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Energieeffizienz

Stromverbrauch einsparen mit einer smarten Luftführung

| Autor/ Redakteur: Andreas Leuz / B.A. Sebastian Hofmann

Die Klimatisierung eines Rechenzentrums kann jede Menge Energie verschlingen – muss sie aber nicht. Das zeigt ein Projekt von Engie Services U.S. im Rechenzentrum eines Providers in New Jersey.

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Auf dem Dach des Data Centers stehen jetzt Ventilatoren mit Diffusoren von Ebm-Papst. Sie sorgen dafür, dass die warme Luft schnell abkühlt, und sind besonders geräuscharm.
Auf dem Dach des Data Centers stehen jetzt Ventilatoren mit Diffusoren von Ebm-Papst. Sie sorgen dafür, dass die warme Luft schnell abkühlt, und sind besonders geräuscharm.
(Bild: ebm-papst)

Der IT-Sektor zählt heute zu den größten Energieverbrauchern unserer Wirtschaft. Ein durchschnittliches Rechenzentrum verschlingt pro Jahr etwa 200 GWh – das entspricht dem Strombedarf von 30 Personen. Ein Drittel dieses Energievolumens wird ausschließlich für die Kühlung der Server benötigt. Für Betreiber von Rechenzentren hat die effiziente, schnelle und flexibel anpassbare Klimatisierung deshalb oberste Priorität. So auch für einen Kunden des Energiedienstleisters Engie Services U.S., der in ganz Nordamerika mehr als 40 Rechenzentren betreibt. Mit Blick auf seine hohen Energiekosten gab er bei Engie eine Analyse aller seiner Standorte in Auftrag. Das Ziel: Die Zentren mit den höchsten Einsparpotenzialen ermitteln und diese Potenziale im Anschluss auch ausheben.

Engie nahm zunächst alle Verbrauchergeräte der Gebäude unter die Lupe und untersuchte die dortige Hard- und Softwareausstattung. Dabei galt es auch, Energieförderprogramme, die von Bundesstaat zu Bundesstaat variieren, im Blick zu halten. Schließlich identifizierte der Energiespezialist drei Standorte, an denen Einsparmaßnahmen besonders vielversprechend erschienen.

Einsparpotenziale: von Lampen bis Klimatisierung

Für ein Rechenzentrum im Bundesstaat New Jersey entwickelte Engie daraufhin ein umfassendes Konzept, das aus verschiedenen passiven und aktiven Maßnahmen zur Kühlung sowie weiteren Ansätzen zur Effizienzsteigerung bestand. Als der Kunde das Projekt freigegeben hatte, gingen die Montageteams direkt an die Arbeit. So stellten sie im ersten Schritt die Beleuchtung im gesamten Rechenzentrum auf LED-Lampen um. Jedes einzelne Leuchtmittel verbraucht nun nur noch 10 statt 21 W.

Etwas komplexer waren die passiven Methoden zur Verbesserung der Luftführung durch das Rechenzentrum: Mit der Einrichtung von Kaltgängen wurde sichergestellt, dass die kühle Luft zielgerichteter durch das Gebäude fließen kann und immer möglichst nah an den Servern vorbeiströmt. Überall dort, wo durch nicht komplett ausgefüllte Serverracks (= Haltevorrichtungen für die Rechner) Löcher in den Kaltgängen entstanden wären, brachten die Arbeiterinnen und Arbeiter Blindplatten an. So kann keine Luft durch etwaige Öffnungen strömen und der gleichmäßige Durchfluss wird nicht gestört.

Die neuen Kaltgänge im Rechenzentrum sorgen für eine zielgerichtete und einfach steuerbare Belüftung sämtlicher Server.
Die neuen Kaltgänge im Rechenzentrum sorgen für eine zielgerichtete und einfach steuerbare Belüftung sämtlicher Server.
(Bild: ebm-papst)

Intelligenter Boden sorgt für die richtige Temperatur

Die wichtigste aktive Maßnahme war jedoch der Einbau sogenannter aktiver Bodenfliesen. An diesen perforierten Bodenelementen sind Lüfterkästen mit je vier effizienten EC-Ventilatoren montiert, die die kalte Luft aus dem Unterboden gezielt an bestimmte Stellen zu den Serverracks leiten. Da die Energieverbrauche in dem Rechenzentrum teilweise sehr ungleich verteilt sind, lohnte sich diese Investition besonders. Letztendlich ließ sich die Luftführung mithilfe der EC-Motoren sogar so signifikant steigern, dass komplette, vormals notwendige Klimageräte abgeschaltet werden konnten.

Um einen möglichst effizienten Betrieb der Bodenfliesen zu garantieren, installierte Engie pro Fliesenelement drei Temperatursensoren, die genau wie die Klimageräte mit dem Kontrollsystem verbunden sind. Messen die Sensoren niedrigere Temperaturen als gefordert, sinkt zunächst die Drehzahl der Ventilatoren. Reicht das noch nicht aus, schaltet das System automatisch ganze Klimageräte ab. Wird es an einem Rack zu heiß, fahren die Ventilatoren in der Fliese wieder hoch. Bei zusätzlichem Bedarf „wacht“ ein Klimagerät in der Nähe aus dem Stand-by-Modus auf und steuert noch mehr kalte Luft zu.

Intelligente Bodenplatten passen die Drehzahl ihrer Lüfter selbstständig an die geforderte Kühlleistung an und sorgen für konstante Temperaturen in Rechenzentren – auch bei schwankender Serverauslastung.
Intelligente Bodenplatten passen die Drehzahl ihrer Lüfter selbstständig an die geforderte Kühlleistung an und sorgen für konstante Temperaturen in Rechenzentren – auch bei schwankender Serverauslastung.
(Bild: ebm-papst)

Eine wichtige Voraussetzung für diese Funktion ist die stufenlose Regelbarkeit der eingebauten EC-Ventilatoren von Ebm-Papst, die sich flexibel an die tatsächlich benötigte Kühlleistung anpassen lassen. Zudem verfügen die Geräte über einen besonders hohen Wirkungsgrad. „Es mag zunächst widersprüchlich klingen, weitere Energieverbraucher zu installieren, wenn man Energie sparen will,“ erklärt Danielle Owen, Director Business Development Engineering bei Engie Services U.S. „Die aktiven Bodenfliesen arbeiten aber dank der Ventilatoren von Ebm-Papst so effizient, dass sich ihr Einsatz eindeutig lohnt.“

Während einige Techniker von Engie Stück für Stück das Innere des Rechenzentrums modernisierten – ohne dabei den laufenden Betrieb zu beeinflussen, arbeitete ein weiteres Team auf dem Dach. Dort tauschte es alte Ventilatoren mit riemengetriebenen Motoren in den Verflüssigern aus. Dort, wo die warm gewordene Luft wieder abgekühlt wird, montierte es an deren Stelle 224 EC-Ventilatoren mit dem Diffusor „AxiTop“ von Ebm-Papst.

Effizienzgewinne auch auf dem Dach

Diese verteilen die warme Luft großvolumig und sorgen so für eine schnelle Abkühlung. Ein besonderes Plus des Geräts: Es ist deutlich effizienter und geräuschärmer als vergleichbare Produkte. Die Gehäuse der Ventilatoren passte Ebm-Papst genau an die vor Ort benötigten Maße an.

Als alle Maßnahmen umgesetzt waren, blieben die Mitarbeiter von Engie noch eine Woche vor Ort, um die Systeme Stück für Stück in Betrieb zu nehmen und feinzujustieren. Dabei ging der Energiespezialist in kleinen Schritten vor und fand so die optimale Einstellung für alle Komponenten – ein bewährtes Vorgehen, denn selbst kleine Anpassungen in den Einstellungen können große Auswirkungen auf die Effizienz der Anlage haben.

Das Ergebnis der energetischen Optimierung: Ernegieeinsparungen von jährlich 7,3 Mio. kWh und die Abschalten von 53 der insgesamt 112 Kühlgeräte in den Stand-by-Modus.
Das Ergebnis der energetischen Optimierung: Ernegieeinsparungen von jährlich 7,3 Mio. kWh und die Abschalten von 53 der insgesamt 112 Kühlgeräte in den Stand-by-Modus.
(Bild: MM MaschinenMarkt)

Dass eine deutliche Steigerung der Performance gelungen ist, zeigen die Zahlen: Der Betreiber spart nun jährlich 7,3 Mio. kWh, sodass sich die Umbaumaßnahmen innerhalb von knapp zwei Jahren amortisieren. Dank der verbesserten Luftführung im Rechenzentrum konnten 53 von 112 Klimageräten in den Stand-by-Modus versetzt werden. Danielle Owen berichtet, dass sich das Bewusstsein für Effizienzsteigerungen auch dank solcher Projekte immer weiter durchsetzt: „In den vergangenen fünf Jahren haben sich Betreiber immer mehr Gedanken über die Effizienz ihrer Rechenzentren gemacht. Schließlich können sie hier mit Umbauten sowohl bares Geld sparen als auch etwas Gutes für die Umwelt tun.“

* Andreas Leuz ist Sales Manager Air Conditioning bei Ebm-Papst in 74673 Mulfingen Weitere Informationen: Tel. (0 79 38) 81-0, info1@ebmpapst.com

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