Revitalisierung und Ertüchtigung von Bestandsgebäuden mit dem ecube Concept

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1 ABSTRACT Revitalisierung und Ertüchtigung von Bestandsgebäuden mit dem ecube Concept Schaffung neuer Rechenzentrumsfläche ist zeit- und kostenintensiv Neue Rechenzentren benötigen Flächen und Gebäude, deren Beschaffungs-, Genehmigungs- und Bauprozess in vielen Fällen ein langes und administrativ aufwändiges Verfahren darstellt. Grundsätzlich treiben vier typischen Grundszenarien den Modernisierungs- bzw. Erweiterungsbedarf: Nachfrage nach weiterer RZ-Fläche, die idealerweise in bestehenden RZ-Gebäuden oder zumindest auf dem Campus angesiedelt werden soll, um Synergien zum Beispiel bei Sicherheitssystemen und der Mess- / Schalt- Regeltechnik (MSR) auszunutzen. Erhöhter Leistungsbedarf aber bestehende Leistungsgrenzen der Kälte- und Elektroversorgung Unsichere und austauschbedürftige Infrastruktur Sehr niedriger Effizienzgrad (in Deutschland z.b. weisen mehr als 40% der Rechenzentren einen PUE von größer 2 auf*) Sind Bestandsgebäude verfügbar, kann dies einen großen Vorteil darstellen wenn sie denn geeignet sind. Industrietypisch für Rechenzentren sind horizontal angelegte Konzepte, in denen neben der reinen Rechnerfläche noch ca. das Doppelte für die Infrastruktur des IT-Betriebes vorzusehen ist. Deshalb sind neben der Eignung der Lage, Erschließungssituation, Bausubstanz und der Elektroversorgung etc. häufig die Grundfläche und/oder Raumhöhe bedingt durch z.b. Doppelböden - limitierende Faktoren. Mehr Optionen bei der Nutzung von Bestandsgebäuden Mit dem gesamthaften ecube Concept für Kühlung und Design von Rechenzentren können in vielen Fällen solche und ähnliche Engpässe bei der Umnutzung eines Bestandsgebäudes oder der Revitalisierung von Bestandsrechenzentrum überwunden werden: es ist nicht nur sehr flexibel, sondern weist zudem eine extrem hohe Flächen-, Raum- und Energieeffizienz auf. Insbesondere die Kühlung nimmt sehr wenig Platz in Anspruch und erzielt unter nahezu allen Rahmenbedingungen hervorragende Effizienzgrade. Dies gilt selbst dann, wenn eine freie Kühlung auf Grund von Platzmangel grundsätzlich nur sehr eingeschränkt möglich ist und Kältemaschinen als überwiegende Kältequelle eingesetzt werden müssen.

2 [2] Revitalisierung: Kapazitätserweiterung von Rechenzentren Besteht Bedarf an weiterer IT-Kapazität bzw. höherer Leistungsdichte, kann sowohl die bestehende Infrastruktur als auch die Fläche bzw. die Raumhöhe eine Herausforderung darstellen. Häufig ist in solchen Fällen die Elektroversorgung der Engpass: In z.b. konventionell konzipierten 1MW (bezogen auf die Critical Load) Rechenzentren, welche mit einer Redundanzanforderung von 2N ausgelegt sind, war in der Vergangenheit oftmals eine 4MW-Auslegung der gesamten Elektroversorgung notwendig. (Siehe unten: Modernisierung der Infrastruktur von Rechenzentren ). Mit dem ecube Concept eröffnen sich neue Möglichkeiten können doch durch den Einsatz der hoch energieeffizienten ecube Kühltechnologie enorme Energiekapazitäten frei werden, um sie dann für die IT selbst nutzbar zu machen Bei einer bestehenden Infrastruktur von 2MW Energiegesamtleistung (in N, d.h. ohne Redundanzen) bedeutet dies, dass bei einem Betrieb ohne Kältemaschine statt bislang lediglich 1MW nun 1,7MW für die IT selbst zur Verfügung stehen eine Erhöhung um 70% ohne Mehrkosten und - vor allem - ohne die Notwendigkeit großer bauliche Erweiterung, die mit einer starken Vergrößerung der Infrastruktur für die Elektroversorgung zwangsläufig einhergehen würde. Ist jedoch eine Kältemaschine einzusetzen, so kann diese wesentlich kleiner ausfallen und damit auch den Peak PUE deutlich reduzieren. Ist die Fläche zu gering, um in konventioneller Planung den Whitespace zu erweitern um mehr Rack aufzubauen, bietet das auf der ecube-kühltechnologie basierenden Cube DataCenter Design ggf. die Lösung. Nicht nur, dass aufgrund des geringeren Platzbedarfs für die Kühlung selbst eine größere Flächeneffizienz erzielt werden kann auch das innovative dreidimensionale Raumkonzept kann den entscheidenden Vorteil bringen. Da das System ohne Kalt- und Warmgänge und doppelte Böden auskommt, ist beim Einsatz von Standardracks eine Raumhöhe von 3m pro Ebene ausreichend. Eine Stapelung der Racks in offenen Stahlgerüsten nutzt hocheffizient evtl. vorhandene Raumhöhen und optimiert damit die Nutzung der reinen Grundfläche. Voraussetzung ist natürliche eine entsprechende Tragfähigkeit des konstruktiven Gebäudeunterbaus.

3 [3] Revitalisierung: Modernisierung der Infrastruktur von Rechenzentren Ist das Ziel, die Energieeffizienz des IT-Betriebes zu verbessern, kann eine Modernisierung der RZ-Infrastruktur sinnvoll sein. Einsparungen für die Kühlung von 90% und mehr können dabei erzielt werden. Bei der Auslegung der Komponenten der Elektroversorgung, inklusive der USV und der Netzersatzanlagen, ist der Peak-PUE, d.h. die maximale Stromaufnahme des Rechenzentrums ausschlaggebend. Dieser liegt bei Rechenzentren herkömmlicher Konzeption mit einem durchschnittlichen Jahres-PUE von 1,6 bei einem PUE von 2 und mehr. Bedingt ist dies durch den hohen Stromverbrauch der Kältemaschine im vollen Betrieb bzw. beim Startvorgang. D.h. die Elektroversorgung ist so ausgelegt, dass alle Komponenten bei Continuous Cooling -Anforderungen die Spitzenlast abdecken können. Hängt die Kältemaschine nicht an der USV, so muss jedoch zumindest die Netzersatzanlage (NEA) entsprechend ausgelegt sein. Hinzu kommen ggf. Redundanzanforderungen wie 2N oder N+1 und die mehrfachen Versorgungswege für die Elektroversorgung. Bei einem herkömmlichen RZ mit 1MW IT- Leistung bedeutet dies, dass bei einem Peak-PUE von 2, die Elektroversorgung auf 2MW und mehr ausgelegt sein kann (ca. 2,4MVA). Im Falle eines 2N Redundanz-Konzeptes können dies bis zu 4MW und mehr werden für die Anforderung an die Stromversorgung für lediglich 1 MW IT-Leistung. Der Einsatz der ecube-kühltechnologie unter vergleichbaren Bedingungen senkt den Peak- PUE hingegen auf ca. 1,4, und die 4MW können auf 2,8MW reduziert werden. Kann das System auf einen Betrieb ohne Kältemaschine ausgelegt werden (siehe dazu Die ecube-kühltechnologie für Rechenzentren ), kann mittels der ecube-kühltechnologie der Peak-PUE auf 1,15 gesenkt werden: statt der erforderlichen mindestens 4MW sind 2,3MW ausreichend. Dies alleine bringt eine Kostenersparnis von mehr als 30 Prozent bei Trafos, MSHV, NSHV, USV und NEA.

4 [4] Ertüchtigung von Bestandsgebäuden zur Umnutzung als Rechenzentren -Praxisbeispiele- Ertüchtigung von Bestandsgebäuden mit dem ecubeconcept wurde in zwei Fällen realisiert (Stand 12/2014), eine weitere Umsetzung ist für 2015 geplant. Installation eines 940kW Rechenzentrums in einer alten 200m² großen und knapp 3m hohen Leitwarte Dir erste Installation eines ecubeconcept überhaupt beruht auf der Umnutzung eines Bestandsgebäudes, der alten Leitwarte auf dem Gelände der Infraserv Höchst GmbH und Co. KG, in ein Rechenzentrum. Voraussetzung war in erster Linie eine hohe Bodentragfähigkeit, da Racks mit IT über ein Tonne wiegen können. In der Leitwarte wurden auf knapp 200 m 2 zwei Rechenzentrumsräume mit einer Gesamtkapazität von 940kW eingerichtet. Die lichte Höhe in den Räumen beträgt knapp 3m, die Versorgung der Wärmetauschertüren erfolgt von oben, durch an der Decke angebrachte Rohre des Kühlkreislaufs. Die Rohre wurden außerhalb des Gebäudes verlegt und es erfolgte durch eine Öffnung der Außenfassade unter dem Boden (d.h. nicht sichtbar) je eine Einführung pro Computer-Raum. Die Rückkühlung erfolgt ausschließlich über freie Naßkühltürme, die auf einen 20-Fuß Container, der außerhalb des Gebäudes aufgestellt wurde, montiert sind. Im Container befinden sich Wärmetauscher und Pumpen sowie die Steuerung. Die Transformatoren wurden ebenfalls außerhalb des Gebäudes in einem speziell geschützten Bereich aufgestellt. Errichtung eines 1,8MW Rechenzentrums auf 120m² Grundfläche in einem abgetrennten Bereich einer Experimentierhalle/Vorbereitungshalle In größerem Rahmen wurde bei der GSI in Darmstadt eine Bestandshalle genutzt, um in einem Stahlgerüst mit 2 Ebenen auf 120m 2 Grundfläche 96 Racks mit einer Gesamtkapazität von 1,8MW unterzubringen. Das Rechenzentrum im Stahlgerüst, der MiniCube, ist mit einer Wand aus Rigips-Teilen vom Rest der Halle abgetrennt und hat eine Höhe von knapp 6 Meter. Neben dem Rechenzentrum in der Halle ist in einem speziell geschützten Bereich die Elektroversorgung untergebracht, während die Rückkühlung über einer 40-Fuß Rückkühlcontainer mit Naßkühltürmen erfolgt. Die Kosten für den MiniCube inkl. Kühlung, Stromversorgung, Stahlgerüst und Verkleidung belaufen sich auf ca. 1,1 Mio, d.h. rund 600 pro kw IT.

5 [5] Ertüchtigung einer 100m² großen Gebäudeteilfläche für ein 1MW Hochleistungsrechenzentrum Ein Beispiel für die Ertüchtigung eines Gebäudeteils zu einem Hochleistungsrechenzentrum ist das Max Delbrück Centrum für Molekularbiologie in Berlin Buch. Dort wird derzeit (Frühjahr 2015) ein bislang noch ungenutzter Raum mit rund 100 m 2 zu einem Hochleistungsrechenzentrum ausgebaut, das eine Kapazität von 1MW haben soll. Die Rückkühlung erfolgt durch die Hybridkühl-Anlage, die auch die anderen Teile des Rechenzentrums sowie weitere Anlagen auf dem Campus kühlt. Für das Rechenzentrum wird ein weiterer Hybridkühler aufgestellt, der mittels eines Tichelmann-Systems, das außen am Gebäude verlegt wird, die notwendige Kälte liefert. Die Stromversorgung erfolgt im Rahmen der bereits bestehenden Infrastruktur zur Elektroversorgung. Stand: März 2015