Energiefresser Rechenzentrum: Effizienz dank neuer Kühlkonzepte

Als Messgröße der Energieeffizienz in Rechenzentren hat sich der sogenannte PuE-Wert (Power Usage Effectiveness) etabliert, der den Gesamtverbrauch eines Data Centers in Bezug stellt zum Verbrauch der Klimatisierung. Je näher dieser Wert der Zahl 1 kommt, desto effizienter arbeitet das Rechenzentrum. Beim neu errichteten Serverraum der Thomas-Krenn.AG liegt er aktuell bei 1,08. Zum Vergleich: Der Sieger des diesjährigen Effizienzwettbewerbs des European Code of Conduct erzielte einen PUE von 1,04. Wie hat das Unternehmen einen solchen Wert erreicht und was sollten Betreiber bei der Klimatisierung von Rechenzentren beachten?

Ein neues, intelligentes Kühlkonzept

Energie zu senken und zugleich zurückzugewinnen sollte hier oberste Priorität besitzen. Eine große Rolle spielt dabei die sogenannte freie Kühlung – sprich die Kühlung über die Außenluft. Bisher war damit jedoch ab einer Temperatur von plus 12 Grad Celsius Schluss und es musste maschinell gekühlt werden. Ein neueres, intelligentes Kühlkonzept stellt dagegen das der doppelten freien Kühlung dar. Dieses kombiniert die Vorteile bekannter und ebenso erfolgreicher Konzepte und ermöglicht in den meisten Ländern eine 90-prozentige Deckung des jährlichen Kühlbedarfs über die Außenluft – bei gleichzeitiger Reduzierung der Heizkosten. Bisher kommt diese Technologie nur bei sehr wenigen Unternehmen zum Einsatz. Gerade für Mittelständer stellt das Prinzip der doppelten freien Kühlung jedoch eine interessante Alternative zur herkömmlichen Klimatisierung dar. Zum einen eignet es sich nicht nur für große Rechenzentren, sondern ebenso für kleinere Serverräume mit einem Energiebedarf von beispielsweise 20 Kilowatt. Zum anderen amortisieren sich die Investitionskosten in der Regel bereits nach ein bis zwei Jahren.

Statt wie bisherige Konzepte der freien Kühlung nur auf einen indirekten Austausch von Außen- und Innenluft über einen Wärmetauscher zu setzen, wird hier mit direkter und indirekter freier Kühlung sowie herkömmlicher Klimatisierung gearbeitet, die automatisiert gesteuert werden. Basis ist dabei die Lufttemperatur außerhalb des Gebäudes: So kann bei Temperaturen zwischen zehn und maximal 22 Grad weiterhin rein über die Außenluft gekühlt werden. Eine maschinelle Kühlung ist erst bei Werten ab 22 Grad erforderlich. Bis zur 32-Grad-Marke erfolgt die Kühlung zwar nach wie vor auf Basis der Außenluft – jedoch muss diese zuvor durch ein Klimagerät abgekühlt werden. Steigt das Thermometer dagegen auf Werte über 32 Grad, ist es effizienter, lediglich die Abluft des Serverraums wiederzuverwenden und auf 22 Grad zu kühlen. Im Winter kann die warme Abluft zudem zur Beheizung angrenzender Gebäude genutzt werden – und der Kreislauf schließt sich.

Die doppelte freie Kühlung

Im Interview Markus Jungwirth, Manager IT-Administration bei der Thomas-Krenn.AG in Freyung.

digitalbusinessCLOUD: Herr Jungwirth, können Sie die Konzepte, die hinter der „doppelten freien Kühlung“ stehen, etwas genauer beschreiben?

Markus Jungwirth: Gerne. In vielen Ländern der Erde ist die mittlere Außentemperatur niedriger als die für eine Raumkühlung benötigte Zulufttemperatur. Um Energie einzusparen, sollte man diese daher für die Kühlung nutzen. Bisher existierten hierfür zwei Arten der freien Kühlung: Die direkte freie Kühlung und die indirekte freie Kühlung. Beides hochwertige Systeme, die den Klimatisierungsaufwand von Rechenzentren im Vergleich zur reinen Umluftkühlung bereits um 40 Prozent senken können. Die doppelte freie Kühlung verbindet nun die Vorteile beider Konzepte und ermöglicht zum Beispiel in Deutschland sogar eine Reduzierung um mehr als 70 Prozent. Dies ist vor allem der Tatsache zu verdanken, dass die Nutzung von direkter und indirekter freier Kühlung in einem Kompaktgerät erfolgt, wodurch die maschinelle Kühlung mittels Kältemaschinen o.ä. nur noch sehr selten benötigt wird und sich auch der Be- und Entfeuchtungsaufwand der Außenluft auf ein Minimum reduzieren lässt. Für den Betrieb der Anlage während eines Jahres wurden mehrere Betriebsfälle definiert, auf die IT-Case mit der jeweils optimalen Kühlart reagiert. Eine maschinelle Kühlung ist erst bei Temperaturwerten über 22 Grad erforderlich.

digitalbusinessCLOUD: Was bringt das Prinzip der doppelten freien Kühlung in Zahlen? Und welche Investitionen müssen dafür getätigt werden?

Markus Jungwirth: Insgesamt lag das Investitionskapital für das IT-Case inklusive aller Planungen und bauseitigen Maßnahmen, beispielsweise den Lüftungsschächten zum Beheizen der angrenzenden Produktionshalle, bei einem Nettowert von etwa 160.000 Euro. In Zahlen lässt sich sagen, dass wir bei einem Stromverbrauch im Serverraum von 22.500 kwh einen Klimatisierungsaufwand von etwa 6.200 kwh zu verzeichnen hatten (Stand 23.9.2013). Dieser Wert wurde allerdings im Sommer gemessen – die warme Außenluft musste oft mittels Kompressorleistung gekühlt werden, wodurch der Energieverbrauch höher ist als in den übrigen Jahreszeiten. Somit wird der Wert, auf das gesamte Jahr betrachtet, noch viel besser ausfallen.

digitalbusinessCLOUD: Lassen sich auch bestehende Infrastrukturen auf diese Weise effizienter machen?

Markus Jungwirth: Ja, man kann auch bestehende Systeme auf diese Weise nachrüsten. Allerdings erfordert ein solches Kühlkonzept immer eine genaue Planung und die räumlichen Gegebenheiten müssen vorhanden sein. Nicht selten steckt der Teufel im Detail. So erfordern etwa doppelter Boden sowie die nötigen Luftkanäle eine überdurchschnittliche Raumhöhe. Mit 3,80 Meter lagen wir hier gerade noch am unteren Ende des Machbaren.

digitalbusinessCLOUD: Welche Möglichkeiten gibt es darüber hinaus, Energie einzusparen?

Markus Jungwirth: Eine enorme Ersparnis bringt beispielsweise eine Warmgang-Einhausung, da so nicht mehr der gesamte Raum gekühlt werden muss, sondern die erhitzte Luft gezielt abgesaugt werden kann. Weiterhin können Virtualisierung, energieeffiziente neue Serversysteme und Netzwerkkomponenten den Energieverbrauch positiv beeinflussen.

digitalbusinessCLOUD:Herr Jungwirth, vielen Dank für das Interview!

Die Fragen stellte Armin Krämer.