CFD-Simulationen: Rechenzentren optimal klimatisieren

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

• 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.

• Sowohl eine Vorab-Planung als auch nachträgliche Optimierungen über CFD amortisieren sich laut Merkle CAE Solutions rasch.

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 Prozent führen. Das macht sich spürbar bemerkbar in der Geschwindigkeit und einem möglichen 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. Das soll das erneute Ansaugen warmer Luft und somit die potenzielle Bildung von Hot Spots verhindern. Mittels CFD-Simulationen lässt sich nun das Strömungs- und Temperaturverhalten der kalten und warmen Luft simulieren. Auf Basis der gewonnenen Daten lassen sich räumliche Faktoren oder die Lüftungsanlagen optimieren und Energiekosten senken. Dafür wird der gesamte Raum mit Zu- und Abluft inklusive der Kalt- und Warmgänge sowie der Wärme- und damit verbundene Strömungsbildungen abgebildet.

Mit CFD-Simulationen Strömungsverhalten der kalten und warmen Luft berechnen

Auf Basis der Erkenntnisse aus der Simulation lassen sich Geometrien der Kalt- und Warmgänge sowie die Zu- und Abluft so verändern, dass man eine Reduktion des benötigten Luftmassestroms erzielt – bei gleichzeitiger Optimierung der Kühlung. Bei bereits durchgeführten CFD-Simulationen erreichte Merkle CAE Solutions durch entsprechende Optimierungen eines Rechenzentrums die Reduktion des benötigten Luftvolumenstroms um circa sieben Prozent.

Ein Server mit einer Leistung von 90 kWh benötigt im Jahr 788'000 kWh Energie, ähnlich einer Klimaanlage. Durch eine Einsparung von sieben Prozent würde man also 55'000 kWh pro Jahr einsparen. Bei einem Strommix bedeutet dies, dass das eingesparte CO2 (420 g/ kWh) 22 Tonnen ausmacht.

Klimatisierung kann zur deutlichen Investitions- und Energieeinsparungen führen

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.

Bild oben: Optimiertes Modell mit Luftzufuhr im Kanal und einer erhöhten Decke im Kaltgang. Bildquelle: Merkle CAE Solutions GmbH

Weitere Informationen unter www.merkle-partner.de.

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