Warum Rechenzentren zur Flüssigkeitskühlung übergehen

Um der zunehmenden Digitalisierung der Gesellschaft Rechnung zu tragen, werden immer größere Verarbeitungskapazitäten benötigt, wodurch auch die generierte Hitze steigt. Diese kann sicher und effizient mit einer Kühllösung abgeführt werden, die Wasser statt Luft nutzt.

Während der Z3 als erster Computer der Welt noch drei Sekunden brauchte, um einfache Multiplikationen vorzunehmen, können heutige Geräte in Sekundenbruchteilen die Masse eines schwarzen Lochs berechnen. Die digitale Transformation durch Computer und mobile Endgeräte verändert die Arbeitswelt disruptiv.

Nach Angaben des Borderstep Instituts sind die Verkaufszahlen von Computern im zweiten Quartal 2020 um mehr als 18 Prozent im Vergleich zum Vorjahr gestiegen. Unternehmen nutzen darüber hinaus maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz, um Wachstumspotentiale in ihrem Sektor zu identifizieren. Eine Studie der Initiative D21 stellte zudem fest, dass im Jahr 2021 98 Prozent der Berufstätigen in Deutschland das Internet nutzten, während die Internetnutzung bei Nichtberufstätigen bei 81 Prozent lag. Die Mehrheit der deutschen Bevölkerung glaubt, persönlich von der Digitalisierung zu profitieren. Die Zeichen stehen somit auf einen steigenden Bedarf und als Folge daraus eine Erweiterung der Kapazität von Rechenzentren.

Diese Entwicklungen bringen eine hohe Arbeitslast für Server und verbaute Komponenten mit sich. Jede Haltevorrichtung in einem Rechenzentrum benötigt Energie und erzeugt Wärme. Sowohl der Energiebedarf als auch der Wärmeausstoß steigen mit der Höhe der Rechenleistung. Die maximale Leistungsaufnahme von Servern mit zwei Prozessoren stieg von 2010 bis 2020 um 85 Prozent, so das Borderstep Institut.

Da fortschrittliche IT-Anwendungen für den wirtschaftlichen Erfolg von Unternehmen und die Anpassung an gesellschaftliche Entwicklungen immer wichtiger werden, ist es notwendig, die Kühlung von Rechenzentren zukunftssicher zu machen.

Computer dürfen eine definierte zulässige Betriebstemperatur nicht überschreiten. Sollte es zu einer Überhitzung kommen, kann das zum Ausfall der Server und einem damit verbundenen Datenverlust oder sogar zu physischen Defekten und Bränden führen.

Die gängigste Lösung für dieses Problem ist die Luftkühlung. Hier wird kalte Luft, in der Regel durch einen Doppelboden, zu den Serverschränken geleitet. Dort nimmt die Luft Wärme auf und wird dann von den Serverventilatoren als Abluft abgesaugt. Das System der Luftkühlung funktioniert bei geringeren Wärmemengen gut; allerdings ist die Kühlung mit Flüssigkeit durch die höhere Wärmeleitfähigkeit von Wasser gegenüber Luft deutlich effizienter.

Ein Umstieg auf ein flüssiges Kühlungssystem empfiehlt sich vor allem dann, wenn die Rechenleistung erhöht werden soll. Allerdings ist davon auszugehen, dass die Digitalisierung vor keiner Branche Halt macht, sei es in Form von BIM (Building Information Modeling) für Baubetriebe oder der elektronischen Akte in Anwalts- und Wirtschaftsprüfungskanzleien. Noch ist Zeit, den Wandel aktiv mitzugestalten und maßgeblich davon zu profitieren.

Der zunehmenden Flächenknappheit ist es zuzuschreiben, dass moderne Computer immer höhere Rechenleistungen auf immer kleineren Geräten unterbringen. Mit der Luftkühlung nehmen die Luftkanäle und Ventilatoren große Teile des nur begrenzt vorhandenen Raums in Anspruch. Die Flüssigkühlung erlaubt den Einsatz deutlich kleinerer Pumpen und Rohre.

Die Haupthindernisse für den Einsatz flüssigkeitsgekühlter IT sind eine geringe Vertrautheit mit diesem System sowie ein Mangel an standardisierten Prozessen. Doch hier zeichnet sich ein Wandel ab. Das Open Compute Project (OCP), eine globale Non-Profit-Organisation, die Best Practices aus Rechenzentren mit Unternehmen teilt, hat Projekte zur Standardisierung von Technologien zur Flüssigkeitskühlung und ein Projekt zu fortschrittlichen Kühlanlagen gestartet.

Bestehende Rechenzentren auf flüssigkeitsgekühlte Lösungen umzurüsten, erfordert einen Einbau ohne Hitzeentstehung – Schweißen ist nicht möglich. Genutete Rohrverbindungssysteme, wie etwa von Victaulic, lassen sich dagegen auch unter solch herausfordernden Bedingungen installieren. Ihre Lebensdauer und die unkomplizierten Erweiterungsmöglichkeiten sprechen ebenfalls für den Einbau von genuteten Kupplungslösungen. Umwelt-, Gesundheits- und Brandrisiken, die mit anderen Methoden wie Schweißen oder Löten verbunden sind, können eliminiert werden. Ausrichtungsprobleme, die bei nachrüstbaren Rohrlösungen oft vorkommen, werden durch die fortschrittlichen Technologien der genuteten Rohrverbindungen minimiert.

Erhitztes Wasser ist deutlich leichter zu transportieren als erhitzte Luft. So bietet die Wasserkühlung zusätzlich die Möglichkeit, die Abwärme von Rechenzentren zu nutzen, um angrenzende Büroräume oder Wohnungen zu heizen. Für die Einspeisung in ein Fern- bzw. Nahwärmenetz muss lediglich eine Wärmepumpe für ein ausreichendes Temperaturniveau sorgen.

Der Schlüssel zum Erfolg für Flüssigkühlung liegt in einer vorausschauenden Planung sowie in Rohrleitungslösungen, die sich einfach einbauen lassen, anpassungsfähig und skalierbar sind. Victaulic arbeitet mit OCP und einer Vielzahl von Anbietern von Flüssigkeitskühlsystemen zusammen, um Lösungen für Flüssigkeitskühlung in neuen und bereits bestehenden Anlagen zu finden. Energiemanagement und Nachhaltigkeit sind zweifellos der Schlüssel für die Zukunft der Wirtschaft. Unternehmen werden immer genauer dokumentieren und berichten müssen, welchen Einfluss ihre Geschäftstätigkeit auf Klima und Umwelt hat. Firmen sollten deshalb darauf vorbereitet sein, dass die Hitzebelastung in ihren Rechenzentren steigt und moderne Kühllösungen notwendig werden.

Don Mitchell, Data Center Division Manager bei Victaulic.