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Optimierungspotentiale bei der Kühlung nutzen

Anwendungen für EC-Ventilatoren im Rechenzentrum


Das Schlagwort „Green IT“ ist aktuell in aller Munde – gerade bei der in Rechenzentren unerlässlichen Kühlung ist heutzutage ein energiebewusstes Verhalten unerlässlich. Vor allem im Hinblick auf die immer weiter steigenden Rechenleistungen lohnt ein Umstieg auf energieeffiziente Ventilatoren. Moderne EC-Technologie kann hierzu viel beitragen indem sie unteranderem die Umwelt und den Geldbeutel des Betreibers schont. Bei Rechenzentren ist ein Ende des Wachstums nicht abzusehen. Trends wie mobiles Internet, Cloud-Computing und Internet-TV fordern immer höhere Leistungen, da das Datenvolumen ständig steigt. Rechenzentren sind dadurch zu einem beachtlichen Energieverbraucher geworden. Schon 2008 verbrauchten gewerbliche Rechenzentren in Deutschland rund 10 Terrawattstunden Strom, was knapp 2 % des Gesamtenergieverbrauchs entsprach. Dieser Wert wird sich zukünftig noch erhöhen, wenn Rechenzentrumsbetreiber, Facility- und IT-Verantwortliche nicht in thermische Optimierungen investieren. Dabei zeigt die Praxis, dass 35-50 %, also etwa die Hälfte des Energiebedarfs eines Rechenzentrums, allein für die Kühlung benötigt wird. Hierbei bestehen gerade bei der Klimatechnik enorme Energieeinsparpotentiale. Inzwischen sind moderne Rechenzentren in Betrieb, die mit einem PUE-Wert von etwa 1,1 arbeiten. Der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) beschreibt das Verhältnis vom Energiebedarf der eigentlichen IT-Hardware und der Gesamtenergieaufnahme eines Rechenzentrums. Die Kennzahl ist also ein Maß für die Effizienz der nicht IT-relevanten Umgebung, im Besonderen der Klimatechnik. Bei konventionell betriebenen Rechenzentren soll der PUE-Wert bei 1,9 liegen, d. h. nahezu die Hälfte der Gesamtenergieaufnahme wird nicht für die Rechenleistung verwendet und dient somit nicht dem eigentlichen Zweck eines Rechenzentrums.

Geringerer Energieverbrauch durch freie Kühlung

Bild_1_Fan_Grid

Bild 1: Freie Kühlung im Rechenzentrum. Zentraler Bestandteil ist ein so genanntes FanGrid, hier ein Messeexponat.

Die Palette an Kühlmöglichkeiten für Rechenzentren ist breit gefächert. Das ist notwendig, da es auch in Zukunft keine Universallösung geben wird. Schließlich haben bauliche Gegebenheiten genauso Einfluss auf die Auswahl wie die eingesetzte Technik oder die klimatischen Verhältnisse am Standort. Lokale Kühlkonzepte, also eine direkte Serverkühlung im Rack, haben daher ebenso ihre Berechtigung wie Konzepte zur Kühlung ganzer Rechenzentrumsareale oder gar des kompletten Gebäudekomplexes mit einer zentralen Einheit. Verstärkt setzen Betreiber von Rechenzentren dabei auf die so genannte freie Kühlung. Sie kommt ohne energieintensive Kältemaschinen aus und nutzt die Umgebungsluft des Rechenzentrums. Eine wichtige Rolle spielen dabei z. B. mehrere parallel arbeitende Ventilatoren, die für die definierten Zu- und Abluftströme innerhalb des Gebäudes sorgen. Solche „FanGrids“ lassen sich in praktisch beliebiger Größe und Anordnung zusammenstellen, sodass eine ideale Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten erreicht wird (Bild 1). Durch den modularen Aufbau sind die Systeme skalierbar und der Anwender kann wählen, ob er mehrere kleinere oder weniger große Ventilatoren einsetzt.

EC-Technologie bringt Vorteile

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Bild 2: Die RadiPac Baureihe ist mit einer Antriebsleistung von 500 Watt bis 12 Kilowatt in den Baugrößen 250 mm bis 1.250 mm Außendurchmesser verfügbar.

ebm-papst ist Weltmarktführer auf dem Gebiet der EC-Technologie und seit vielen Jahren im Bereich der Kühlung von Rechenzentren vertreten. Der Ventilatorenspezialist hat auf diesem Gebiet Impulse gesetzt und bietet auf dieser Basis Lösungen für energieeffiziente Konzepte mit einer breiten Auswahl geeigneter Ventilatoren. Die neue „RadiPac“-Produktreihe (Bild 2) kombiniert eine durch das Rahmendesign hohe Flexibilität mit maximaler Leistung, gerade bei Anwendungen in denen ein mittlerer Betriebsdruck gefordert ist.

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Bild 3: Der Radialventilator „RadiCal“ für den Einsatz in der Luft- und Klimatechnik. Die Laufräder der Ventilatoren sind perfekt auf Motor und Elektronik abgestimmt, um eine hocheffiziente Gesamtlösung zu erzielen.

Hierbei sind Volumenströme von bis zu 35.000 m³/h pro Ventilator möglich. Je nach gewünschtem Arbeitspunkt bieten sich aber auch andere Ventilatoren aus dem breit gefächerten Produktprogramm der Mulfinger Spezialisten an. Basierend auf den Kernkompetenzen in Strömungstechnik, Motortechnik und Elektronik wurde z. B. die Baureihe „RadiCal“ (Bild 3) entwickelt. Die Radialventilatoren RadiCal zeichnen sich durch ihre besonders niedrigen Geräuschemissionen aus, sie entfalten ihre Stärken speziell im niedrigen Druckbereich. Diese Radialventilatoren stehen zurzeit in den Baugrößen 133 bis 630 mit Antriebsleistungen zwischen 35 W und 3 kW zur Verfügung. Die realisierbaren Volumenströme erreichen bis zu 15.000 m³/h pro Ventilator. Beide Ventilatorbaureihen arbeiten, sowohl im Volllast- als speziell auch im Teillastbetrieb, mit hohem Wirkungsgrad und sind ausgesprochen leise.

Regelbarkeit, Busvernetzung, Redundanz und lange Lebensdauer

Ein weiterer Vorteil sind die kompakten Abmessungen der Ventilatoren. Der elektronisch kommutierte Außenläufermotor ist direkt im Laufrad integriert, dadurch reduzieren sich die Einbaumaße enorm. Die in den Antrieben integrierte Elektronik ist nicht nur perfekt auf die eingesetzten EC-Motoren abgestimmt, sondern lässt sich wahlweise analog über ein 0-10 V-Signal oder digital über eine MODBUS Schnittstelle ansteuern. Bei den FanGrids, bei denen viele Ventilatoren parallel im Einsatz sind, bietet die Busvernetzung Vorteile: Angefangen von der Konfiguration bei der Inbetriebnahme bis hin zu Service, Fehlerdiagnose und Wartung vereinfacht sich der Umgang mit der Technik erheblich, wenn der Techniker vom zentralen PC aus auf die Ventilatoren zugreifen kann. Dabei können die Ventilatoren von ebm-papst über die MODBUS Schnittstelle in ein BMS (Building Management System) oder in ein DCIM (Data Center Infrastructure Management) integriert werden. Über dieselbe Schnittstelle lassen sich die Motordrehzahlen stufenlos steuern. Eine bedarfsgerechte Leistungsanpassung ist damit sehr komfortabel möglich. Die Luftleistung der FanGrids lässt sich so perfekt an die jeweiligen Umgebungs- und Betriebsbedingungen des Rechenzentrums anpassen. Gleichzeitig ist es einfach, die beim Ausfall eines Ventilators notwendige Redundanz mit einzubauen. Man erhöht die Drehzahl der „Nachbarn“, sodass der gleiche Luftstrom erhalten bleibt.

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