Modernisierung von Rechenzentren

Das 1947 gegründete Hamburger Unternehmen versteht sich u.a. als Spezialist für Präzisionsklimatisierung. Dabei entwickelt, produziert und vertreibt die Stulz GmbH zahlreiche Produkte und Systeme für kleine wie große Rechenzentren – angefangen von der Kälteerzeugung bis zur Kühlung von „Raum und Racksystemen“. Im Gespräch mit IT-DIRECTOR erläutert Mirko Hoffmann, Vertriebs-Chef des noch immer inhabergeführten Traditionsunternehmens, mit welchen Klimatisierungskonzepten RZ-Verantwortliche ihre Energiekosten senken können und worauf es bei der Planung künftiger Data Center ankommt.

IT-DIRECTOR: Herr Hoffmann, welche RZ-Projekte setzen Ihre Kunden derzeit um?
M. Hoffmann: Viele Großunternehmen treiben aktuell die Konsolidierung ihrer RZ-Standorte voran. Häufig haben sie in verschiedenen Niederlassungen oder Werksbereichen kleinere Data Center installiert, die hinsichtlich der Infrastruktur über die letzten zwanzig Jahre gewachsen sind. Solche Liegenschaften verdienen den Namen Rechenzentrum zumeist nicht mehr, da sie hinsichtlich des Brandschutzes, des Kabelmanagements, der Sicherheit oder der Energieeffizienz auf veralteten Technologien basieren. Mit der Konsolidierung solch gewachsener Strukturen gehen mehrere Vorteile einher, etwa höhere Energieeffizienz durch höhere Leistungsdichten, ein reduzierter Wartungsaufwand sowie ein geringerer personeller Aufwand.

IT-DIRECTOR: Bauen sich die Unternehmen dann sozusagen ein „Super-Rechenzentrum“?
M. Hoffmann: Nicht unbedingt, einerseits lagern manche Verantwortliche im Zuge der Konsolidierung ihre RZ-Infrastrukturen komplett aus, etwa an Colocation-Anbieter oder Serviceprovider, die die geforderten IT- und Sicherheitslevel erfüllen können. Andererseits modernisieren viele Unternehmen ihre Data Center, bevor sie meist recht teure Neubauten angehen.

IT-DIRECTOR: Was passiert mit der Klimatechnik, wenn einzelne RZ-Standorte geschlossen werden?
M. Hoffmann: Anders als andere Hersteller – wie z.B. die Produzenten von Kleinelektronik oder Druckern – sind wir nicht zur Zurücknahme verpflichtet. Vielmehr muss die mit dem Rückbau des Rechenzentrums beauftragte Firma entsprechende Fachkenntnisse besitzen und die Klimatechnik gesetzeskonform abbauen können. Dabei müssen insbesondere die chemischen Kältemittel und -öle entsprechend der Gefahrstoffverordnung umweltgerecht entsorgt oder recycelt werden.

IT-DIRECTOR: Der Einsatz welcher chemischen Kühlmittel ist in Rechenzentren kritisch?
M. Hoffmann: Seit Jahren ist bekannt, dass ab dem 1. Januar 2015 die Nutzung des chemischen Kältemittels R22 verboten sein wird. Dabei handelt es sich um eine im Rahmen des H-FCKW-Verbots (teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe) vorgegebene EU-Richtlinie.

Wir selbst haben unsere Kunden bestmöglich darauf vorbereitet und ihre R22-Anlagen entweder umgerüstet oder ausgetauscht. RZ-Betreiber, die jedoch bislang noch nichts unternommen haben, sollten schnell handeln. Denn kommt es nach dem 1. Januar zu einer undichten Stelle in den R22-Kältekreisläufen, darf diese nicht mehr repariert werden. Vielmehr muss die betroffene Kälteanlage außer Betrieb genommen und durch eine neue ersetzt werden.

IT-DIRECTOR: Was im laufenden RZ-Betrieb nur schwerlich umgesetzt werden kann?
M. Hoffmann: Genau, weil der Austausch von Kälteanlagen in der Regel nicht im fliegenden Wechsel funktioniert, wodurch durchaus auch der IT-Betrieb beeinträchtigt werden kann. Nicht zuletzt aufgrund dieser Folgen sollten sich die Betreiber, die das Thema bislang noch nicht auf dem Schirm hatten, dringend damit auseinandersetzen.

IT-DIRECTOR: Gibt es weitere kritische Substanzen?
M. Hoffmann: Ab 2022 wird die sogenannte F-Gas-Verordnung greifen. In deren Rahmen will die EU künftig generell H-FCKW-Kältemittel stärker begrenzen. Denn diese sind unter anderem für das zunehmende Treibhauspotential, neudeutsch Global Warming Potential (GWP), verantwortlich.

Plant man heute den Einsatz einer neuen Klimatisierung, sollte man die Zukunftsfähigkeit der Anlage sowie der eingesetzten Kältemittel im Blick behalten, insbesondere da sieben Jahre hinsichtlich der Lebensdauer eines Rechenzentrums eher ein kurzer Zeitraum sind.

IT-DIRECTOR: Inwieweit sind Sie in die Modernisierung oder den Neubau von Rechenzentren involviert?
M. Hoffmann: Geht es um die Klimatechnik, arbeiten wir in den Projekten eng mit den verantwortlichen RZ-Planern und Systemintegratoren zusammen. Die Hauptaufgabe der Planer besteht darin, für sämtliche Gewerke im Data Center jeweils geeignete Lösungen herauszusuchen. Darüber hinaus ist die Mitarbeit der IT-Abteilung notwendig, da ihre Strategien langfristig Einfluss auf die Konzeption des Rechenzentrums haben. Generell gilt es, künftiges Wachstum im Auge zu behalten und skalierbare Systeme auszuwählen.

IT-DIRECTOR: Bei welchen Themen unterstützen Sie die IT-Verantwortlichen?
M. Hoffmann: Unser Augenmerk liegt allein auf der Kühlung von Hardware. Welche IT-Services darauf betrieben werden, ist zweitrangig. In der Regel teilt uns die IT-Abteilung mit, welche Wärmelast durch die vorhandenen Server entstehen und wie hier eine künftige Entwicklung aussehen könnte. Entsprechend dieser Vorgaben entwickeln wir modulare Ansätze für die Kühlung.

IT-DIRECTOR: Worauf kommt es bei der Auswahl der Klimasysteme an?
M. Hoffmann: Die Wahl der richtigen Kühlung für ein Rechenzentrum wird von Jahr zu Jahr vielfältiger, da es die unterschiedlichsten Ansätze und Lösungen gibt. Mitunter sind diese ursprünglich gar nicht für die Klimatisierung von Rechenzentren gedacht, werden dafür aber leicht modifiziert eingesetzt. An diesem Punkt muss man genau prüfen, für welches System man sich entscheidet. Denn trifft man die falsche Wahl, kann dies die Sicherheit der Abläufe gefährden oder hohe Energiekosten verursachen.

IT-DIRECTOR: Gibt es eine Faustformel für die RZ-Kühlung?
M. Hoffmann: Mittlerweile gibt es hierzulande kein großes Rechenzentrum, das nicht auf direkte bzw. indirekte freie Kühlung setzt. Generell wird beim Neubau von Rechenzentren momentan wie folgt geplant: Die Klimatisierung  basiert auf klassischen Methoden wie freier Kühlung mit Kältemaschinen sowie Umluftklimaschränken oder Seitenkühlern direkt an den Racks. Neue Technologien für die indirekte und direkte freie Kühlung wie Cyberhandler werden im Bereich von Großrechenzentren eingesetzt. Die direkte Wasserkühlung der Prozessoren wird im Moment bei Höchstleistungsrechner für Institute und Universitäten verwendet.

IT-DIRECTOR: Apropos Energiekosten – inwieweit arbeiten Klimasysteme energieeffizienter als früher?
M. Hoffmann: Die aktuell eingesetzte Technik hat sich über Jahrzehnte hinweg bewährt, wobei eine intelligente Klimatisierung so selten wie möglich auf den Kompressorbetrieb umstellt. Vielmehr liegt die Kunst darin, vollständig automatisiert so lange wie möglich mit freier Kühlung – im ersten Schritt mit Ventilatoren als Niedrigenergieverbraucher und erst danach mit energieintensiven Kompressoren – zu arbeiten.

Über den Einsatz von Klimaanlagen hinaus gibt es eine Reihe von Maßnahmen für eine höhere Energieeffizienz, die bis dato zunehmend in allen großen Rechenzentren umgesetzt werden. Dazu zählen die klare Trennung von Kalt- und Warmgängen sowie die Erhöhung der Kaltgangtemperatur im RZ auf beispielsweise bis zu 24 Grad Celsius.

IT-DIRECTOR: Sorgen solche Maßnahmen nicht dafür, dass Rechenzentren irgendwann komplett auf Klimageräte verzichten können?
M. Hoffmann: Nein, denn kaum ein Data Center kann ausschließlich mit freier Kühlung arbeiten. Das würde bedeuten, dass im Kaltgang Temperaturen von 35 bis 40°C zugelassen werden. Im Moment muss der Temperaturunterschied zwischen der Kaltgangtemperatur von max. 24°C zur maximalen Außentemperatur über Kältemaschinen abgeführt werden. Beim Einsatz von Systemen mit direkter freier Kühlung wird zusätzlich eine Betriebsweise ohne Außenluft gewählt, um Verunreinigungen der Luft – etwa durch Rußpartikel bei einem Brand, durch von Baustellen aufgewirbelten Staub oder durch Umwelteinflüsse wie Pollenflug vom Rechenzentrum abzuschotten.

IT-DIRECTOR: Soviel zur Hardware. Wie wichtig sind Softwaretools für eine höhere Energieeffizienz?
M. Hoffmann: Die meisten Verantwortlichen haben mittlerweile erkannt, dass ein Monitoring sämtlicher RZ-Gewerke für ein effektives Energiemanagement unerlässlich ist. Verschiedene Werte werden dabei über einen gewissen Vergleichszeitraum gemessen. Hier gilt es jedoch, eine sinnvolle Anzahl von Messwerten zu vereinbaren und projektspezifisch auszuwerten. Denn ansonsten verliert man schnell den Überblick und erhält keine aussagekräftigen Ergebnisse.

IT-DIRECTOR: Welche Rolle spielt dabei die sogenannte Power Usage Effectiveness, kurz PUE?
M. Hoffmann: Sämtliche gemessenen Energiedaten fließen in den PUE-Wert ein, der im Jahresmittel betrachtet werden muss. Er ist der Quotient aus der Energieaufnahmeleistung der Server sowie der gesamten Infrastruktur inklusive Beleuchtungs- und Zutrittssystemen, USV- und sonstiger Nebenanlagen gegenüber dem Energieverbrauch der IT Ausrüstung. PUE-Werte unter 1,3 gelten als energieeffizient gegenüber Bestandswerten.

IT-DIRECTOR: Wie eingangs erwähnt sollte man beim Neubau von Rechenzentren auf jeden Fall künftiges Wachstum berücksichtigen. Worauf gilt es dabei zu achten?
M. Hoffmann: Es gibt heutzutage kaum ein Projekt mehr, in dessen Rahmen ein RZ-Neubau in einer Endausbaustufe realisiert wird. Vielmehr werden die Planungen modular aufgebaut. Beim Grundausbau des RZ gibt es keine Regel mit wie viel Kälteleistung man beginnen sollte. Dies hängt vom Grundlastbedarf in der 1. Ausbaustufe und der Skalierung gegenüber dem Endausbau der einzelnen Ausbaustufen ab. Diese Wachstumsprognose muss mit der IT-Abteilung erarbeitet werden. Das Konzept ist so zu wählen, dass die modulare Erweiterung ohne Abschaltung der vorherigen Ausbaustufen erfolgt.

IT-DIRECTOR: Bieten Sie diesbezüglich eigene Entwicklungen an?
M. Hoffmann: Ja. Sämtliche Produkte, ob Kältemaschinen, Umluftklimaschränke oder Seitenkühler sind auf modularen Ausbau konzipiert. Bei der Planung ist die notwendige Platzvorhaltung und Komponenteneinbringung zu beachten.

IT-DIRECTOR: Inwieweit arbeiten Sie mit modularen Lösungen?
M. Hoffmann: Wir bieten modulare Systeme für kleine Serverräume sowie auch für die Klimagroßanlagen von Mega-Rechenzentren. Darüber hinaus verfügen unsere Lösungen über sämtliche Sicherheitsstandards sowie Anforderungen an die Hochverfügbarkeit – ob für Level, KAT oder Tier Anwendungen Dies gilt für sämtliche unserer Modelle, angefangen von Umluftklimageräten über Kaltwasseranlagen bis hin zu Airhandler-Systemen, die wir seit kurzem anbieten.

IT-DIRECTOR: Was kann man sich unter einem Airhandler vorstellen?
M. Hoffmann: Bei unserem sogenannten Cyberhandler handelt es sich um eine anschlussfertige Präzisionsklimalösung. Dabei lässt sich das Komplettsystem mittels Outdoor-Gehäuse neben einem Gebäude oder auf einer Dachfläche installieren, sodass im Rechenzentrum selbst keinerlei Stellflächen benötigt werden. Das Modell ist in verschiedenen Leistungsgrößen von 120 bis 520 kW verfügbar und bietet mehrere energiesparende Freikühlfunktionen, inklusive direkter und indirekter Adiabatikmodule. Bei der adiabatischen Kühlung handelt es sich um thermodynamische Vorgänge, bei denen die Verdunstungsenergie von Wasser genutzt wird, um der Luft Wärme zu entziehen.

IT-DIRECTOR: Mit welcher Lebensdauer kann man bei Klimaanlagen rechnen?
M. Hoffmann: Die Klimasysteme sind in der Regel zwischen zehn und 15 Jahre im Einsatz, wobei die Lebensdauer von Rechenzentren meist bis zu zwanzig Jahre beträgt. Generell ergeben sich hinsichtlich der Klimatechnik alle zehn Jahre enorme Veränderungen, weshalb die RZ-Verantwortlichen entsprechend dieses Zyklus‘ ihre Kühlsysteme erneuern sollten.

IT-DIRECTOR: Welchen Trend gab es zuletzt bei der Modernisierung von Bestandsrechenzentren?
M. Hoffmann: Im Zuge der Modernisierung wurden zuletzt verstärkt die Ventilatoreinheiten von Präzisionsklimaschränken ausgewechselt. Hier werden die veralteten Asynchronmotoren gegen EC-Ventilatoren ausgetauscht. Dadurch können die Systeme energieeffizienter betrieben werden, denn man spart mit dem Austausch 30 bis 40 Prozent der Energiekosten ein. Dabei amortisieren sich diese Investitionen oftmals innerhalb von zwei Jahren.

IT-DIRECTOR: Inwieweit produzieren Rechenzentren Ihre eigene Energie, beispielsweise mit Photovoltaikanlagen oder Geothermie?
M. Hoffmann: Ich kenne nur wenige RZ-Betreiber, die auf Geothermie setzen. Denn niemand – auch nicht die Bohrfirma selbst – kann garantieren, dass die im Erdboden vorhandene Energieaufnahmemenge für die gesamte Lebensdauer eines Rechenzentrums und eventuell Steigerungsraten ausreichen werden. Demgemäß wäre für RZ-Betreiber das Risiko sehr hoch, nach ca. zehn Jahren festzustellen, dass über den eingerichteten „Geobrunnen“ keine Energie mehr zugeführt werden kann.

Darüber hinaus müssen bei der Nutzung von Geothermie bestimmte Auflagen, etwa der Grundwasserbehörden, erfüllt werden. So darf der Temperatureinstieg des Grundwassers nicht zu hoch sein, was wiederum nicht bei jedem Standort gewährleistet ist. Nicht zuletzt aufgrund solcher Unwägbarkeiten gilt für RZ-Betreiber: Die Minimierung des Ausfallrisikos hat stets Vorrang vor der Energieeffizienz, d.h. der Einsatz neuer Klimatisierungslösungen muss stets auch unter Sicherheitsaspekten betrachtet werden.

IT-DIRECTOR: Manche Unternehmen nutzen die Abwärme aus dem Rechenzentrum für das Heizen der Büroräume ...
M. Hoffmann: Was durchaus sinnvoll ist. Dafür baut man eine Wärmepumpe ein, um die Energie aus dem RZ weiterzuleiten. Dies funktioniert jedoch nur, wenn das Data Center nicht allein auf weiter Flur steht, sondern sich das Bürogebäude in unmittelbarer Nähe befindet.

IT-DIRECTOR: Könnte man Rechenzentren nicht einfach in den hohen Norden – etwa nach Finnland oder Island – verlagern und von den dort herrschenden kühleren Temperaturen profitieren?
M. Hoffmann: Mittlerweile gibt es zahlreiche Rechenzentrumsstandorte in Skandinavien. Allerdings müssen hiesige Anwenderunternehmen genau abwägen, ob sie sämtliche IT-Prozesse soweit vom eigentlichen Firmenstandort entfernt betreiben möchte.

Überdies besitzt der hiesige RZ-Betrieb durchaus gewisse Vorzüge: Wir besitzen ein stabiles, gut ausgebautes Stromnetz. Zudem existieren sichere Infrastrukturen zahlreicher Carrier und großer Internetknoten. In manchen Regionen Skandinaviens hingegen findet man kein reibungslos funktionierendes Verbundnetz, was die Ausfallzeiten im Rechenzentrum und damit den Einsatz von Netzersatz- (NEA) und USV-Anlagen erhöhen kann.

IT-DIRECTOR: Schwankungen hinsichtlich der Stromqualität können jedoch auch hierzulande mit der zunehmenden Verbreitung alternativer Energiequellen auftreten. Was bedeutet dies für RZ-Betreiber?
M. Hoffmann: Die Ursache solcher Schwankungen sind Rückkopplungen im Stromnetz. Für die Rechenzentren stellt dies kein Problem dar, da alle Schwankungen durch die NEA und USV-Anlagen ausgeglichen werden.

IT-DIRECTOR: Ihr Unternehmen ist international vertreten – auf welche extremen Temperaturen treffen Sie andernorts?
M. Hoffmann: Wir betreuen beispielsweise Kunden aus Wüstenstaaten – sei es im Nahen Osten oder in Afrika –, die mit hohen Temperaturen arbeiten müssen. Hinzu kommen die tropischen Temperaturen und extrem hohe Luftfeuchtigkeit in manchen asiatischen Ländern. Desweiteren müssen unsere Klimasysteme in Regionen wie Japan oder Kalifornien auch Erdbebentests bestehen.

Um solche lokalen Anforderungen bereits in der Herstellung berücksichtigen zu können, betreiben wir weltweit sechs Produktionsstandorte. Überdies besitzen wir 16 eigenständige Tochtergesellschaften und arbeiten weltweit mit 140 Partnern zusammen. So können wir Konzernen weltweit für jeden ihrer RZ-Standorte standardisierte Systeme anbieten.

IT-DIRECTOR: Am Standort in Hamburg betreiben Sie Anlagen, um Klimasysteme unter realen Bedingungen zu testen. Was steckt dahinter?
M. Hoffmann: Mit unserem Prüfstand lässt sich der genaue Energieverbrauch eines Klimasystems bei bestimmten Temperaturwerten feststellen. Wir arbeiten dabei mit kallibrierten Geräten und können feststellen, wie sich die im Katalog angegebenen Standardwerte in einer realen RZ-Umgebung verhalten. Die Kunden können sich vor Ort davon überzeugen, dass die Komponenten des Klimageräts genau ihren Nutzungsanforderungen entsprechen. Für solche Tests reisen unsere Kunden aus Deutschland und weltweit nach Hamburg.

Naturgemäß nutzen wir die Anlage auch intensiv zum Testen unserer eigenen Prototypen. Es ist ein wesentlicher Vorteil, dass unsere Produktentwicklung ebenfalls in Hamburg sitzt. Auch die Kompressoren oder andere Komponenten, die wir zuliefern lassen, werden als Teilkomponente des Klimasystems auf Ihre Leistungsparameter geprüft.

IT-DIRECTOR: Können Sie ein abschließend ein aktuelles Kundenbeispiel nennen?
M. Hoffmann: Vergangenen Mai wurde das neue Hochleistungsrechenzentrum des Telekommunikationsdienstleisters Envia TEL in Leipzig/Taucha eröffnet. Auf rund 1.000 Quadratmetern bietet es Platz für rund 300 Serverschränke von Unternehmen, öffentlichen Einrichtungen und Kommunen. Hinsichtlich des Energieverbrauchs sorgen zwei unserer parallel betriebenen Cybercool-2-Kaltwassersätze mit Freikühlregister und gleitendem Mischbetrieb für das Erreichen eines PUE-Wertes von unter 1,3.

Dank der sorgfältigen Koordination aller beteiligten Gewerke konnten wir gemeinsam mit Envia TEL die Installation des Präzisionsklimasystems in das neue Rechenzentrum in einer viermonatigen Bauphase abschließen. Eine Maßgabe sah vor, ein geeignetes Klimatisierungskonzept zu finden, mit dem sich die Herausforderungen beim Gebäudeanschluss und der Integration in die Gebäudeleittechnik lösen ließ. Insbesondere der Erhalt der Gebäudedichtigkeit musste für die ordnungsgemäße Funktion der integrierten Sauerstoffreduktionsanlage zur Brandvermeidung sichergestellt werden. Natürlich spielten bei der Planung und Umsetzung auch technische wie leistungsspezifische Anforderungen des TK-Dienstleisters an das Klimasystem ein Rolle. Entscheidende Zielvorgabe war ein PUE-Wert von 1,3 für das Rechenzentrum. Dazu sollte die Lösung wichtige Eigenschaften wie Hochverfügbarkeit durch Redundanz, modulare Flexibilität für veränderte Leistungsanforderungen und Skalierbarkeit für die geplante zweite Ausbaustufe aufweisen.


Mirko Hoffmann
Alter: 43 Jahre
Beruflicher Werdegang: Der Diplom-Ingenieur für Klima- und Kältetechnik arbeitet seit 2003 für die Stulz Klimatechnik und fungierte dabei seit 2005 als Regionalleiter und Prokurist für die Vertriebsregion Ost.
Derzeitige Position: Zum 1. Juni 2014 hat Mirko Hoffmann die Vertriebsleitung im Stulz-Geschäftsbereich Präzisionsklimatisierung Deutschland übernommen.