© 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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