Effiziente Kühlsysteme für stabile und performante Prozesse – Serverkühlung: Das Rückgrat der Digitalisierung

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Ob im Home Office oder beim Streaming: Die weltweite Covid-19-Pandemie und damit verbundene Kontaktbeschränkungen führen zu einer starken Auslastung des Datennetzwerks. Damit Rechenzentren überhaupt funktionieren, müssen sie rund um die Uhr gekühlt werden. Als Experte auf dem Gebiet erläutert Ingo Gdanitz, Business Development Manager bei der technotrans SE, die Herausforderungen und Potenziale effizienter Serverkühlung.

Um den hohen Bedürfnissen an Rechenzentrumskapazitäten gerecht zu werden, wächst auch der Kühl- und Energiebedarf stetig an«, erklärt Gdanitz. Der Sassenberger Kühl- und Temperierspezialist technotrans rechnet auch nach der Corona-Krise mit einer erhöhten Nachfrage. Die Auswahl eines effizienten und kundenspezifischen Kühlsystems sei dabei die wichtigste Maßnahme. Serverkühler gibt es in der Branche in sämtlichen Größen und Leistungskategorien, die je nach Wärmelast zum Einsatz kommen.

Worauf es bei der Serverkühlung ankommt. Gdanitz weist insbesondere auf die Energieeffizienz der Kühltechnik hin: »Optimierungsmaßnahmen können die Energieeffizienz der Serverkühlung signifikant verbessern.« Ein weiterer wichtigerer Punkt ist die Zuverlässigkeit der Technologie, denn für Anwender mit hochsensiblen Daten, die eine 100-prozentige Verfügbarkeit erfordern, wäre ein Ausfall der Kühlung fatal. Darüber hinaus ist das Monitoring, speziell für sogenannte Co-Location-Server-Zentren, von großer Bedeutung. Für den Fall, dass ein Rechenzentrum in mehreren Ausbaustufen geplant wird, ist schließlich auch die Erweiterbarkeit essenziell.

Aus jahrelanger Erfahrung weiß das Technologieunternehmen, dass beim Auslegen der Kühltechnik mehrere Faktoren berücksichtigt werden müssen:

  • Wärmelast: Je größer die Rechenleistung, desto höher ist die daraus entstehende Wärmelast, die von der Kühltechnik aus dem Rechenzentrum abgeführt werden muss.
  • Klimatische Bedingungen: Die Außentemperatur an den Server-Standorten entscheidet häufig über die Art der Kühltechnik.
  • Investitionsbudget: Ziel der Auslegung von Kühltechnik ist es, Anwendern möglichst kosteneffiziente Lösungen anzubieten.
  • Anwender-Modell: Abhängig von den Anforderungen des Anwenders, müssen Serverkühler bestimmte Leistungsansprüche wie Verfügbarkeit oder Erweiterbarkeit erfüllen.

In-Row-Wärmetauscher für den modularen Aufbau. In-Row-Wärmetauscher werden mit geringem Aufwand direkt zwischen die einzelnen Server-Racks platziert. Sie nehmen die Abwärme der Server auf, geben sie ans Kühlwasser ab und drücken kühle Luft zurück. Ein Beispiel dafür ist der In-Row-Wärmetauscher aus der technotrans-Gruppe: Die einzelnen Lüfter einer Kühleinheit sind jederzeit modular auf- oder abbaubar, sogar im laufenden Betrieb.

 

Abbildung 1: Das schematische Beispiel verdeutlicht den Aufbau eines vollständigen wassergekühlten Systems.

Abbildung 1: Das schematische Beispiel verdeutlicht den Aufbau eines vollständigen wassergekühlten Systems.

 

Zuverlässige Kühlung mit aktiver Kaltwassererzeugung. Kaltwassersätze, auch Chiller genannt, sind Kältemaschinen, die mittels eines Flüssigkeitskreislaufs Serverräume aktiv hinunterkühlen. Die Kaltwassererzeuger aus der technotrans-Gruppe sind atmosphärisch geschlossene Systeme, die in mehreren modularen Einheiten parallel betrieben werden können. »Das hat den Vorteil, dass eine hohe Verfügbarkeit aufgrund der redundanten Struktur gewährleistet wird«, sagt Gdanitz. Er rät dazu, den gesamten Kühlleistungsbedarf in kleinere Einheiten mit je 30 Prozent aufzuteilen. Sollte eine Einheit ausfallen, sind immer noch 90 Prozent des maximalen Kühlbedarfs verfügbar.

 

Abbildung 2: Technotrans-Freikühler (Wasserkühler) in V-Shape-Bauweise.

Abbildung 2: Technotrans-Freikühler (Wasserkühler) in V-Shape-Bauweise.

 

Hohe Energieeffizienz durch freie Kühlung. Freie Kühlung ist für den Außenbereich der Serverzentren gedacht, wo das warme Wasser ankommt und Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. technotrans setzt dazu auf eine indirekte Freikühlung, die die niedrige Außenlufttemperaturen nutzt, um den Zentralkühlkreis zu kühlen. Diese Funktion wird nutzbar bei Außenlufttemperaturen etwas unterhalb der gewünschten Serverraum-Temperatur und übernimmt mit weiter sinkender Außenlufttemperatur immer mehr Anteile der Kompressor-Kälteerzeugung, bis hin zu einer kompletten Abschaltung der Kompressoren.

Durch die Kombination aus aktiver und freier Kühlung lassen sich enorme Energieeinsparungen erzielen und die sogenannte Power Usage Effectiveness (PUE) von Rechenzentren deutlich steigern. Der PUE-Messwert dient dazu, den Wirkungsgrad eines einzelnen Rechenzentrums über einen bestimmten Zeitraum zu messen. »Im Vergleich zur herkömmlichen Kompressor-Kühlung können bis zu 50 Prozent des Energiebedarfs für die Serverkühlung eingespart werden«, sagt Gdanitz.

In Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Außentemperatur und zulässiger Temperatur im Serverbereich gibt es unterschiedliche Möglichkeiten der Kühlung. Im Optimalfall ist die Außentemperatur niedrig genug, um allein über Freikühlung den Serverbereich hinunter zu kühlen. In den wärmeren Perioden kann eine aktive Flüssigkeitskühlung mit Verdichterkälte nachgeschaltet werden, um auch in dieser Zeit eine zuverlässige Kühlung zu ermöglichen.

Nachhaltige Kühlung von Serverräumen. »Auch wir möchten die Technologien der Branche nachhaltig gestalten und legen deshalb einen Entwicklungsschwerpunkt auf die Steigerung von Energieeffizienz«, sagt Gdanitz. Dabei kommt es vor allem auf den Dreiklang der Kühlsysteme an: Konzept, Komponenten und Regelung. technotrans trägt auf konzeptioneller Ebene zu einer höheren Nachhaltigkeit durch den Einsatz von freier Kühlung bei. Alle aktiven Komponenten sind zudem in der Drehzahl anpassbar, um unnötigen Energieverbrauch zu vermeiden.

technotrans verfolgt dabei einen ganzheitlichen Ansatz und übernimmt auch die komplette Projektierung mit Installation sowie Inbetriebnahme aller notwendigen Komponenten. Für die unterschiedlichen Projektanforderungen steht eine bewährte Palette an Serverkühlsystemen in diversen Leistungskategorien und Industriestandards zur Verfügung.


Illustrationen: © MicroOne /shutterstock.com;  technotrans

 

 

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