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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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