Nachhaltige Kühlung von Rechenzentren

NDC-GARBE 30/11/2021

Für den Klimaschutz ist die Digitalisierung Fluch und Segen zugleich. Zum einen führt die zunehmende Nutzung von digitalen Technologien zu steigendem Energieverbrauch, auf der anderen Seite ergeben sich aber auch eine Reihe neuer Möglichkeiten, um dem Klimawandel entgegenzuwirken.

Rechenzentren sind durch den digitalen Wandel der letzten Jahre zum unverzichtbaren Gut geworden, um die Verarbeitung der enormen Datenmenge stemmen zu können. Das beutetet aber gleichzeitig einen steigenden Stromverbrauch. Rechenzentren verbrauchten in 2020 alleine in Frankfurt ca. 1.600 Gigawattstunden und damit 20 Prozent des gesamten Stromverbrauchs der Stadt. Das führt dazu, dass Rechenzentren für knapp 2 Prozent der globalen Treibhausemmissionen verantwortlich sind. Um dies zu verringern, muss innerhalb der Rechenzentren, neben dem Serverbetrieb auch ein Auge auf die Kühlung geworfen werden. Denn 30 bis 60 Prozent des Energiebedarfs entfallen auf die Kühlsysteme.

Bei Kühlsystemen wird grundsätzlich zwischen zwei Arten unterschieden:

Luftkühlung

Luftkühlsysteme gelten als bewährte Technik und werden seit Jahren eingesetzt. Dabei strömt kalte Luft über und um die Hardware. Entstehende Wärme wird durch den Luftaustausch abgeführt. Dabei gibt es die Unterscheidung zwischen Raum-, Reihen- und Rack-basierten Systemen.

Da moderne Workloads eine hohe Dichte an Racks und Servern brauchen, ist der Platz im Rechenzentrum jedoch begrenzt. Das führt dazu, dass alte Luftkühlungen nachgerüstet werden müssen, was mit hohen Kosten verbunden ist. Hinzu kommt, dass Luft kein effizientes Wärmeübertragungsmittel ist (Wärmekapazität: ca. 1,005 kJ / (kg K)). Daraus folgt, dass in kalten Regionen die Außenluft zwar effizient unterstützt, in wärmeren Regionen mit viel Energie nachgeholfen werden muss.

Flüssigkühlung

Flüssigkeitskühlsysteme sind relativ neu, bieten aber großes Potenzial für die Nachhaltigkeit. Daher setzten moderne Rechenzentren zunehmend auf diese Methode, auch aufgrund der hohen Effizienz (Wärmekapazität: ca. 4,19 kJ / (kg K)). Flüssigkeit überträgt Wärme besser als Luft: 30-fach höhere Wärmeleitfähigkeit und demnach eine 4-fache Wärmekapazität.

Die Systeme können beispielsweise durch Wärmetauscher an den Rückwänden der Rechnersysteme angebracht werden und dabei die warme Abluft direkt mit Wasser kühlen. Dabei benötigen die Systeme weniger Platz und erlauben somit eine höhere Rechendichte. Die gesamte Baufläche kann damit effizienter genutzt werden. Hinzu kommt, dass der ideale Standort für das Rechenzentrum nicht mehr von klimatischen Bedingungen abhängt.

Weitere Informationen und des gesamten Fachartikel von Herbert Radlinger, Geschäftsführer bei NDC-GARBE lesen Sie hier.