Im Kontext des neuen Energiefahrplans der Bundesregierung wird Energieeffizienz zunehmend an Bedeutung gewinnen. Bei der Steuerung und Monitoring notwendiger Energieeffizienzmaßnahmen die zunehmend mit intelligenter Gebäudetechnik und Smart Grids über Rechenzentren abgewickelt werden, rechnen Experten mit einem drastischen Anstieg der Kühlkosten. In einem Eigenversuch zur Kühlung von Serverräumen durch oberflächennahe Geothermie erprobt, kann der Energieverbrauch über 90 Prozent reduziert werden und findet bereits nach kurzer Zeit immer mehr Anwendung.
GeoCool®-Kühlen ohne Strom
Geothermisch gekühlte Rechenzentren mit PuE unter 1,1
Die durchschnittliche Power Usage Effectivness (PuE) gilt als Kennzahl der Energieeffizienz von Rechenzentren. Spezialisten der Branche gehen davon aus, dass bis 2015 bei einem Serverschrank ein Wert von 1,2 und bei einem großen Rechenzentrum von 1,6 erreicht werden kann.
Die Geothermie, hinlänglich bekannt als regenerative Energiequelle mit hohem Potential für kostengünstige und umweltfreundliche Energie- und Wärmegewinnung, kann bereits heute auf einfachste Weise die Effizienzziele erreichen. Genutzt wird dabei das oberflächennahe Grundwasser wie eine findige und fördermittelfre ie Idee zur Nutzung neuer Anwendungsfelder für die Geothermie zeigt. In Celle haben sich Anfang 2009 drei Technologie-Partner, DELTA plus Datensysteme GmbH, Celler Brunnenbau GmbH & Co. KG sowie die Rittal GmbH & Co. KG, zusammengefunden und eine Lösung zur Kühlung von Serverschränken mittels Geothermie entwickelt und realisiert.
Die in Erdtiefen von bis zu ca. 100m vorhandene mittlere Temperatur von ca. 12-16° Celsius unterliegt in diesen Tiefen keinen jahreszeitlichen Schwankungen. Durch spezielle Erdsonden Bohrungen ist es technologisch zudem meist unproblematisch, dieses Temperaturniveau für die Kühlung von Rechenzentren zu nutzen. Bei der so genannten GeoCool® Lösung werden zwischen die Serverschränke spezielle Wärmetauscher Module angereiht über welche dann die aufbereitete Kühlluft von vorn auf die Server und IT-Infrastruktur definiert zugeführt wird. Dieses Verfahren hat u.a. den Vorteil, dass die Serverschränke selber keinen Kontakt zu wasserführenden Komponenten haben können und somit im Fall einer Leckage oder anderen Undichtigkeiten keine Gefahr für die IT Geräte besteht. Der verbleibende Anteil an Stromkosten für die Kühlung reduziert sich lediglich auf die Versorgung der Zirkulationspumpen sowie hocheffiziente Ventilatoren. Dieser Anteil beträgt erwartungsgemäß nur einen Bruchteil derjenigen Kosten, die für Klima- und Kühlgeräte klassischer Bauart und Technologie aufgewendet werden müssen. Die Kühlung selber und der Betrieb der wartungsfreien geothermischen Komponenten erzeugen keine laufenden Kosten und stellen damit eine umweltfreundliche, überzeugende und enorm kostensparende Alternative zu klassischer Kühlung dar.
„Der extrem lange und auch in Norddeutschland recht strenge Frost des Winters 2009/2010 mit bis zu -18° Celsius war eine perfekte Bewährungsprobe für die Bohrungs-, Pumpen- und Zuleitungstechnik und wies überzeugend nach, dass diese Art der Kühltechnik auch extremsten Witterungsbedingungen Stand hält.
Innerhalb der ersten beiden Betriebsjahre wurde mit GeoCool® eine Stromersparnis von über 94% erzielt. Positive Nebeneffekte dieser Methode sind der praktisch geräuschlose Betrieb, die geringe Wartungsanfälligkeit und die stabile Kühlung der Server mit bis zu 15kW/h Kälteleistung pro Serverschrank. Der so in der Pilotanlage erreichte PuE von 1,06 bedeutet dass über 90 Prozent der in das Rechenzentrum eingespeisten Energie die Server erreicht. In herkömmlich gekühlten Rechenzentren liegt diese Quote oft nur bei 50 Prozent oder gar noch weniger“, beschreibt Jörg Krueger, Geschäftsführer der DELTA plus Datensysteme GmbH die Vorzüge.
Schema geothermische Kühlung
Bereits im letzten Jahr stieß GeoCool® auf großes Interesse und wurde in Berlin zum GreenIT Award 2010 nominiert. Bei der im zurückliegenden Mai stattgefundenen Preisverleihung des Deutschen Rechenz- entrumspreises wurde diese Lösung sogar mit dem Publikumspreis in der Kategorie „Innovative Rechenzentrums-Anwend-
ungen“ ausgezeichnet. Die diesjährige CeBIT 2011 bestätigte das Erfolgskonzept von DELTA plus und Celler Brunnenbau im Rahmen des Gemeinschaftsstands Niedersachsen. So freute sich Jörg Krueger über die Besuche des Niedersächsischen Finanzministers Hartmut Möllring sowie seines Kollegen, dem Wirtschaftsminister Jörg Bode auf dem eigens für GeoCool® errichteten Messestand und über eine große Zahl von Anfragen von Unternehmen und Kommunen: „GeoCool® birgt – vor allem im Hinblick auf die aktuelle Energiediskussion – großes Einsparpotential für Wirtschaft und die öffentliche Hand. Als umweltfreundliche, nachhaltige und fast CO2 neutrale Lösung kann unser Ansatz die Stromkosten für den Betrieb von Rechenzentren und Serverräumen gewaltig senken und eine Ressourcen schonende Alternative zu klassischer Kühlung werden“, führt Krueger weiter aus. Der Geothermie Fachmann Dirk Wietfeldt, Geschäftsführer der Celler Brunnenbau GmbH & Co. KG ergänzt: „Wir haben gezeigt, dass sich Geothermie bestens für eine umweltfreundliche und kosteneffiziente Klimatisierung von Rechenzentren eignet. Beide Unternehmen sind ausgewiesene Experten auf dem Gebiet der Geothermie und Mitglied des Celler Vereines GeoEnergy e.V., einem Kompetenznetzwerk mit Focus auf die technologische Entwicklung sowie die sichere und wirtschaftliche Nutzung der Geothermie.
Von der Eigennutzung zur Systemlösung
„Der heiße Sommer 2008 brachte die Kühlung unserer Rechnerzentrale an die Leistungsgrenze“ erinnert sich Dr. Christoph Ganzer, Prokurist der Celler Brunnenbau GmbH & Co. KG an den Projektstart.
„Die in unserem Rechenzentrum noch 2008 vorhandene Klimatisierung erschien uns nicht nachhaltig, extrem energieintensiv und zudem nicht redundant ausgelegt. Wir fragten uns daher ob wir unsere Erfahrungen aus dem Brunnenbau und der Geothermie zu nutzen machen könnten. Unsere Marktrecherche in Deutschland ergab dass eine geothermische Kühlung für Rechenzentren noch nicht angeboten wurde. Wir haben uns daher mit unserem IT-Partner und Rechenzentrum Spezialisten DELTA plus Datensysteme GmbH zusammengesetzt und in Kooperation eine Lösung unter Einbindung geothermischer Energievorkommen zur vollständigen Kühlung von Servern und Rechenzentren entwickelt –wir nennen es „GeoCool®“. In einem unbürokratischen und fördermittelfreien Projekt entstand ein Gesamtprodukt das unserem Anspruch an Nachhaltigkeit und Energieeffizienz mehr als gerecht wurde. Bereits im Folgejahr konnten wir so unsere Rechnerzentrale kostengünstig und umweltfreundlich kühlen und erreichten so eine signifikante Betriebskosteneinsparung von über 90%,“ führt Ganzer weiter aus.
Nachgefragt bei Jörg Krueger:
Ab welcher Größe können Rechenzentren Ihre Lösung einsetzen?
Grundsätzlich ist fast jede Größe denkbar. Voraussetzung ist immer eine entsprechende geologische Eignung und genug Aussenfläche oder Grundfläche für das Erdsondenfeld.
Ab welcher Leistungsklasse lohnt sich der Einsatz der Geothermielösung?
Bereits ab 3 kW/h lohnt der Einsatz von GeoCool® . Das entspricht in etwa einem Serverschrank. Selbst bei so kleinen Installationen kann der ROI bei unter 5 Jahren liegen.
Laufen derzeit weitere Projekte?
Es laufen zurzeit 8 weitere Projekte in den Größenordnungen 5 – 250 kW/h
Könnte der Stromverbrauch über eine PV-Kombination abgedeckt werden?
Durchaus, muss aber über USV und Parallelversorgung abgesichert sein!
Wie sind Ihre Erfahrungen bei der Genehmigungspraxis?
In der Regel unproblematisch sofern der potentielle Kunde nicht in einem Wasserschutzgebiet der obersten Klassen angesiedelt ist. Dennoch gibt es regionale Unterschiede und Affinitäten zur Geothermie. Grundsätzlich geht der Planungsphase die Erkundungsphase voraus. In dieser wird mittels GRT (geo response test) und einer thermohydrodynamischen Simulation das geplante Erdsondenfeld prognostiziert. Die Erkundungsphase beinhaltet auch die vollständige genehmigungstechnische Abwicklung für den Kunden. Dieses Dienstleistungspaket kann der Kunde als „Rundum-sorglos-Paket“ von DELTA plus erhalten.
Nachhaltige Rechenzentren
Mit den Auswirkungen der vernetzten Welt hinsichtlich Energieeffizienz – Faktor Kühlung, befasst sich Dr. Ralph Hintemann Senior Researcher vom Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit gemeinnützige GmbH, der in den letzten Jahren verschiedene IT-Projekte auf Nachhaltigkeit geprüft hat und bestätigt, dass bei den kommenden Anforderungen an mehr Rechnerleistung, Datenmanagement und Virtualisierung moderne Rechenzentren am Thema Energieeffizienz nicht vorbeikommen werden.
Welchen Trend sehen Sie bei der IT-K Entwicklung?
„Die IT-Ausstattung wird in den nächsten 5 Jahren weiterhin sehr deutlich zunehmen. In Deutschland und weltweit wird die Zahl der sehr großen Rechenzentren stark ansteigen. Hierfür ist insbesondere der Trend zum Cloud Computing verantwortlich. Wir schätzen, dass schon heute 1/3 der weltweit verkauften Server in die Rechenzentren der großen Cloud Anbieter wandert.
Welche Rolle sehen Sie bei der Standortauswahl?
Für die Standortwahl von großen Rechenzentren sind heute die Energiekosten und auch regulatorische Bedingungen von entscheidender Bedeutung. Standorte mit niedrigen Außentemperaturen werden bevorzugt, da die Kühlung der Rechner derzeit mehr als 30% der gesamten Energiekosten verursacht.
Welche kommenden Herausforderungen sehen Sie für Betreiber?
Künftig werden die Energiekosten eine immer größere Rolle spielen. Seit dem Jahr 2000 hat sich Energiebedarf der Server und Rechenzentren fast verdreifacht. Die weiter zu erwartenden Leistungszuwächse der IT und die stark ansteigenden Datenmengen sprechen dafür, dass die Entwicklung so weiter geht. Die Rechenzentren der Zukunft werden flexibler und modularer aufgebaut. Dies verlangt kombinierte Lösungen von IT- und Facility-Management. Betreiber als auch Gebäudeplaner sollten daher bei Neubau auf eine engere Vernetzung der Gewerke Klima-Gebäudetechnik und IT-Infrastruktur untereinander achten.
Der ITK-bedingte Stromverbrauch in Deutschland ist von 38 TWh im Jahr 2001 im Jahr 2007 auf etwa 55 TWh gestiegen. Stärkstes Wachstum ist hier bei den IKT –Infrastrukturen Servern und Rechenzentren zu verzeichnen. Im Rahmen von IT2Green investieren Industrie und Politik insgesamt 60 Millionen Euro in Forschungsprojekte sowie Begleitforschung. Davon steuert das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie bis zu 30 Millionen Euro bei. Ziel von IT2Green ist es, den Stromverbrauch von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) in Rechenzentren, Telekommunikationsnetzen sowie Büro- und Heimanwendungen zu senken.
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Bilder: Quelle: DELTA plus Datensysteme GmbH, UBA/Borderstep Institute
Ansprechpartner/Belegexemplare
Technik:
DELTA plus Datensysteme GmbH
Geschäftsführer: Jörg Krueger
Brigitta 15
29313 Hambühren
Telefon: +49 (0) 5084/9323-0
Fax: +49 (0) 5084/9323-23
Weiterführende Informationen und Beratung zu dieser Lösung unter 05084 / 9323-0 oder geocool@dplusd.net.
Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit gemeinnützige GmbH
Dr. Ralph Hintemann
Senior Researcher
Clayallee 323
D-14169 Berlin, Germany
Tel. +49.(0)30.306 45-1005
Fax +49.(0)30.306 45-1009
E-Mail: hintemann@borderstep.de
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Uwe Manzke, freier Journalist und Wissenschaftsredakteur
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