Klimatisierung von Rechenzentren – die Frage der Energieeffizienz

Klimatisierung von Rechenzentren

Ein wesentlicher Teil aller technischen Innovationen unserer Zeit macht sich die hohe Leistung von Rechen-Prozessoren zunutze. Denkt man an Big Data, künstliche Intelligenz, Infrastruktur für selbstfahrende Kraftfahrzeuge oder die Produktion im Rahmen von Industrie 4.0, ist die Rechenpower ein Muss.

Serverräume im Fokus

Mittlerweile scheint jede Vision nicht mehr weit weg von der Realität zu sein. Doch um diese Visionen zu realisieren, wird immer mehr Energie benötigt. Das hat viele Konsequenzen. Eine davon ist der Anstieg der Temperaturen mit steigenden Frequenzen der Rechner. Die Serverräume verwandeln sich in „Hot-Spots“ im wahrsten Sinne des Wortes.

Um die erforderliche Funktionalität von Rechnern zu ermöglichen, muss die normale Betriebstemperatur dauerhaft gewährleistet werden. Dafür ist eine weitere Technik nötig und ein weiterer Energiebedarf entsteht.

Bereits vor diesem Schritt hat der Wirkungsgrad der Anlage gelitten: ein Teil der Elektroenergie verschwand, ohne die vorgesehene Leistung zu erbringen.
Ein richtiges Kühlungskonzept könnte diese Verluste minimieren. Trotz Eigenbedarf an Energie bewirkt eine fortschrittliche Klimatechnik eine deutliche Steigerung der Effizienz.

Es geht darum, den Teufelskreis zu durchbrechen, wo jedes weitere Gerät zum Verbraucher wird. Dies ist mit der Änderung bloß eines Parameters nicht zu erreichen. Es muss gleichzeitig an mehreren Stellen geschraubt werden. Aus diesem Bedarf entstehen intelligente Lösungen für eine hocheffiziente Kühlung.

Die Wahl der Klimatechnik für die Prozessklimatisierung

Schon lange hat die Klimatechnik einen Einfluss auf die Effizienz verschiedener Prozesse. Bleiben wir bei dem Thema der Klimatisierung von Rechenzentren und schauen uns die ersten Schritte zur richtigen Wahl des Kühlsystems an.

Um die Problematik greifbar zu machen, muss sie in Zahlen gefasst werden. Zwei wichtige Kennzahlen zur Bewertung der Energieeffizienz bei Rechenzentren sind die PUE und DCiE.

Bei dem ersten Wert, der Power Usage Effectiveness, handelt es sich um die Effizienz des Energieeinsatzes.
Ist bekannt, wie viel Energie ein Rechenzentrum insgesamt verbraucht und wie viel davon die Rechner aufnehmen, so lässt sich das Verhältnis zwischen der für die Kernaufgabe (das Rechnen) benötigten Energie und dem tatsächlichen Verbrauch genau bestimmen.

In einer perfekten Welt würde die ganze Energie dem Server zur Verfügung stehen. Der PUE-Wert wäre dann gleich 1. Nach heutigem Stand der Technik betrachtet man eine Anlage mit dem PUE ≤ 1,2 als sehr effizient. Und auch dann werden die 20 % der Gesamtenergie ineffizient verbraucht. Der Durchschnittswert der deutschen Serverräume liegt bei einem PUE von ca. 1,8.

Die zweite wichtige Größe entspricht 1/PUE. Die Datacenter Infrastructure Efficiency (DCiE) spiegelt den Wirkungsgrad der im Rechenzentrum eingesetzten Energie wider.

Setzt man den Energiebedarf für die Kühlung und den für das IT-Equipment ins Verhältnis, kommt man auf die dritte Größe – die partial Power Usage Effectiveness (pPUE).

Welches Kühlsystem passt zu meinem Serverraum

Da die Auswahl des richtigen Kühlsystems stark von dessen Energiebedarf abhängt, ist für die Entscheidung die pPUE maßgebend. Je geringer die pPUE ist, desto weniger Energie wird für die Kälteerzeugung benötigt.

  •  pPUE 1,26 – Umluftkühlgerät mit Kompressionskälteanlage ohne freie Kühlung (2,3 GWh/Jahr)
  • pPUE 1,20 – Umluftkühlgerät mit Kompressionskälteanlage mit freier Kühlung (1,74 GWh/Jahr)
  • pPUE 1,15 – Umluftkühlgerät mit direkter freier Kühlung und Kompressionskälteanlage (1,33 GWh/Jahr)
  • pPUE 1,08 – Umluftkühlgerät mit indirekter freier Kühlung, adiabater Verdunstungskühlung und Kompressionskälteanlage (0,73 GWh/Jahr)

Die auf diesem Bild dargestellte Anlage namens Adcoolair gehört zum letzten Typ aus der Liste.

Klimatechnik für Rechenzentrum
Bild: Menerga GmbH „Adcoolair“

Um interne Druckverluste zu minimieren und die maximale Leistung bei einem niedrigen Energieeinsatz zu erreichen, ließen sich unsere Ingenieure einiges einfallen.
Sie vereinten das Prinzip der indirekten freien Kühlung mit einer adiabaten Verdunstungskühlung. Dazu wurde eine leistungsgeregelte Kompressionskälteanlage in die Applikation integriert.
So wird die optimale Wärmeabfuhr aus Räumen wie Rechenzentren erreicht.

2 Kommentare

  1. Danke für die Informationen zur Klimatisierung von Rechenzentren. Meine Frau arbeitet als Managerin des Serverraums ihrer Firma. Sie hat letztens das Luftleitsystem erneuern lassen, um die Sicherheit des Serverraums und des Rechenszenters zu gewährleisten. Den Beitrag werde ich ihr mal weiterleiten. Besonders die Kühlsysteme werden sie interessieren.

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