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Kühlung im Rechenzentrum: Wie bleiben Daten cool?

Wolfgang Müller - Content Editor | matrix technology

Wolfgang Müller ist Online-Editor und SEO-Redakteur für IT-, Tech- und Finsurance-Themen im Team Marketing von matrix technology. Mit großer Leidenschaft für guten Content begleitet er Trends an den Schnittstellen von Unternehmensstrategie, IT-Strategie, Datenmanagement und erfolgreicher Zusammenarbeit in interdisziplinären Teams. Dazu kombiniert er fundierte Recherchen mit Interviews von Fachexperten aus dem Kreis der matrix technology Mitarbeitenden und darüber hinaus.

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Server in Aktion benötigen elektrische Energie und erzeugen dabei Abwärme. Diese Wärme muss abgeführt werden. Das Ziel ist es, die Betriebstemperatur im Rechenzentrum in einem optimalen Bereich mit möglichst geringen Schwankungen zu halten. Das Optimum liegt bei Temperaturen um 22 Grad.

Insbesondere in heißen Monaten im Sommer reicht dafür eine reine Luftumwälzung nicht aus – denn dazu muss die Außenluft kühl genug sein. Daher muss es im Rechenzentrum ein Kühlsystem geben. Dabei geht es um zwei Ziele, die Betreiber von Rechenzentren in Einklang bringen müssen:

  • Aus Sicht der Daten- und Informationssicherheit muss die Effektivität gewährleistet sein. Das heißt, ein an den Standort des Rechenzentrums angepasstes Kühlsystem muss in der Lage sein, die gewünschten Zieltemperaturen im Innenraum durchgängig herzustellen.
  • Aus Sicht der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit geht es um Effizienz. Das bedeutet, das Kühlsystem sollte seine Aufgabe so erledigen können, dass der dafür zusätzlich nötige Energieaufwand möglichst gering ist.

Die Frage lautet: Wie bleiben Daten eigentlich „cool“? Grundsätzlich lassen sich drei Arten von Kühlung im Rechenzentrum unterscheiden. Die Konstellation wählt jeder Rechenzentrumsbetreiber individuell. Es gibt die

  1. Freie Kühlung
    • direkt: Die offene Zufuhr von unbehandelter Außenluft und Abfuhr von warmer Innenluft. Filter reinigen dabei die Luft von schädlichen Partikeln.
    • indirekt: Innenluft und Außenluft werden über Wärmetauscher geführt, wobei die Innenluft Wärme abgibt und die Außenluft Wärme aufnimmt.
  2. Mechanische Kühlung: Ist die Außenluft zu warm, muss sie vor der Zufuhr gekühlt werden. Bei der mechanischen Kühlung kommt dafür ein Kältemittel zum Einsatz.
  3. Verdunstungskühlung (auch „adiabatische Kühlung“): Die einströmende warme Luft kommt mit Wasser oder Wasserdampf in Berührung. Die so ausgelöste Verdunstung lässt die Lufttemperatur absinken.

Beispiel: Kühlsysteme im matrix-Rechenzentrum des Betreibers Space.NET

Kreislauf aus freier, direkter Kühlung und mechanischer Kühlung (vgl. Bilddatei):

Außenluft wird angesaugt und gekühlt und gefiltert in den Unterboden der Serverräume geleitet. Über den Unterboden wird die Luft in die Server-Racks abgegeben, wo sie sich wieder erwärmt. Die warme Luft wird in den Raum abgegeben und durch sogenannte "Chiller" wieder heruntergekühlt.

Kühlungsprozess eines Rechenzentrums

 

Tobias Härtinger, Key Account Manager Space.NET AG

"Unabhängig vom eingesetzten Kühlsystem in einem Rechenzentrum ist der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) eine der wichtigsten Messgrößen für die Nachhaltigkeit. Er setzt die Energie, die insgesamt in einem Rechenzentrum verbraucht wird, ins Verhältnis zur Energieaufnahme der IT-Infrastruktur. Mit Hilfe moderner Technik sind inzwischen Werte unter 1,3 erreichbar - diesen Wert erzielen wir auch in unserem Rechenzentrum. Je näher der Wert an 1 liegt, desto effizienter arbeitet ein Rechenzentrum."

Peter Bauer, Mitglied der Geschäftsführung von matrix technology

"Gerade in der aktuellen Situation, in der Energieknappheit und Klimaveränderung alle Wirtschaftssektoren betreffen, ist uns die Verlässlichkeit und vorausschauende Planung sehr wichtig. Deshalb sind wir in stetem Austausch mit unseren Rechenzentrumsbetreibern."

Welche weiteren Möglichkeiten gibt es, um Rechenzentren klimatisch zu optimieren?

  1. Redundanz und Intelligenz: Unter dem Aspekt der durchgängigen Verfügbarkeit aller im Rechenzentrum gehosteten Daten planen die Betreiber der Rechenzentren redundante und intelligente Systeme. Dazu gehört innerhalb eines Standorts eine Notstromversorgung, die bei möglichen Ausfällen der Hauptstromversorgung äußerst kurzfristig und zuverlässig einspringt. Intelligente Systeme sorgen dafür, dass dabei auch die angeschlossene Kältetechnik möglichst frei von Unterbrechungen weiterläuft.
  2. Dach- und Wandbegrünung: Einige Rechenzentren verfügen inzwischen über begrünte Dächer und / oder begrünte Wände. Die Begrünung wirkt wie eine isolierende Haut: Im Sommer bleiben die darunter liegenden Räume kühler, da auf der bepflanzten Dachfläche die gespeicherte Feuchtigkeit verdunstet und die Pflanzen zusätzlichen Schatten spenden. Im Winter hilft die Bodenschicht für die Dachbepflanzung dabei, Heizenergie zu sparen.
  3. Nutzung von Ökostrom: Um den Energiebedarf im Rechenzentrum zu decken, nutzen die Betreiber möglichst hohe Anteile von Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Teilweise kann auch eigene Energietechnik auf dem Dach des Rechenzentrums in eine Systemlösung integriert werden, wie beispielsweise Solarzellen. Damit der erzeugte Strom direkt vor Ort nutzbar wird, ist eine zusätzliche Regeltechnik nötig, mit der die Stromversorgung angepasst wird an situativ veränderte Gegebenheiten.
     

Was bewirken steigende Temperaturen und tendenziell heißere Sommer?

Steigende Durchschnittstemperaturen in den Sommermonaten führen dazu, dass Rechenzentrums-Betreiber vorausplanen müssen. Dazu gehört die Prüfung, ob die aktuell gewählte Konstellation an Kühlsystemen noch ausreicht. So wurden bereits vor mehreren Jahren die für die mechanische Kühlung bestimmten Systeme optimiert. Diese können nun äußere Lufttemperaturen bis 50 Grad Celsius bewältigen und auf das nötige Betriebsoptimum herunterkühlen.