Energieeffizienz im Rechenzentrum –

warum Flüssigkühlung?

 
Der Energiebedarf der IT wächst und wächst. Der Stromverbrauch von Rechenzentren in Deutschland entsprach schon 2015 dem von drei Millionen Privathaushalten. Kühlung und Klimatisierung tragen nach den Servern den größten Anteil daran. Und fast immer wird die Abwärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben.  

Jährlicher Energiebedarf deutscher Rechenzentren in TWh mit Prognose (Quelle BMWi 2015, Borderstep, Dr. Hintemann).

 
Die Stromkosten machen etwa 20 bis 40 Prozent der gesamten Betriebskosten eines Rechenzentrums aus. Für Deutschland als Rechenzentrumsstandort wird das wegen besonders hohen Strompreisen zum Problem. Viele RZ-Betreiber wandern ins Ausland ab, obwohl die meisten anderen Standortfaktoren als sehr günstig beurteilt werden.

Bewertung von Standortfaktoren durch deutsche RZ-Betreiber (Quelle: Borderstep Institut, Rechenzentren in Deutschland, 2014).

 
Laut einer BITKOM-Studie aus dem Jahr 2015 sehen die Betreiber bei Klimatisierung und Kühlung die größten Einsparungspotenziale. 77 Prozent der Befragten erwarten in diesem Bereich Verbesserungen. Bei der Abwärmenutzung sind es 59 Prozent. Allerdings sind die Potenziale klassischer Luftkühlung weitgehend ausgereizt. Hier sind mit großem Investitionsaufwand nur noch geringfügige Verbesserungen zu erreichen. 

Hinzu kommt, dass neue Generationen von Hochleistungs-CPUs so viel Wärme produzieren, dass sie mit Lüftern kaum noch gekühlt werden können. Pro Quadratzentimeter produziert eine moderne Server-CPU schon jetzt viermal so viel Wärme wie eine Herdplatte.

Damit wird die Kühlung zum limitierenden Faktor, wenn es darum geht, die Leistungsdichte im Rechenzentrum zu steigern.  Bei herkömmlichen 19-Zoll-Servern und Luftkühlung stagniert die maximale Leistungsdichte in der Praxis seit Jahren und liegt bei etwa 5 kW pro Rack. Je nach Auslastung und Virtualisierungsgrad sind im Betrieb Werte zwischen 1,5 und 4 kW die Regel. Mit flüssig gekühlten Servern lässt sich die Leistungsdichte mehr als verdoppeln ohne proprietäre Technologien wie etwa Blades einsetzen zu müssen.  

Flüssigkühlung ist wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität von Wasser prinzipiell um Größenordnungen effektiver als Luftkühlung. Bei der Entwärmung durch Heißwasser ist der Anwender außerdem wesentlich flexibler bei der Abwärmenutzung, da dieses den Einsatz von herkömmlichen Wärmetauschern und Pufferspeicher der Gebäudetechnik erlaubt.  

Innovative Kühlkonzepte bieten also nicht nur für die Betreiber auf lange Sicht handfeste Kostenvorteile, sondern sind eine Notwendigkeit, wenn der Standort Deutschland für den Rechenzentrumsmarkt attraktiv bleiben soll.