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Dienstag, 12. Dezember 2017

Rechenzentren

Die Angst des RZ-Leiters vor dem Wasserschaden

Von Ariane Rüdiger | 25. Mai 2017 | Ausgabe 21

Wasser transportiert Wärme deutlich besser als Luft, trotzdem ist Luftkühlung derzeit Standard. Doch mit Wasserkühlung lässt sich die Abwärme weiter nutzen.

RZ BU1
Foto: Billerbeck

Bei der Kühlung der Rechner entsteht in der Mehrzahl der Rechenzentren viel heiße Luft, die nicht weiter genutzt wird. Das ist wenig effizient.

In den vergangenen Jahren war der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) das wichtigste Maß für Effizienz im Rechenzentrum (RZ). Er setzt die für Betrieb und Kühlung verbrauchte Energie ins Verhältnis zur Energie, die für das Rechnen gebraucht wird. Die Crux: „Trotz sinkender PUEs wird der Stromverbrauch von Rechenzentren weiter steigen“, sagte Ralph Hintemann, Senior Researcher beim Berliner Borderstep-Institut, kürzlich in Darmstadt. Und Hans-Joachim Popp, CIO beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), kritisierte: „Ein Rechenzentrum macht heute im Grunde nur aus kalter Luft heiße, die dann verpufft.“ Genau dies müsse ein Ende haben, wenn RZ wirklich effizienter werden sollten.

Die Abwärme weiter zu nutzen, ist einer der Wege dorthin.Eine originelle Methode dafür präsentierte eine preisgekrönte Designstudie der ICT Facilities GmbH. Hier wird die vom Prozessor erzeugte Abwärme zu einem derzeit noch sehr geringen Anteil (1,06 %) mittels eines auf den Chip montierten Peltier-Elements direkt in Strom umgewandelt, der anschließend in die Batterien der Überbrückungsstromversorgung zurückfließt.

Eine naheliegendere Methode der Abwärmenutzung ist die Einspeisung in einen Heizkreislauf. Doch häufig scheitert das an einem fehlenden Abnehmer: Wärmenetze sind in Deutschland nicht so verbreitet wie etwa in Dänemark, wo eine derartige Abwärmenutzung bereits üblich ist. Und ist ein Wärmenetz in der Nähe, ist oft nicht klar, wer die kostspielige „letzte Meile“, also die Verbindung zwischen Rechenzentrum und den ersten Rohren der Wärmeinfrastruktur, schaffen und bezahlen soll. So bleibt es dann bei der Verpuffung.

Allerdings starten nun Versuche, um das zu ändern: Die TU Darmstadt will die RZ-Abwärme ab 2018 direkt ins hauseigene Wärmenetz umleiten und so über 20 % Heizenergie sparen. Und das Forschungs-Hochleistungsrechenzentrum des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) fährt seine Rechenanlagen mit 45 °C, kühlt sie mit warmem Wasser und heizt mit der Abwärme dann die Büros der Einrichtung. Dafür ist das Wasser heiß genug: Um effektiv für Heizzwecke eingesetzt werden zu können, braucht eine Kühlflüssigkeit am Ausgang des RZ eine Temperatur von mindestens 55 °C. Ein früher undenkbares Konzept. Aber aktuelle Erkenntnisse aus verschiedenen Rechenzentren deuten darauf hin, dass es eher Temperaturschwankungen als gleichmäßig hohe Temperaturen sind, die dem IT-Equipment zu schaffen machen.

Deshalb sei die Frage „Wasser oder Luft“ im Grunde eine des Mutes, erklärte DLR-CIO Popp in Darmstadt. Davon gebe es in der deutschen RZ-Industrie entschieden zu wenig. Er zeigte sich überzeugt: „Luft wird zugunsten besser leitfähiger Medien aus dem Rechenzentrum verschwinden.“

Popp scheint genügend Mut zu besitzen, denn er entschied sich beim Aufbau neuer RZ-Ressourcen für eine wassergekühlte Lösung der Thomas-Krenn AG. Das Unternehmen will seine wassergekühlten Systeme noch in diesem Jahr kommerziellen Kunden anbieten. Derzeit besteht das Angebot aus einem Rack, in dem sich am hinteren Ende Pumpe, Wärmetauscher und ein Druckausgleichsgefäß befinden. Dazu kommen die Komponenten, die man einfach in das Gerät einschiebt. Sie sind mit einem die ganze Oberfläche bedeckenden wasserführenden Kühlkörper versehenen, der am hinteren Ende einen Anschluss an das Flüssigkühlsystem besitzt. Er ist gasdicht, stammt aus der Raumfahrttechnik und rastet ohne Schrauben automatisch ein.

Ist kein Abnehmer für die Wärme verfügbar, kann sie auch in eine Kältemaschine fließen, die sie dann in Kälte fürs Kühlen umwandelt. Diese Technologie lohnte sich bisher nur bei großen Wärmemengen. Das Unternehmen Invensor bietet sie nun für Kälteleistungen von 10 kW bis 90 kW an und damit in Dimensionen, wie sie in mittleren Rechenzentren vorkommen.

Beim Abkühlen des Kühlmediums mit Wasserdampf kann man ebenfalls Energie sparen: Der eChiller des Unternehmens Efficient Energy setzt den Druck des Kühlwassers herab, was seine Verdampfungstemperatur erheblich verringert. Die Verdampfung soll so mit 80 % weniger Energieaufwand eintreten als bei vergleichbaren Geräten.

Dass sich derartige Technologien schneller ausbreiten, dafür soll das Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren (NeRZ) sorgen. Derzeit vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Innovationsprogramms Mittelstand gefördert, wollen dessen Mitglieder schon 2018 beginnen, eigene innovative Projekte und Produkte im Bereich RZ-Effizienz speziell für den Mittelstand zu entwickeln.

Erklärtes Ziel des NeRZ ist es, Deutschland als Standort der energieeffizientesten und sichersten Rechenzentren weltweit zu etablieren. Durch konsequente Nutzung fortschrittlicher Technologien könnten Rechenzentren sogar zu einem Treiber der Energiewende werden.jdb

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