Was bringt Kyoto Cooling?

IT-DIRECTOR: Herr Wilkens, geht es um die Klimatisierung von Rechenzentren, fällt in letzter Zeit immer öfter der Begriff „Kyoto Cooling“. Was steckt dahinter?
M. Wilkens: Das Herzstück des Verfahrens ist das Kyoto-Wheel, ein sogenanntes Wärmerad. Dabei handelt es sich um einen Luft-Luft-Wärmtauscher, wie man ihn schon seit langem zur z.B. Wärmerückgewinnung in der Industrie oder in Schwimmbädern einsetzt.  Der Wärmetauscher rotiert und nutzt dabei dann Außenluft um die Abluft des Rechenzentrums zu kühlen.

IT-DIRECTOR: Wie funktioniert die Kyoto-Kühlung in der Praxis?
M. Wilkens: Die Idee von Kyoto Cooling ist es, das Wärmerad für die indirekte freie Kühlung zu nutzen. Ein großes Rad mit vielen kleinen Kanälen – z.B. aus Edelstahlfolie – nimmt die Wärme aus dem Serverraum auf und dreht sich langsam nach außen, wo die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Das Wärmerad wird also zum Kühlrad. Der Vorteil ist hier die große Fläche für die Wärmeübertragung. So ist eine indirekte freie Kühlung mit einem (sehr) geringen Strombedarf möglich. Diese Betriebsweise ermöglicht es, ca. 90 Prozent des Jahres mit indirekter freier Kühlung ohne mechanische Kälteerzeugung ein Rechenzentrum zu kühlen.

IT-DIRECTOR: Mit welchem Aufwand ist die Einführung von Kyoto Cooling in Bestandsrechenzentren verbunden?
M. Wilkens: In der Regel gestaltet sich das Nachrüsten in einem Bestandsgebäude schwierig. Die Nachrüstung ergibt nur dann Sinn, wenn die benötigten Flächen zur Verfügung stehen oder mit einem vertretbaren Aufwand geschaffen werden können. Und auch der Brandschutz in der Nachrüstung für den Server-Raum dürfte schwierig werden, allerdings ist eine Herstellerlösung zum Brandschutz in Sicht. Kyoto Cooling ist daher hauptsächlich für RZ-Neubauten auf der grünen Wiese interessant.

IT-DIRECTOR: Wie können damit vorhandene Klimatisierungskonzepte z.B. auf Basis von Wasserkühlung sinnvoll ergänzt werden? Oder wäre ein Komplettumstieg auf die Kyoto-Kühlung die bessere Wahl?
M. Wilkens: Eine Ergänzung ist nur dann sinnvoll, wenn die vorhandene RZ-Kühlung über entsprechende große Luftwege organisiert ist. Für die Kühlung müssen ausreichende Flächen für die Luftführung zur Verfügung stehen. Wenn diese Voraussetzung gegeben ist, kann die im Kyoto-System vorhandene Kompressorkühlung gegen eine wasserbasierende Kühlung ausgetauscht werden. Eine Kombination aus rackbasierter Wasserkühlung und Kyoto ist aus unsrer Sicht nicht sinnvoll, da meist die Flächen nicht ausreichen.

IT-DIRECTOR: Ab welcher RZ-Größe lohnt sich der Einsatz des Verfahrens?
M. Wilkens: Bisher lohnt es sich der Einsatz von Kyoto Cooling ab einer RZ-Größe von ca. 500 kW IT-Nennleistung. Dabei lohnt es sich, eine Wirtschaftlichkeitsberechnung im Vergleich zu den üblichen Kühlsystemen wie beispielsweise Kaltwassersatz durchzuführen. Die benötigte Fläche für die Aufstellung der Kühlsysteme sollte dabei unbedingt berücksichtigt werden. Kompakte Anlagen für kleinere Kälteleistungen ab ca. 90 kW werden vermutlich in Kürze erhältlich sein.

IT-DIRECTOR: Inwieweit wird das Kühlverfahren bereits genutzt?
M. Wilkens: Weltweit sind heute in zehn Ländern Kyoto-Anlagen mit rund 420 Systemen im Betrieb. Die gesamt Kühlleistung beträgt rund von 167 MW. Der Löwenanteil mit 310 Installationen findet man in Nordamerika, aber auch in Deutschland sind 24 Systeme im Betrieb, z.B. bei Noris Network oder Maincube. Weitere Länder sind z.B. Südafrika, Australien und Russland; zudem erhält die Technik nun auch in Japan Einzug.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 09/2017. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Unser Fazit lautet: Ab einer Leistung von 500 kW kann über den Einsatz eines Kyoto-Systems derzeit nachgedacht werden. Es kann sich nach eingehender Beratung und Wirtschaftlichkeitsprüfung und unter Berücksichtigung des Technikflächenverbrauches durchaus rechnen. Für die Betrachtung der Systeme ab einer Leistung von 90 kW liegen noch keine Erfahrungswerte vor.

Pro und Contra: Kyoto Cooling

Worin liegen für Rechenzentrumsbetreiber die Vor- bzw. Nachteile
dieses Kühlverfahrens?

Vorteile:

•   sehr hoher Anteil freie Kühlung, d.h. kaum stromintensiver Kompressorbetrieb
•   geringe Druckverluste im/am Wärmeübertrager im Vergleich zu anderen Luft-Luft-Wärmeübertragern
•   hohe Effizienz, je nach Standort und Anforderung der IT bis zu 90 Prozent im indirekten Freikühlbetrieb
•   einfaches System, wenige Bauteile für den indirekten Freikühlbetrieb erforderlich
•   hoher Vorfertigungsgrad, Komponenten sind steckerfertig
•   schnelle Amortisationszeit durch den hohen indirekten Freikühlbetrieb

Nachteile:

•   mit dem drehenden Kyoto-Rad innerhalb der Server-Raumwand ist ein F90-Brandschutz für den Serverraum bisher nur mit erheblichem Aufwand möglich (durch eine neue Radkonstruktion in Verbindung mit einem Brandschutzkissen und der Parkposi­tion des Rads soll das Problem in Zukunft behoben werden)
•   bei hohen Außentemperaturen wird weiterhin eine mechanische Kühlung (Direkt-Verdampfer-Geräte oder Kaltwassersatz) benötigt
•   hohe Material- und Anlagekosten für das Kyoto Cooling und zusätzlich großer Flächenbedarf für die Aufstellung des Kyoto-Rads
•   Leckluftströme am Kyoto-Rad können nicht vollständig vermieden werden