© Foto | ebm-papst, Ralf Kreuels

Cool bleiben

Rechnen erzeugt Wärme. Rechner mögen es aber lieber kühl. Eine Klimalösung für das neue Datacenter des Deutschen Wetterdienstes in Offenbach


22 Grad Celsius, 55 Prozent Luftfeuchtigkeit. Und das möglichst ohne Schwankungen, rund um die Uhr, an 365 Tagen im Jahr. Die Supercomputer im nagelneuen Rechenzentrum des Deutschen Wetterdienstes haben klare Vorstellungen von ihrem eigenen „Wohlfühlklima“. Wird es den Rechenknechten nur wenige Grade zu warm, stellen sie ihren Dienst ein. Damit das nicht passiert, setzt Michael Jonas, der Leiter des Deutschen Meteorologischen Rechenzentrums (DMRZ), auf ein ausgeklügeltes Klimakonzept. Das sichtbare i-Tüpfelchen dieses Kühlsystems thront ganz oben auf dem Dach der neu gebauten Wetterzentrale: Acht mächtige Rückkühlwerke mit einer Gesamtleistung von 2.600 Kilowatt nehmen es mit der geballten Wärmelast des Rechenzentrums (RZ) auf. Dabei bewegen 80 große EC-Axialventilatoren eine Luftmenge von fast einer Million Kubikmetern pro Stunde. Viel Wind, damit die Wettercomputer cool bleiben und weiter rechnen. Die Nachbarn im umliegenden Wohngebiet können dennoch ruhig schlafen: Dank der stufenlos regelbaren und flüsterleisen EC-Motoren beträgt der Schalldruckpegel in 50 Metern Abstand gerade einmal 19?dB?(A) und liegt damit weit unter den gesetz­lichen Zielwerten für Wohngebiete.

Und nun zum Wetter

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80 große EC-Ventilatoren sorgen auf dem Dach des DWD für die notwendige Rückkühlung

Für eine fundierte Wettervorhersage benötigt die moderne Meteorologie neben viel Erfahrung und einer Vielzahl von Messdaten vor allem eines: Rechenleistung! Numerische Wettermodelle überziehen den Globus mit einem feinmaschigen mathematischen Gitter. Je feiner dieser digitale Netzstrumpf, desto realistischer die Ergebnisse – und desto höher der Leistungshunger. Ein Hunger, den Michael Jonas jedoch nicht unbegrenzt stillen kann. Da er nicht nur für die Technik, sondern auch fürs Budget verantwortlich ist, muss er die Wirtschaftlichkeit des Datacenters im Auge behalten. Das gilt auch für die Kühlung der beiden RZ-Räume. Eigentlich hätten es die Rechner gerne noch ein paar Grad kühler, der Wert von 22 Grad ist ein Kompromiss zwischen dem Stromverbrauch und der Verfügbarkeit und Sicherheit der Anlagen.

Auf über 1.000 Quadratmetern reihen sich Rechner an Rechner, Rack an Rack, Schrank an Schrank. Und es werden stetig mehr. Zum Vergleich: Im Jahr 2003 erreichte das DMRZ eine Rechenkapazität von 3.000 Giga-FLOPS – rund 3.000 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde, entsprechend etwa der Leistung von 20.000 PCs. In der Endausbaustufe 2012 wird Michael Jonas seinen Nutzern eine Leistung von 50 Tera-FLOPS zur Verfügung stellen können. Dies sind rund 50.000 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde – die Leistung von rund 400.000 PCs. Wer so viel rechnen muss, braucht dafür auch eine Menge Strom: Schon heute genehmigen sich die Systeme inklusive der notwendigen Kühlung eine Stromaufnahme von gut 600 Kilowatt. Ein Wert, der bis zum Jahr 2012 auf annähernd 2.000 Kilowatt steigen wird.

Strom rein, Wärme raus

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Was als Strom hereinkommt, muss als Wärme wieder hinaus, so eine Faustregel. Bei der Planung der RZ-Klimatisierung sind daher unterschiedliche Faktoren zu berücksichtigen: Neben Raumgröße, Stromaufnahme, Redundanz und Thermodynamik spielt die Energieeffizienz eine wachsende Rolle. Das DMRZ setzt auf ein Kaltwasser-Pumpenkreislaufsystem (5.000-Liter-Reservoir im Keller) sowie eine Umluftkühlung mit Präzisionskältesystemen vom Typ Stulz CyberAir. In der kalten Jahreszeit wird zusätzlich durch die Zufuhr von Außenluft gekühlt. Mit sinkender Außentemperatur sinkt damit auch die Last für die Kompressoren in den Klimasystemen. Das intelligente Stand-by-Management reduziert diese Last nochmals. Es verteilt die vorgehaltenen Reservekapazitäten gleichmäßig auf alle Systeme, diese laufen dadurch im Teillastbereich und damit besonders sparsam. Weiteres Einsparpotenzial liefern die Lüfter der CyberAir Klimasysteme. Wie die großen „Kollegen“ auf dem Dach werden auch sie von elektronisch geregelten EC-Gleichstrommotoren angetrieben und liefern exakt den Luftstrom, der gebraucht wird. Nicht weniger, aber auch nicht mehr. Sie passen sich stufenlos der jeweiligen Leistungsanforderung an und laufen im Teillastbereich besonders effizient.

Geregelter Luftverkehr

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Die von den Klimasystemen erzeugte Kaltluft wird per Downflow über den Doppelboden direkt in und an die Racks und Computerschränke geleitet. Dabei sorgt das Prinzip des „Kaltgang / Warmgang“ für einen optimalen Kühlkreislauf. In einem Kaltgang wird die kühle Luft der Klimageräte durch die gelochten Bodenplatten abgegeben und von den Lüftern der Rechner angesaugt. Die aufgeheizte Luft fließt anschließend in den gegenüberliegenden Warmgang, steigt zur Decke und strömt zurück zum Klimagerät. Ein Wasser-Glykol-Gemisch nimmt die überschüssige Wärme auf und gibt sie an die Rückkühler auf dem Dach des Gebäudes ab. In der kühlen Jahreszeit haben die Rückkühler nicht viel zu tun, der Abwärmeanteil geht gegen null. Der Grund: Die Wärme wird dem Kühlmittel über eine Wärmepumpe entzogen und beheizt damit die über 22.000 Quadratmeter großen Büroflächen des Deutschen Wetterdienstes. So liefern die Computer den Meteorologen und Wissenschaftlern nicht nur die heiß ersehnte Rechenleistung, sondern sorgen gleichzeitig auch noch für ein behagliches Raumklima.

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