Optimierte Klimatisierung von Rechenzentren

Merkle CAE Solutions: effiziente Kühlungsstrategien für Server-Räume auf Basis von CFD-Simulationen

Temperaturverteilung des Ausgangsmodells eines Serverraums (Bildquelle: @Merkle CAE Solutions GmbH)

Die Leistung und der Energiebedarf von Servern und Rechenzentren steigen exponentiell; entsprechend die Wärmeentwicklung und die Notwendigkeit einer effektiven Kühlung. Mittels ingenieurstechnischer Simulationsberechnungen werden intelligente Kühlungskonzepte für Rechenzentren erstellt, die zudem spürbare Energieeinsparungen ermöglichen. Eine Vorab-Planung, aber auch nachträgliche Optimierungen über CFD, amortisieren sich laut Merkle CAE Solutions (https://www.merkle-partner.de/) zeitnah.

Damit Server gut funktionieren, müssen sie kühl bleiben. Allein der Anstieg von nur neun Grad Raumtemperatur (22 Grad auf 31 Grad) kann zu einer Leistungseinbuße von 50% führen. Spürbar in Geschwindigkeit und möglichem Ausfall sowie Datenverlusten.
Kaltgang-Einhausungen (Cold Aisle Containment) einer Serverfarm sorgen dafür, dass kalte Luft an die Server-Racks geleitet wird, getrennt von der warmen, wieder wegströmenden Luft. So soll das erneute Ansaugen warmer Luft und damit die potenzielle Bildung von Hot Spots verhindert werden.

Mittels CFD-Simulation (https://www.merkle-partner.de/leistungen/cfd-simulation) wird nun das Strömungs- und Temperaturverhalten der kalten und warmen Luft simuliert. Auf Basis der gewonnenen Daten können räumliche Faktoren oder die Lüftungsanlagen optimiert und Energiekosten gesenkt werden. Dafür wird der gesamte Raum mit Zu- und Abluft inklusive der Kalt- und Warmgänge sowie der Wärme- und damit verbundene Strömungsbildungen abgebildet.

Auf Basis der Erkenntnisse aus der Simulation können Geometrien der Kalt- und Warmgänge sowie die Zu- und Abluft so verändert werden, dass eine Reduktion des benötigten Luftmassestroms erzielt wird – bei gleichzeitiger Optimierung der Kühlung.
Bei bereits durchgeführten CFD-Berechnungen (https://www.merkle-partner.de/kaltgang-einhausung-fuer-server-racks) erreichte Merkle CAE Solutions durch entsprechende Optimierungen eines Rechenzentrums die Reduktion des benötigten Luftvolumenstroms um circa 7 %.
Ein Server mit einer Leistung von 90 kWh benötigt im Jahr 788.000 kWh Energie, ähnlich einer Klimaanlage. Durch eine Einsparung von 7% würde man also 55.000 kWh pro Jahr einsparen. Bei einem Strommix bedeutet dies, dass das eingesparte CO2 (420 g/ kWh) 22 Tonnen ausmacht.
Gleichzeitig werden die Racks gleichmäßiger gekühlt. Damit lässt sich die Leistungsaufnahme des Klimagerätes wiederum deutlich reduzieren. Die Klimatisierung kann kleiner und effizienter ausgelegt werden, was zu einer deutlichen Investitions- und Energieeinsparung führt.

„Optimierungen auf Basis ingenieurstechnischer Simulationen sind nicht nur für große Rechenzentren essenziell. Energiepreise werden voraussichtlich nicht sinken. Ebenso wenig, wie die Leistung der Serverfarmen. Durchdachte Kühlungsstrategien sind ein wertvolles Tool zur Kostenoptimierung aber auch zur Sicherstellung der Lauffähigkeit der Rechenzentren“, so Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Geschäftsführender Gesellschafter der Merkle CAE Solutions GmbH.

Das Unternehmen Merkle CAE Solutions GmbH in Heidenheim wurde 1989 als Merkle & Partner GbR von Luft- und Raumfahrtingenieur Stefan Merkle gegründet. Merkle CAE Solutions GmbH zählt zu den ersten und führenden Dienstleistern für ingenieurwissenschaftliche Berechnungen und Simulationen in Deutschland. Am Hauptsitz Heidenheim und den Niederlassungen Wolfsburg, Homburg/Saar und Erfurt bearbeiten die 50 Mitarbeiter jedes Jahr rund 500 Kundenprojekte aus den Kerngebieten Strukturanalyse, Strömungssimulation und virtuelle Produktentwicklung. Zum Kundenkreis zählen namhafte Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Automobilindustrie, der Konsumgüterindustrie und dem Schiffbau.

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