Die Anforderungen an moderne Rechenzentren bezüglich Rechenleistung, Speicherkapazität oder Sicherheit nehmen stetig zu. Damit steigt auch deren Energiebedarf. Rechenzentren verursachen heute rund zwei Prozent der weltweiten CO2-Emmissionen. Das ist etwa gleich viel, wie der globale Flugverkehr freisetzt. Damit die empfindlichen Chips in den Computern nicht überhitzen, muss die Abwärme der Rechner ständig abgeführt werden.

Kalte Luft für richtige Betriebstemperatur
Damit die Computer auf ihrer richtigen Betriebstemperatur gehalten werden können, wird in der Regel kalte Luft von unten durch den gesamten Serverraum geblasen. Diese strömt durch die Schränke mit den elektronischen Elementen und wird als warme Luft wieder abgesogen. Auch an der Hochschule Luzern wurden die Rechner am Enterprise Lab bisher auf diese Weise gekühlt. Die Inbetriebnahme eines neuen IBM-Grossrechners nahmen Beat Wellig, Leiter des Kompetenzzentrums Thermische Energiesysteme & Verfahrenstechnik, und sein Team zum Anlass, das Kühlsystem zu optimieren.

Erfolgreiche erste Ergebnisse mit dem neuen Kühlsystem
Mit dem neuen Kühlsystem wird nicht mehr der ganze Raum gekühlt, sondern nur noch die Luft in den Schränken mit den Rechnern. Diese sogenannten Cool-Rack-Schränke wurden von der Thurgauer Firma Erich Keller AG entwickelt. Der Vorteil: Die warme Abluft und die kalte Zuluft vermischen sich nicht mehr. Dadurch geht weniger Energie verloren. Dank dieser Trennung muss nicht mehr der gesamte Raum auf 16 bis 18 Grad Celsius herunter gekühlt werden. Es genügt, wenn die Luft in den Schränken auf 26 Grad gehalten wird. Insbesondere braucht es keine energieintensive Kältemaschine mehr, die Luft in den Schränken kann direkt mit 24 Grad warmem Wasser gekühlt werden. Sobald das Wasser die Wärme aufgenommen hat, wird es auf das Dach des Gebäudes gepumpt. Hier gibt es in einem Hybridkühler Wärme an die Umgebung ab und fliesst in einem geschlossenen Kreislauf zurück in die Schränke.

Das neue Kühlsystem ist seit Juni 2013 im Enterprise Lab in Betrieb. Die ersten Monate verliefen durchwegs positiv. «Das System funktioniert einwandfrei. Wir sind überrascht, wie energieeffizient das neue Kühlsystem ist und haben die gewünschten Werte unterschritten», sagt Beat Wellig. Für die Bewertung der Energieeffizienz von Rechenzentren wird meistens der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) verwendet, welcher das Verhältnis des gesamten Energieverbrauchs des Rechenzentrums zum Energieverbrauch der IT-Komponenten darstellt. Normalerweise liegt dieser Wert zwischen 1.6 und 1.8, im Enterprise Lab bei 1.1. Das bedeutet, dass der Energieverbrauch für die Kühlung um rund Faktor 7 niedriger ist.

Potenzial der Cool-Rack-Schränke aufzeigen
Diese Cool Rack-Schränke, wie sie in Horw nun erfolgreich eingesetzt werden, sind auch bei anderen Rechenzentren im Einsatz. Die Ingenieure der Hochschule Luzern möchten zusammen mit der Herstellerfirma das Potenzial des Kühlsystems aufzeigen und gehen noch einen Schritt weiter: «Im Winter wollen wir die Abluft aus den Schränken direkt zum Heizen des Gebäudes verwenden», erklärt Beat Wellig. «Dadurch können wir die Energieeffizienz nochmals verbessern.» Neben der Energieeinsparung lohnt sich das neue System auch finanziell: Auf 25’000 Franken, so schätzt Wellig, werden sich die jährlichen Einsparungen summieren, die sich durch den tieferen Stromverbrauch ergeben.

Text: Hochschule Luzern