Van hete servers naar koele besparingen: start-up verlaagt uitstoot met 90%

De verborgen warmte achter elke online actie 

Elke keer dat je op Facebook klikt of iets zoekt op Google, verwerkt een server – ergens in de wereld, tussen rijen en rijen machines in een datacenter – een reactie. Google heeft wereldwijd naar schatting 2 miljoen servers, Amazon ongeveer 450.000 en Facebook meer dan 200.000. Deze snel groeiende hoeveelheid apparatuur verwerkt enorme hoeveelheden data en genereert daarbij ook enorme hoeveelheden warmte.

Deze datacenters verbruiken gigantisch veel energie voor koeling – volgens sommige schattingen wel een paar procent van ’s werelds totale elektriciteit. Dat betekent enorme energierekeningen – alleen al in de Verenigde Staten wordt jaarlijks 6 miljard USD uitgegeven aan het koelen van datacenters – en grote hoeveelheden CO₂-uitstoot. Met een serverindustrie die met ongeveer 12 procent per jaar groeit, zullen deze energievraag en kosten alleen maar toenemen. Als reactie kiezen sommige IT-bedrijven ervoor hun datacenters boven de poolcirkel te bouwen, om te profiteren van de gratis natuurlijke koeling die de locatie biedt.

Maar een start-up uit Sheffield, Verenigd Koninkrijk, heeft een innovatieve oplossing ontwikkeld waarmee servers overal ter wereld goedkoop en efficiënt kunnen worden gekoeld. De innovatie van Iceotope wordt gezien als een van de meest veelbelovende koeloplossingen voor datacenters, met de potentie om de sector te veranderen. Warmtewisselaars van Alfa Laval spelen een belangrijke rol in het systeem.

Vloeistofkoeling verandert het speelveld 

Iceotope’s oplossing is gebaseerd op hetzelfde basisprincipe waardoor je je hand onder koud water houdt als je je brandt, in plaats van erop te blazen: water geleidt warmte beter dan lucht. Sterker nog, water koelt 1.850 keer effectiever dan lucht.

“Wat wij proberen te doen is verspilling uit het datacenter verwijderen,” zegt Peter Hopton, oprichter en CEO van Iceotope. “Wij zien verspilling als meer dan één ding. Het is verspilling door infrastructuur die eigenlijk niet nodig is, en verspilling door onnodig stroomverbruik. Onze missie is om het datacenter opnieuw te bedenken en verspilling te elimineren met vloeistofkoelingstechnologieën.”

De huidige standaard is dat servers in datacenters worden gekoeld door koude lucht die over de hete componenten wordt geblazen. Maar dit is lawaaierig en inefficiënt, en vereist veel apparatuur die met vloeistofkoeling kan worden uitgesloten. “Meestal komt in een datacenter de helft van het totale stroomverbruik voor rekening van ventilatoren, airconditioning en luchtbehandeling, en dat is verspilling,” zegt Hopton.

Een oplossing in drie stappen

De technologie van Iceotope elimineert in feite de behoefte aan ventilatoren binnen de servers. “Ze worden vervangen door een systeem dat werkt op natuurlijke convectie,” zegt Hopton. “We elimineren de computer room air cooler (CRAC)-units, we elimineren de compressoren en we elimineren de warmtepompen. Het enige wat we hebben zijn circulatiepompen die koelvloeistof naar externe radiatoren pompen. En dat elimineert vrijwel tot 97 procent van het vermogen dat normaal werd verbruikt door een standaard koelsysteem.”

De oplossing van Iceotope kent drie koelstadia:

1. In de eerste fase, bij de servers, convecteert een speciale ultra-convecterende vloeistof, genaamd 3M Novec Engineered Fluid, warmte bijna 20 keer sneller dan water zou kunnen. Deze bijzondere vloeistof, waarin de moederbordblade volledig is ondergedompeld, geleidt geen elektriciteit zoals water, maar voert wel de warmte af van de elektronica. De elektronica blijft verder volledig onaangetast door de vloeistof. Je zou zelfs je smartphone in een bak ervan kunnen gooien en hij zou perfect blijven werken.
   
   
2. In de volgende fase wordt de warmte die door de vloeistof uit de servers is opgenomen, rondgepompt in de kast via warmtewisselaars van Alfa Laval die in de kast zijn geplaatst.
   
   
3. In de derde fase dragen de warmtewisselaars warmte over van de secundaire lus naar een derde en laatste waterlus die de warmte uit het gebouw afvoert. Het systeem maakt ook warmteterugwinning mogelijk door heet water te leveren voor hergebruik, bijvoorbeeld voor gebouwverwarming.

In elke serverkast zitten twee warmtewisselaars van Alfa Laval. “Ze koppelen onze kast los van het gebouw, wat betekent dat als er een storing in de kast is, alleen die kast wordt beïnvloed en niet andere kasten in het gebouw,” zegt Hopton. “Met een systeem als dit moet je, om schaalbaar te zijn, dat niveau van ontkoppeling hebben. Als je duizenden kasten hebt, neemt de kans op een defecte kast toe, en dan wil je dat het probleem beperkt blijft tot één kast in plaats van het hele gebouw te beïnvloeden.”

Dubbele energiebesparing en een wereldwijd marktpotentieel

Het serversysteem van Iceotope vermindert doorgaans de koelkosten van datacenters met tot wel 97 procent; het stroomverbruik van servers met tot wel 25 procent (omdat er geen ventilatoren en bewegende delen zijn); en de totale ICT-infrastructuurkosten met tot 50 procent, vergeleken met traditionele lucht- of watergekoelde systemen. Het systeem genereert water tot 50 graden Celsius, en die warmte kan worden hergebruikt, wat dubbele besparing oplevert in energie en CO₂-uitstoot. Omdat het systeem ook stil is – in tegenstelling tot lawaaiige traditionele luchtkoeling – kunnen servers en supercomputers naast mensen werken, bijvoorbeeld in laboratoria.

Deze volgende generatie vloeistofgekoelde technologie betekent dat grote spelers in de datacenterindustrie hun faciliteiten niet langer hoeven te situeren in koude klimaten. “Het maakt weinig verschil of je in de poolcirkel werkt of aan de zuidkust van Spanje of ergens in Afrika,” zegt Hopton. “Met de oplossing van Iceotope kun je je datacenters plaatsen op locaties die geschikter zijn volgens andere criteria, zoals connectiviteit en energievoorziening, zonder je zorgen te hoeven maken over de omgevingstemperaturen. De waarde van de potentiële markt voor dit product loopt in de miljarden.”