Veröffentlichungen

In Europa entfallen aktuell ca. 2 Prozent des Strombedarfs auf den Betrieb von Rechenzentren. Speziell in Deutschland lag die IT-Anschlussleistung im Jahr 2020 bei über 2000 MW. Für die kommenden Jahre wird ein weiteres Wachstum prognostiziert. Die dabei erzeugte Wärme erfordert eine kontinuierliche Abfuhr durch das Kühlsystem. Die Direktflüssigkeitskühlung stellt hierbei eine effiziente Methode dar, bei der das Kühlmedium, meist Wasser, mittels Rohrleitungen auf dem Server unmittelbar zu den IT-Komponenten geleitet wird. Im Vergleich zur Kühlung mit Luft erlaubt dies höhere Kühltemperaturen auf Grund einer besseren Wärmeübertragung. Die maximale Kühlaustrittstemperatur bei der Direktflüssigkeitskühlung liegt laut Literaturangaben zwischen 45…70 °C. Flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren bieten somit verschiedene Möglichkeiten zur Abwärmenutzung, beispielsweise für Gebäudeheizungen, Nah- und Fernwärmesysteme sowie den Antrieb von Sorptionskältemaschinen. Für die effiziente Einbindung der Rechenzentrumsabwärme ist es jedoch notwendig, die Wechselwirkung unterschiedlicher Kühlbedingungen mit dem IT-System zu berücksichtigen. Die Untersuchung der Wärmenutzung von flüssigkeitsgekühlten Rechenzentren erfordert deshalb eine geeignete Modellierung des thermischen und elektrischen Verhaltens der Server. Daher wird in dieser Arbeit das Betriebsverhalten von Servern mit Direktflüssigkeitskühlung unter verschiedenen Kühlbedingungen mittels praktischer Untersuchungen charakterisiert. Ein Testaufbau erfasst dabei die Messdaten aus dem IT- und Kühlbetrieb von 10 flüssigkeitsgekühlten Servern unter reproduzierbaren Lastbedingungen, wobei die Eintrittstemperatur des Kühlkreislaufs zwischen 25 und 50 °C variiert und für drei Temperaturspreizungen (5,0 K; 7,5 K; 10,0 K) gemessen wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass es in dem untersuchten Temperaturbereich zu keiner Einschränkung des IT-Betriebs kam (z. B. durch Reduktion der Taktfrequenz der CPUs). Die maximale mittlere Kühltemperatur wurde in dieser Konfiguration durch die flüssigkeitsgekühlten Netzteile mit 58 °C vorgegeben. Eine Erhöhung der mittleren Kühltemperatur von 30 °C auf 50 °C hat zu einem Anstieg des Strombedarfs um 8,5 % geführt. Die abgeführte Wärme der Flüssigkeitskühlung reduziert sich auf Grund zunehmender Wärmeverluste über das Gehäuse um 14,6 %. Diese Erkenntnisse wurden in ein Simulationsmodell überführt. Dieses Modell soll im Anschluss die Abwärmenutzung von flüssigkeitsgekühlten Rechenzentren abbilden.

Schlagwörter: Rechenzentrum, Abwärmenutzung, Flüssigkeitskühlung, Experiment, Modellierung