einem 19" Miracel-Rack angeboten.

Der Supercomputer VSC-1 war mit Knürr-CoolLoop und Warmgang-Einhausung umweltfreundlich betrieben. Der VSC-2 wird mit Kühltüren Knürr-DCD gekühlt. Die Eröffnungen erfolgten durch den Bundesminister für Wissenschaft und Forschung.

Die TU Wien, die Universität Wien und die Universität für Bodenkultur hatten den Computercluster VSC-1 und VSC-2 eingerichtet. Der Supercomputer VSC-1, mit mehr als 3500 hochparallel arbeitenden Prozessorkernen, erschloss mit über 35 TeraFlops (Billionen Rechenschritte pro Sekunde) seinerzeit völlig neue Rechenwelten. Er stellte gleichzeitig sehr hohe Anforderungen an eine effiziente Kühlung.

Energiesparende Lösungen sind in der IT-Branche gefragter denn je. Vor diesem Hintergrund konnten wir den Auftrag an Land ziehen, der besonderes Know-how in Bezug auf Kühlung erforderte. Der erste "Vienna Scientific Cluster" wurde von Knürr mit 19"-Miracel-Racks, CoolLoop-Wärmetauschern, SmartAisle-Gangeinhausung und Stromverteilern ausgestattet.

Besonders wichtig war den Verantwortlichen, dass die Kühllösung energiesparend ist. Die vergleichsweise hohe Kaltwasservorlauftemperatur zur optimalen Serverkühlung sichert eine verbesserte Nutzung des Kaltwassersatzes mit einer hohen Leistungszahl (COP). Zudem ermöglicht das System einen hohen Freikühlungsanteil. Damit lassen sich erhebliche Einsparpotentiale bei der Kaltwassererzeugung erzielen.

Die hohe Umweltverträglichkeit zeigt sich vor allem in der hervorragenden Positionierung im Green-IT Ranking: Platz 94 für den VSC-1 im internationalen Ranking der Top 500 Supercomputer (Stand 2010).