Kühlkonzepte im Überblick

Wie Flüssigkühlung massentauglich werden kann

21. Dezember 2021, 13:00 Uhr | Autor: Holger Nicolay / Redaktion: Lukas Steiglechner

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sind entscheidende Bereiche für Rechenzentren. Ein bedeutender Faktor hierfür ist das Kühlkonzept. Colocation-Anbieter müssen dabei auch alternative Methoden wir Flüssigkühlung in Betracht ziehen. Über die Vor- und Nachteile verschiedener Kühlkonzepte.

Frankfurt am Main ist einer der wichtigsten Standorte für Rechenzentren. Laut aktuellem Koalitionsvertrag strebt die Stadt an, „alle Rechenzentren von Luft- auf Wasserkühlung umzustellen“. Denn die Diskussion über Kühlkonzepte ergibt immer öfter einen gleichen Tenor: Traditionelle Luftkühlung in Rechenzentren sei ineffizient und schlecht für die Umwelt. Wasserkühlung hingegen gilt als großer Heilsbringer im Hinblick auf einen energieeffizienten Rechenzentrumsbetrieb.

Diese Betrachtung ist jedoch nicht nur reichlich knapp, sondern bildet schlichtweg nicht die Wirklichkeit ab. Auch wenn Flüssigkühlung in ausgewählten Szenarien Effizienzvorteile aufweisen kann, handelt es sich heute sowie in der näheren Zukunft noch um eine Nischentechnologie für Colocation-Rechenzentren. Nichtsdestotrotz lohnt sich eine differenzierte Betrachtung unter Einbeziehung unterschiedlicher Stand- und Gesichtspunkte. Die zentrale Frage dabei: Wie lässt sich die Kühlung der IT-Hardware – der Server – in Rechenzentren so sicherstellen, dass einerseits der Schutz und reibungslose Betrieb des Equipments gewährleistet und andererseits der dafür benötigte Energiebedarf minimiert wird?

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Direkte Freikühlung ohne Wasser

Ein recht simples, aber eher unpopuläres Konzept ist die direkte Freikühlung. Dabei wird die IT-Hardware mit Außenluft gekühlt, die ungefiltert in die Serverräume geleitet wird. Diese Form der Klimatisierung ist kostengünstig und vordergründig besonders energieeffizient, weil die Luft nicht unter Einsatz von Strom aufbereitet und zusätzlich heruntergekühlt wird. Und tatsächlich ist diese Art der Kühlung auch an einigen Standorten in Nordeuropa im Einsatz. Sie ist jedoch nicht für mitteleuropäische Frühlings- und Sommertemperaturen geeignet. Ein weiterer Nachteil dieser Klimatisierungsart: Neben der Temperatur lässt sich die Luftfeuchtigkeit nicht kontrollieren. Und auch Partikel in der Luft werden ungehindert durch die Server geleitet – mit negativen Folgen für die Langlebigkeit der IT-Hardware. Die direkte Freikühlung ist deshalb nicht für große Colocation-Provider in Deutschland geeignet, die ihren auf Betriebssicherheit bedachten Nutzern mit verbindlichen Services Level Agreements (SLAs) konstante Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte garantieren wollen.

Indirekte Freikühlung mit Wasser

Der aktuell weithin verbreitete Klimatisierungsstandard bei großen Colocation-Providern ist die indirekte Freikühlung. Dabei werden die Server mit Luft gekühlt, die in einem separaten und geschlossenen Kreislauf durch Kühlwasser und Strom auf eine niedrige Temperatur gebracht wird. Die in der Diskussion stehende Luftkühlung setzt demnach bereits Wasser ein – nur zirkuliert das Wasser in einem Kühlkreislauf abseits des IT-Equipments. Diese Form der Klimatisierung ist heute technisch ausgereift, überall verfügbar und insbesondere in solchen Rechenzentren energieeffizient, die die Luftströme in Warm- und Kaltgängen separieren. Klar ist: Rechenzentren ohne Kaltgänge weisen eine schlechtere Energiebilanz auf, weil wesentlich mehr Strom – beispielsweise durch den Einsatz von Kompressoren – benötigt wird, um die „durchmischten“ Warm- und Kaltluftmassen entsprechend zu kühlen. Deshalb haben große Colocation-Provider ihre älteren Rechenzentren in vielen Fällen nicht nur mit Kaltgängen nachgerüstet, sondern setzen bei ihren Neubauten direkt auf diesen energieeffizienten Standard. Die vermeintlich verpönte Luftkühlung ist demnach genau genommen eine Kombination aus Luft- und Wasserkühlung.