Blaupause für das perfekte Datacenter: Kühlung

Vor einigen Jahren war ich am Bau eines brandneuen Datacenters beteiligt. Für einen Datacenter-Verwalter ist das ein großer Luxus, weil ich so das Gebäude ganz entsprechend den neuesten Technologien einrichten konnte. Gleichzeitig war es aber auch eine Herausforderung, denn es gibt keine Blaupause für ein perfektes Datacenter. Ich möchte Sie an meinen Entscheidungen und Überlegungen teilhaben lassen. In diesem Teil: das Kühlsystem.

Auf dem Papier scheint die Wahl eines Kühlsystems vor allem die Wahl einer bestimmten Kühltechnik zu sein. Der Platz, an dem die Server stehen, ist allerdings mindestens ebenso entscheidend. Server arbeiten durchgängig am Besten in einer Umgebung von 20 bis 22 Grad. Ein kleiner Raum heizt sich schneller auf, sodass das Kühlsystem viel aktiver kühlen muss. Außerdem müssen zwischen dem Server-Rack und der Decke mindestens sechzig Zentimeter Platz sein. Eine niedrigere Decke eignet sich nicht, weil die kalte Luft dann nicht gut abgeleitet werden kann, sodass die Ventilatoren der Server selbst besonders schwer arbeiten müssen. Es ist auch wichtig, dass Sie von unten her kühlen und wünschenswert, dass die Server auf einer Erhöhung stehen. Denn warme Luft steigt auf.

Kühlung mit Außenluft

Meiner Ansicht nach kann man ein Datacenter am Besten mit einem hohen, offenen Raum einrichten. Die Wärme kann dann weit aufsteigen. Wenn Sie mit Außenluft kühlen wollen, dann ist es theoretisch sogar möglich, die Server draußen unter einer Abdeckung aufzustellen. Intel hat in der Vergangenheit an einem Standort mit günstigem Klima (wenig Regen und wenig schwankende Außentemperaturen) experimentiert. Dann gibt es allerdings wieder andere Herausforderungen wie Schutz vor Feuer und Diebstahl. Außerdem kann die Außenluft nicht sauber sein. Es können beispielsweise Tierchen umherfliegen oder es befinden sich Pollen in der Luft.

Adiabatische Kühlung

Die klassische Technik zum Kühlen eines Datacenters ist noch immer Kompressorkühlung, bei der ein Kühlmittel verwendet wird, meistens Wasser, um die warme Temperatur abzuleiten und kalte Temperatur hinzuzufügen. Das Wasser wird gekühlt, indem es in die Außenluft geleitet wird. Und wenn das nicht ausreicht, wird es mit Kompressorkühlern gekühlt. Das Wasser wird danach dazu benutzt, um die kalte Energie zu transportieren und in den Datacenter-Raum zu expandieren, der gekühlt werden muss. An sich ist das ein schönes System, aber man benötigt teure Kompressoren und Pumpen, die Energie verbrauchen und das Risiko in sich bergen, auszufallen.

Es wird deshalb oft nach alternativen Kühltechniken geschaut, die weniger Technik erfordern. Und das macht sich sofort in einer niedrigeren Energierechnung und einem besseren Preis für den Kunden bemerkbar. So wird beispielsweise immer öfter eine Ölkühlung eingesetzt. Die Datacenter-Geräte stehen dann in einem Bad aus Mineralöl. Mineralöl absorbiert Wärme besser als Luft, weshalb die Wärme leichter abgeleitet werden kann. Ein anderes Kühlsystem, das schon etwas länger im Umlauf ist, ist adiabatische Kühlung oder Verdampfungskühlung. Luft wird dann gekühlt, indem Kühler in der Außenluft mit Wasser bespritzt werden, sodass Verdampfung auftritt.

Plattenwärmetauscher

Adiabatische Kühlung hat als wichtigen Nachteil den Wasserverbrauch, der auch wieder Kosten mit sich bringt. Ein System, das momentan mehr im Interesse steht, ist die indirekte adiabatische Kühlung. Die Temperatur der Luft im Datacenter wird hierbei mithilfe der Außenluft und einem Plattenwärmetauscher gesenkt. Das bedeutet, dass die Luft im Datacenter bei einer niedrigen Außentemperatur indirekt durch die Außenluft gekühlt wird. Wird es draußen wärmer, dann wird der Plattenwärmetauscher befeuchtet. Das Wasser verdampft auf der Platte im Wärmetauscher und entzieht die Wärme aus der Luft im Datacenter. Dies ist ein sehr schönes System, weil die Außenluft nicht ins Datacenter eingebracht wird. Diese Art der Kühlung steckt allerdings noch in den Kinderschuhen. Wir haben dieses System zwar für das neue Datacenter in Erwägung gezogen, letztendlich aber davon abgesehen. Die Entwicklung dieses Systems ist allerdings interessant genug, um sie im Auge zu behalten.

Intelligent free cooling

Letztendlich haben wir uns für eine andere Kühltechnik als die oben behandelten Varianten entschieden, nämlich 'intelligent free cooling'. Das bedeutet, dass wir die Außentemperatur mit Sensoren im Auge behalten und sie benutzen, wenn es opportun erscheint. Wenn das nicht so ist, verwenden wir die klassische Kompressorkühlung mit Wasser als Kühlmittel. Ein wichtiger Punkt dabei ist, dass wir die abfließende Wärme auch für die Beheizung des Büroturms neben dem Datacenter benutzen. Dies ist eine hervorragende Art, unsere operativen Kosten weiter zu senken und ein ganzes Gebäude mit bezahlbarer Heizung zu versorgen.

Der Vorteil dieses Systems ist, dass wir die Geräte in unserem Datacenter ohne Anpassungen benutzen können. Wir haben nicht den Nachteil der adiabatischen Varianten, dass man dem System Wasser hinzufügen muss. Intelligent free cooling ist eine Kombination aus erprobten Techniken, weshalb wir die Sicherheit haben, dass es ein zuverlässiges System ist. Außerdem ist es ein sehr nachhaltiges Kühlsystem, weil es die Außenluft nutzt und die Restwärme zur Heizung von Büros wiederverwendet wird.

Haben wir damit die beste Wahl getroffen? Wir denken schon. Der Punkt ist, dass es eine große Anzahl verschiedener Kühlsysteme gibt, die alle unterschiedliche Abhängigkeiten haben. Das macht einen Vergleich schwer. Sie müssen mehrere Szenarien nebeneinander legen. Ein niedriger PUE (Power Usage Effectiveness) ist nicht das Einzige, was zählt. Sie müssen auch Berechnungen mit Teillast machen. Ein kommerzielles Datacenter muss das berücksichtigen.

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