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Mittwoch, 21. März 2012

Zumeist nichts als kühle Luft – BIBB setzt innovatives RZ-Klimakonzept um

Das Bundesinstitut für Berufsbildung (BIBB) stand vor der Herausforderung, die defekte Klimatechnik in seinem Rechenzentrum zu erneuern. Nach reiflicher Analyse, hat sich schließlich die heute noch wenig eingesetzte "direkte Freie Kühlung" aufgrund der örtlichen Gegebenheiten als effizienteste und ökologisch sinnvollste Lösung herauskristallisiert.

Das Bundesinstitut widmet sich seit gut 40 Jahren der beruflichen Aus- und Weiterbildung. Dies geschieht auf vielfaltige Art: durch wissenschaftliche Analyse, die Mitgestaltung von Ausbildungsordnungen, die Unterstützung der Ausbilder in den Betrieben oder durch Beratung der Politik. Die kontinuierliche Verbesserung des Ausbildungssystems verlangt von den ca. 650 Beschäftigten des BIBB gleichermaßen ein Höchstmaß an Professionalität wie auch persönlichen Einsatz.

Seit 2004 ist das Bundesinstitut in Bonn in einem Dienstgebäude gemeinsam mit dem Bundesumweltministerium untergebracht. Mit dem sich entwickelnden guten nachbarschaftlichen Verhältnis hat das BIBB fur sich auch den Umweltschutz als "Herzensangelegenheit" entdeckt. In der Folge hat das Institut große Anstrengungen unternommen, seinen Verbrauch an natürlichen Ressourcen einzudämmen. Sein Nachhaltigkeitsmanagement stellt das BIBB jahrlich mit der Auditierung nach dem europäischen Standard "EMAS" auf den Prüfstand.

Green IT-Initiativen

Green IT sollte im BIBB nicht nur ein Schlagwort bleiben: Umweltkennzahlen wurden für IT erhoben, Einsparszenarien entwickelt sowie die IT-Beschaffung um ökologische Vergabekriterien erweitert. Durch das Ideenmanagement wurden zahlreiche Verbesserungsvorschläge von Beschäftigten zur Ressourceneinsparung prämiert und umgesetzt. Bezogen auf die IT-Infrastruktur hieß dies über mehrere Jahre: es wurde modernisiert, konsolidiert, virtualisiert.

Im krassen Gegensatz zu der entsprechend optimierten Informationstechnik stand die Raumluftanlage zur Kühlung des institutseigenen Rechenzentrums (RZ). Sie verrichtete immerhin seit 1986 (!) ihre Dienste, enthielt FCKW-haltiges Kühlmittel, nur eingeschränkte Steuerungsmöglichkeiten der Kühlleistung und war nach heutigen Maßstäben ein hoffnungsloser Stromfresser. Hier behinderten bauliche und organisatorische Widrigkeiten, aber auch finanzielle Restriktionen, lange eine umweltgerechte Lösung.

IT-Investitionsprogramm ermöglicht Modernisierung

Als Wendepunkt der Bemühungen erwies sich die Möglichkeit, auf Mittel des Konjunkturpakets zuzugreifen. In einem ersten Schritt wurde damit die Erstellung eines Klimakonzepts für das BIBB durch Experten des Bundesverwaltungsamts ermöglicht. Die Bestandsaufnahme der baulichen und technischen Gegebenheiten führte zu ernüchternden Ergebnissen und bot kaum Aussicht auf eine besonders effiziente Lösung:

  1. Zahlreiche großflächige Fenster begünstigen das Aufheizen der Raume durch Sonneneinstrahlung;
  2. Tragende Wände sowie die Zuweisung des RZ zu zwei Brandabschnitten verhindern die Bereitstellung einer großen und damit leicht zu kühlenden Flache;
  3. Wasserführende Leitungen sind nicht vorhanden und müssen bei Bedarf aufwendig aus anderen Gebäudeteilen herangeführt werden;
  4. Die umfassende Virtualisierung der Server und der drastische Abbau von Hardware hatten zu einer Reduzierung der Schränke-Zahl geführt. Mit den noch vorhandenen kommt "mangels Masse" eine Kalt -/Warmgang-Lösung nicht in Betracht;
  5. Die relativ hohe Wärmeresistenz der verwendeten IT sowie die geringe Wärmelast der vorhandenen Infrastruktur stehen Skaleneffekten durch leistungsstarke effiziente Kühlsysteme entgegen.

Die Nachteile eines Bestandsrechenzentrums schienen hier auf besondere Weise die heutigen Möglichkeiten einer energieeffizienten umweltgerechten Kühlung zu untergraben. Gleichzeitig überstiegen die avisierten Kosten einer Neuanlage die Möglichkeiten des vorhandenen investiven Titels deutlich. Die Anmeldung von Sondermitteln hatte einen weiteren Zeitverzug von mindestens einem Jahr nach sich gezogen. Ein Teilausfall der Altanlage und das Fehlen geeigneter Ersatzteile kündigten weiteres Ungemach an. Die Möglichkeit, eine andere geeignete Flache in der Liegenschaft zu nutzen, war nicht gegeben.

Analyse potenzieller Klimakonzepte

Die sich anschließende Analyse möglicher Klimakonzepte zeigte erste Weichenstellungen:
Eine reihenbasierte Architektur wurde aufgrund der geringen Zahl an Schranken verworfen. Eine rackbasierte Architektur ermöglicht eine besonders zielgerichtete Kühlung direkt im Schrank. Eine gute Leistungsausnutzung der entsprechenden Kühlmodule stellt sich jedoch nur bei hoher Leistungsdichte oder unstrukturierter Geräteanordnung ein – beides ist im BIBB nicht gegeben. Völlig unerwartet erweist sich ein dritter Architekturansatz als die effizienteste Variante: Tatsachlich wird bei einem raumbasierten System unter den besonderen Bedingungen im BIBB die bereit gestellte Leistung am effizientesten genutzt und der Energieverbrauch bestmöglich minimiert. Ein weiterer nicht unerheblicher Vorteil dieses Ansatzes: er erfordert den geringsten Aufwand beim Umbau des Raumes.
Die Architekturentscheidung stellt jedoch erst einen Teilerfolg bei der Auswahl der geeigneten Klimalösung dar. Weiter ist die Frage der Art der Kühleinheit zu entscheiden. Bei dem Altsystem handelte es sich um ein luftgekühltes DX-System (direct expansion). Hier wird das Kühlmittel aus dem Kühlkreis auf das Dach geleitet und dort durch die Außenluft gekühlt. Die Leckage an dem vorhandenen Rohrleitungssystem, die Notwendigkeit, dieses vollständig zu ersetzen und lange Wege über fünf Vollgeschosse zum Dach führten zu dem Schluss, diese Variante zu verwerfen.
Die Nutzung "Freier Kühlung" erfolgt meist indirekt über Wasser- Glykol-Gemische. Bei kühlen Außentemperaturen wird die Kühlflüssigkeit durch die kalte Außenluft und nicht den
Kältekreislauf gekühlt. Dies ermöglicht etwa für 6.000 h, entsprechend 250 Tage pro Jahr, die Einsparung des Energieeinsatzes für die Kälteerzeugung. Die Idee, in Deutschland ausreichend und kostenlos vorhandene kalte Außenluft zur Kühlung einzusetzen, überzeugt. Ist allerdings tatsachlich der "Umweg" über ein Kühlmittel erforderlich, gibt es hier nicht einen direkten Weg?

Die "direkte" Lösung

Und tatsachlich zeigt sich als Verfeinerung des Konzeptes die sogenannte "direkte Freie Kühlung" Hier wird auf ein Kühlmittel verzichtet und direkt kühle Luft von außen angesaugt. Diese kann mehr noch als bei der indirekten freien Kühlung gar bei Außentemperaturen unter 19 Grad Celsius genutzt werden. Erst darüber unterstutzt ein integrierter Kompressor-Kältekreislauf die Konditionierung der Luft. Durch den Einsatz der IT bei höheren Raumtemperaturen zwischen 23 und 25°C wird die Kälteleistung der Freien Kühlung zusätzlich begünstigt. Diese Lösung erfordert möglichst ungehinderten großflächigen Zugang nach außen.
Plötzlich erweisen sich die Fenster im RZ von großem Nutzen Die Stärken dieses Konzepts:

  • Die Energieersparnis gegenuber einem zeitgemäßen alternativen Kühlsystem beträgt jährlich ca. 30.000 Kwh. Dies entspricht einer CO2-Ersparnis von ca. 19 t;
  • Im Vergleich zum Altsystem ergibt sich eine CO2-Ersparnis von ca. 90 Prozent bzw. ca. 108 t pro Jahr;
  • Die angebotenen wie auch tatsachlichen Gesamtkosten der Lösung lagen unter denen von Anbietern anderer Kühltechniken;
  • Die Inbetriebnahme erfolgte Ende August 2011. Bis zum jetzigen Zeitpunkt (Januar 2012) ist die Anlage ausschließlich energiesparend über Außenkühlung gelaufen. Dies wird an ca. 90 Prozent aller Tage im Jahr der Fall sein.

Für die Durchführung des Projekts konnte die Firma Dell als Generalunternehmer gewonnen werden, die Klimatechnik wurde von der Firma Emerson Network Power bereit gestellt. Letztlich erst ermöglicht wurde die Maßnahme durch Mittel des Konjunkturpakets II. Im Ergebnis wurde im BIBB der "Problemfall" RZ-Kühlung in ein sehr innovatives, beachtenswertes Projekt gewendet.

Ein Artikel von Dr. Astrid Fey (Leiterin des Referats Informationstechnik beim Bundesinstitut für Berufsbildung); veröffentlicht im Behördenspiegel im Februar 2012

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