Rechenzentrumskühlung in Rostock

Planung der KWKK-Anlage

Ursprünglich hatte die Führung der Sohnix AG beim Neubau der Hauptniederlassung an eine Hei­zungsanlage gedacht, die mit Geothermie arbeitet, da die Bedingungen in Rostock hierfür günstig sind. Nach einer Machbarkeitsstudie wurde diese Idee jedoch wieder verworfen.

„Im Durchschnitt verbraucht die Kühlung circa ein Drittel des ge­samten Energiebedarfs eines Rechenzentrums“, erläutert Rainer Moeck, Geschäftsführer der Sohnix AG. „In Zusammenarbeit mit unserem Planer suchten wir nach einer praktikablen Lösung für dieses Problem. Da die vorher verbaute Splitanlage sehr energieintensiv gearbeitet hat, haben wir uns eine moderne RZ-Kühlung gewünscht, die wenig Strom verbraucht und umweltfreundlich ist.“ Die involvierten Planer der Uwe Lindemann GmbH schlugen daraufhin vor, mit einer Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) zu arbeiten. Diese Anlagen bestechen durch einen sehr hohen Wir­kungsgrad und lange Laufzeiten der eingebauten BHKW. „Für Blockheizkraftwerke sind besonders Objekte geeignet, die ganz­jäh­rig über einen hohen Strom- und Wärmebedarf verfügen, wie dies bei Sohnix der Fall ist,“ sagt Uwe Lindemann, Planer der An­lage in Rostock.

Durch Recherchen und über Empfehlungen kam man auf die Idee, als Kältemaschine zur Klimatisierung des Rechenzentrums eine Ad­sorptionskältemaschine (AdKM) der Firma InvenSor zu ver­wenden. „Als ich mir die ers­ten Berichte zur Anwendung der InvenSor-Adsorptionskältemaschine als RZ-Kühlungseinheit durchlas, war ich mir schnell sicher, dass dieses System perfekt zu den Ge­gebenheiten des Sohnix-Neubaus passen könnte,“ so Lindemann weiter. Der große Vorteil dieser Maschinen: Sie kühlen mit Antrieb durch Wärme anstatt von Elektroenergie – in diesem Fall mit der Abwärme des BHKW. Neben der ganzjährlichen Kühlung für das RZ übernehmen die fünf installierten „InvenSor LTC 09“ (LTC = Low Temperature Chiller) auch die Fußbodenkühlung der Büro­räu­me. Ein Pluspunkt der Geräte von InvenSor bei der Kom­bi­na­tion mit einem BHKW: Sie erreichen schon bei 65 °C Antriebstemperatur fast 100 % der Nennleistung. Das ermöglicht eine Kombination mit praktisch allen marktgängigen BHKW. Bei einer Anlage zur Rechenzentrumskühlung kommt je nach Auslegung noch der Effekt der fast vollständigen Netzstromredundanz hinzu. Sohnix hat durch die Notstromfunktion des BHKW eine zweite Stromquelle für den Serverraum und erhöht damit die Ausfallsicherheit der Versorgung. Auch für den Fall, dass die Kältemodule einmal vorübergehend ausfallen sollten, gibt es eine Redundanzanlage, die die Temperatur der „InRow“-Kühlung und somit der Serverschränke konstant hält. Das BHKW erzeugt kostengünstig Strom aus Erdgas und seine Ab­wärme wird im Winter für die Beheizung der Büroräume im Alt- und Neubau genutzt. Im Sommer, wenn die Büros ge­kühlt werden müssen, überneh­men dies nach Bedarf die fünf Inven­Sor-Kältemaschinen.

Sie nutzen die Abwärme des BHKW und liefern Kälte in Form von Wasser. Die installierten Adsorptionskältemaschinen bei der Firma Sohnix haben zusammen eine Kühlleistung von 45 kW, mit denen die Fujitsu-Blade- und -Storageserver und auch die Büro­räu­me gekühlt werden.

Starkes BHKW plus
Adsorptionstechnologie

Um den Heizungsbedarf des Neu­baus und des Altbaus zu dec­ken, entschied man sich für ein erdgasbetriebenes BHKW „Loganova EN50“ der Bosch-Thermotechnikmarke Buderus mit einer elektrischen Leistung von 50 kW und einer thermischen Leistung von 80 kW. Für die Rechenzentrumskühlung und die Fußbodenheizung der Büro­räume waren diese großen Dimensionen perfekt geeignet, auch da der Gesamtwirkungsgrad des BHKW bei günstigen 87,8 liegt. Im gleichen Raum wie die Adsorptionskältemaschine stehen ein Warm- und ein Kaltwasser-Pufferspeicher, um Spitzenlasten bei Heizung und Kühlung abzudecken. Der Kaltwasserspeicher ist mit einem Fassungsvermögen von 2000 l deutlich kleiner ausgelegt als der Warmwasser-Pufferspeicher mit einem Volumen von 4500 l Wasser. Bei Bedarf kann aus diesen beiden Pufferspeichern Kälte oder Wärme angefordert werden. Die geschickte Kombination der Komponenten dieser KWKK-Anlage führt zu hohen Laufzeiten des BHKW – bei Sohnix waren dies im Jahr 2012 5824 h. Ausfallsicherheit ist ein wichtiges Thema bei Rechenzentren. Sollte das Stromnetz tatsächlich einmal ausfallen, springt automatisch die Notstromfunktion des BHKW an und versorgt die Server weiter mit Energie. Außerdem gibt es für den Fall, das die Kältemodule einmal ausfallen sollten, eine Redundanzanlage, die die Tempera­tur in den Serverschränken konstant hält. Man ist also in jedem Fall doppelt gegen Ausfälle gesichert. Das BHKW befindet sich im Technikgebäude der Firma Sohnix, die zu kühlenden Büroräume und das Rechenzentrum sind im da­ne­ben­liegenden Neubau unter­gebracht. Beide Gebäude sind über eine Erdleitung mit Rohren verbunden. Ein Zwei-Wege-System mit Zubringerpumpen sorgt für einen reibungslosen Transport der Wärme und Kälte zwischen den beiden Objekten. Die unter der Erde befindlichen Rohre haben eine Länge von 10 bis 20 m, das heißt die Distanz zwischen den Bauten ist nicht besonders groß. Temperaturabweichungen – warm oder kalt – konnten im Normalbetrieb nicht festgestellt werden.

Reiner Fender von der Möh­ring Versorgungstechnik GmbH als ausführender Installateur der KWKK meint zu der fortschritt­li­chen Anlage: „Dies war das erste Mal, dass wir mit Adsorptionskältemaschinen gearbeitet haben, und ich bin sehr zufrieden mit dem Ergebnis des Projekts. Die fünf Maschinen waren sehr einfach zu installieren und arbeiten absolut zuverlässig. Die komplette Verbindung aus BHKW, AdKM und Pufferspeicher halte ich für sehr zukunftsweisend und bei steigenden Strompreisen auch für deutlich günstiger als eine vergleichbare Standlösung mit Kompressionskältemaschine.“

Modernste Rechenzentrumskühlung und Ausrüs­tung

Das Rechenzentrum im Neubau der Firma Sohnix besteht aus jeweils fünf Zellen, in denen jeweils fünf 19 “-Serverschränke stehen. Jede Zelle hat eine Größe von circa 24 m², die Zellentemperatur beträgt aufgrund der Klimatisierung immer konstante 25 °C. Im Winter kann die Free-Cooling-Funktion der Adsorptionskältemaschinen von InvenSor genutzt werden, um das kalte Wasser zur Server­kühlung direkt ohne Nutzung des BHKW bereitzustellen. Die Kühlung erfolgt dabei direkt über die Außeneinheit, ohne dass eine thermische Quelle die Adsorptionskältemaschine antreibt. Das BHKW kann somit für die Heizung des Gebäudes genutzt werden. Anstelle einer großen Klimaanlage besteht die benutzte „InRow“-Technik aus mehreren kleinen Kühleinheiten, die zwischen den Racks platziert sind. Diese Kühleinheiten geben nach vorne Kaltluft ab, die von den umgebenden Racks eingesogen wird und dort die Abwärme der Server aufnimmt. Diese Warmluft wird auf der Rückseite der Rackreihe wieder von der Kühleinheit aufgenommen. Als Kältemedium fließt das gekühlte Wasser, das die InvenSor-Module liefern, durch die Serverschränke. Der Strombedarf jedes 19-Zoll-Schranks liegt bei 24 kW, die Facility verbraucht 6 kW. Die Zuverlässigkeit und die Leistung der Anlage stellen Geschäftsführer Moeck sehr zufrieden: „Die Anlage läuft absolut einwandfrei und ohne Störung, seitdem wir sie das erste Mal in Betrieb genommen haben. Vor allem die Kaltwasser­küh­lung der Bladeserver und die Fußbodenkühlung über die AdKM finde ich technisch sehr gelungen – dieses System hat Vorbildcharakter.“