Es gibt verschiedene Methoden, um die Server-Racks in den Datacentern zu kühlen. Als Green-IT-Richtlinien-konform und besonders nachhaltig hat sich dabei die Grundwasserkühlung herauskristallisiert. Die folgende Case Study zeigt auf, wie ein Schweizer Informatik-Unternehmen seine beiden Datacenter auf diese Kühllösung umbaut.

Die GIA Informatik AG verfügt über zwei Datacenter; je eines in Zofingen und Oftringen. Sie entschied sich, beide Standorte mit einer Grundwasserkühlung auszustatten – Zofingen bis im Mai 2013, Oftringen bis im Oktober 2015. «Die Gründe liegen in der wesentlich besseren Energieeffizienz im Vergleich zu den bestehenden Kältemaschinen und in der Möglichkeit, massiv Stromkosten einzusparen. Gerade im Hinblick auf die Energiestrategie 2050 des Bundes muss nämlich mit noch höheren Ausgaben gerechnet werden», sagt Thomas Güttinger, verantwortlicher Projektleiter bei GIA. «Zudem ist die Kühlung mit Grundwasser in allen Jahreszeiten temperaturstabil, und das Grundwasservorkommen an beiden Orten erwies sich als überaus ergiebig.»

Individuelle Lösungen und Notszenarien

Nach der Grobplanung und der Budgetgenehmigung wurden an beiden Standorten spezifische Lösungen angestrebt. In Zofingen konnte ein Anschluss an die bestehende Grundwassernutzung hergestellt werden. Dabei klärte GIA die Nutzungsänderung – der 7×24-Stunden-Betrieb für die Datacenterkühlung – vorab mit den kantonalen Behörden ab. «Die bereits vorhandenen baulichen Bedingungen haben den Vorteil, dass die Notkühlung mit Stadtwasser realisiert werden kann, wenn die Grundwasserzufuhr einmal nicht funktionieren sollte. Allerdings ist diese Möglichkeit relativ teuer im Betrieb», legt Thomas Güttinger dar.

In Oftringen mussten Geologen die Beeinflussung der Umgebung durch die Wasserrückgabe überprüfen und eine Risikobewertung vornehmen, da es in der Nähe eine stillgelegte Abfalldeponie gibt. Als Folge davon wurde der geplante Ort des Rückgabebrunnens versetzt und wird das Wasser nahe dem Grund zurückgegeben. Als Notszenario sah das Projektteam zwei gleichwertige Entnahmebrunnen vor, von denen jeder die volle geplante Kapazität liefern kann. Somit ist an beiden Orten die Ausfallsicherheit durch diese Redundanzen gewährleistet.

Zu bewältigende Schwierigkeiten

Bei einer Umstellung der Kühlung in einem Datacenter gibt es diverse Hürden zu meistern: Es darf keinen Unterbruch der Serveraktivitäten, keine Staubentwicklung und keine grösseren Erschütterungen geben. Deshalb wurde in Zofingen und wird aktuell in Oftringen das neue Kühlsystem parallel zum alten aufgebaut. «Nach der Einregulierung und Abstimmung muss der Nachweis der Leistungsfähigkeit der Anlage mittels Lasttest überprüft werden. Erst danach kann man das neue System in Betrieb nehmen und das alte ausschalten sowie abbauen», so Thomas Güttinger. Für die Grundwassernutzung musste das Projektteam zudem umfangreiche geologische Vorabklärungen durchführen. Dazu waren Sondierbohrungen und mehrstufige Pumpversuche notwendig, die den Nachweis der Ergiebigkeit erbrachten und bestätigten, dass das Umfeld keine negativen Folgen zu erleiden hat. Anschliessend erteilte der Kanton Aargau die Betriebsbewilligung für die Grundwassernutzung.

Aus dem Umbau in Zofingen konnten im Hinblick auf die geplante Umstellung in Oftringen diverse Lehren gezogen werden: «Beispielsweise kalkulierten wir 2014 wesentlich mehr Zeit für die strategische Planungsphase ein, damit das Projekt reifen konnte. Dies ermöglichte uns, die einzelnen Komponenten und deren Zusammenspiel besser zu begreifen, was uns nach der Realisation der Anlage den Betrieb erleichtern wird», erläutert Thomas Güttinger.

Konkreter Nutzen

Um die Effizienz des Energieeinsatzes zu ermitteln, spricht man vom sogenannten Power-Usage-Effectiveness-Wert (PUE). Dieser setzt die insgesamt im Datacenter verbrauchte Energie ins Verhältnis zur Energieaufnahme der IT-Komponenten. 1 bedeutet sehr effizient, 3 sehr ineffizient. «Im Datacenter Zofingen beträgt der PUE-Wert heute konstant unter 1,2 – sowohl im Sommer als auch im Winter. Wenn man bedenkt, dass er früher bei über 2 war, ist dies ein Zeichen des erzielten Fortschrittes in diesem Bereich. Entsprechend sind die Kosten für die elektrische Energie gesunken. Wir sind sicher, dass unsere Kunden unsere Bemühungen in Sachen Green IT zu schätzen wissen», sagt Thomas Güttinger.

Beim bald realisierten Umbauprojekt im Datacenter in Oftringen sind noch keine Werte vorhanden. GIA rechnet von Anfang an mit einem guten Ausgangswert und danach mit einem ähnlich tiefen PUE-Wert wie in Zofingen. Begründet wird diese Annahme mit der Anlagekonzeption, die auf dem folgenden Prinzip fusst: Erstens kann GIA durch die Kälteerzeugung Wärme produzieren. Diese Wärmerückgewinnung bringt den Nutzen, dass ganzjährig Warmwasser bereitgestellt und im Winter damit geheizt werden kann. Zweitens erlangt GIA durch die Wärmeerzeugung Kälte, die zum Kühlen gebraucht wird. Durch diese Kälterückgewinnung während der Heizperiode sinkt der Grundwasserverbrauch.

Tipps für Unternehmen mit Rechenzentren

Firmen in derselben Situation sollten bei ihrem Projekt folgende Punkte berücksichtigen: Primär sollte man Varianten und Alternativen ausloten, die zu einer besseren Energieeffizienz führen. Danach gilt es zu evaluieren, ob sich ein Grundwasserstrom in der Nähe befindet oder ob eine andere Lösungsmöglichkeit vorhanden ist. Des Weiteren sollte man die Umgebung auf energieeffiziente Mittel und Wege trimmen, indem man sich Wissen über die Verbrauchergeräte aneignet: Welche sind vorhanden? Wie verhalten sie sich? Beispielsweise verfügt eine Kühlmaschine über mehrere Kompressorstufen, die je nach den herrschenden Umgebungsbedingungen unterschiedlich eingeschaltet werden. Zudem sollte man seine Datacenter wenn immer möglich mit «Free Cooling» kühlen, indem man also kostenlose Kälte aus dem Umkreis nutzt. Denn der Verbrauch vorhandener Kälte ist wesentlich effizienter als das Erzeugen von Kühlenergie.

Blick in die Zukunft

Durch die Beobachtung und Messung der Verbrauchergeräte kann die Energieeffizienz weiter gesteigert werden. «Konkret ersetzen wir deshalb in der nächsten Zeit eine ältere Unterbrechungsfreie-Stromversorgungs-Anlage, die eine grosse Verlustleistung zeigt, durch eine modernere Anlage», legt Thomas Güttinger dar. «Auch verfolgen wir laufend die Verbesserungen am Markt und untersuchen neue Technologien, die uns einen Nutzen bezüglich Planung, Implementation und betrieblicher Aspekte bringen.» Während in Zofingen im Sommer 2015 die Erneuerung der Ausstattung bereits erfolgt ist, steht in Oftringen in den kommenden Monaten der Aufbau von Kalt- und Warmgang-Zonen durch eine Einhausung der IT-Racks auf dem Programm. Ferner strebt GIA danach eine Erhöhung der Einlasskühltemperatur an, um weiter Strom zu sparen.

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