Energieeffiziente Kühlung im neuen Rechenzentrum

Organisation

 

Die Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt (FHWS) ist mit 7.800 Studierenden, 190 Professoren, 19 Lehrkräften für besondere Aufgaben und 240 sonstigen Beschäftigten die drittgrößte Hochschule für angewandte Wissenschaften (HAW) in Bayern. Das Studienangebot der zehn Fakultäten umfasst heute insgesamt 26 Studiengänge mit Diplom-, Bachelor- und Masterabschlüssen. Organisatorisch gliedert sich die 1971 gegründete Hochschule in die Abteilungen Würzburg und Schweinfurt.

 

Anforderungen

 

Ende 2008 begann der Freistaat Bayern mit dem Bau eines zusätzlichen Hochschulgebäudes am Würzburger Sanderheinrichsleitenweg. Im Rahmen des Neubaus plante die Hochschule auch die Einrichtung eines neuen Rechenzentrums, in dem die IT-Ressourcen von mehreren verteilten Standorten konsolidiert werden sollten. Insbesondere war es notwendig, die komplette Server-Infrastruktur vom Hochschulgebäude an der Würzburger Münzstraße umzuziehen, da dort umfassende Renovierungsarbeiten anstanden.

 

Für das neue Rechenzentrum suchte die Hochschule nach einer Klimatisierungslösung, die einerseits möglichst energieeffizient ist und andererseits mit der hohen Leistungsdichte der IT-Infrastruktur zurechtkommt. In den vergangenen Jahren hatte das IT Service Center der FHWS seine Server-Landschaft konsequent virtualisiert, um die Auslastung der physischen Hardware zu verbessern. Im neuen Rechenzentrum sollten schon zum Start mehr als 600 virtuelle Server auf leistungsfähigen Rack-Servern betrieben werden. Zudem bereitete die IT-Organisation die Einführung von rund 700 virtuellen Benutzer-Desktops vor. Die Infrastruktur – und damit auch das gesamte Kühlkonzept – mussten also auf eine weitere Steigerung der Rechenkapazität ausgelegt sein.

 

Lösung

 

Nachdem die IT-Verantwortlichen der Hochschule erkannt hatten, dass eine konventionelle Kühlung über einen Doppelboden für die hohe Leistungsdichte des geplanten Rechenzentrums nicht ausreichte, wurde ein neues Klimatisierungskonzept ausgeschrieben. VINTIN konnte diese Ausschreibung mit einem innovativen und wirtschaftlichen Lösungsansatz auf Basis von APC-Komponenten gewinnen. Der Vorschlag überzeugte die Verantwortlichen insbesondere durch seine hohe Energieeffizienz und Skalierbarkeit.

 

VINTIN kombinierte für das Lösungskonzept eine eingereihte Kaltwasserkühlung auf Basis von InRow-Systemen mit einer Warmgang-Einhausung. Mit diesem technologischen Ansatz ließen sich die Anforderungen der Hochschule erfüllen und gleichzeitig die Voraussetzungen für einen zukünftigen Ausbau der Infrastruktur schaffen. Bei einer InRow-Klimatisierung werden mehrere kompakte Kühleinheiten zwischen den einzelnen Server-Racks montiert. Die Kühleinheiten geben Kaltluft an der Vorderseite der Rackreihe ab, die von den Racks eingesogen wird und so die Abwärme der Server aufnimmt. Die dabei entstehende Warmluft wird dann auf der Rückseite der Rackreihe wieder von den Kühleinheiten angesaugt. Da InRow-Systeme die Abwärme direkt dort entsorgen, wo sie entsteht, sind sie deutlich energieeffizienter als konventionelle Klimaanlagen und verteilen zudem die Kälte gleichmäßiger über die gesamte Höhe der Server-Racks. Darüber hinaus können sie auch noch bei Leistungen von 15 bis 20 kW pro Rack zuverlässig kühlen und eignen sich daher gut für wachsende IT-Umgebungen mit hoher Leistungsdichte.

Zwischen den beiden Rack-Reihen richtete VINTIN einen eingehausten Warmgang ein, in den die gesamte Abwärme der Server strömt. Diese Anordnung bietet in der Praxis mehrere Vorteile. Die Einhausung selbst sorgt für eine Trennung der Luftwege und verhindert, dass sich Kalt- und Warmluft im Raum vermischen – Grundvoraussetzung für einen möglichst effizienten Kühlprozess. Im Gegensatz zu einer Kaltgang-Abschottung kann beim eingehausten Warmgang zudem mit höheren Sollwerten für die Kühltemperatur gearbeitet werden, was die Energieeffizienz weiter verbessert. Erhöht man dagegen die Sollwerte einer Kaltgang-Einhausung, steigt die Temperatur im Serverraum schnell auf unangenehm hohe Werte an. Hinzu kommt schließlich noch der Aspekt der Ausfallsicherheit: Bei einer Warmgang-Lösung befinden sich die Einlassöffnungen der IT-Geräte außerhalb des verschlossenen Gangs. Somit können sie kühle Luft aus dem Raum ansaugen, falls das Kühlsystem ausfallen sollte.

Im Vergleich zu einer Kaltgang-Lösung steht damit mehr Zeit für das Umschalten auf die Notstromversorgung oder das ordnungsgemäße Herunterfahren der Server zur Verfügung. Der dritte wichtige Baustein des Lösungskonzepts von VINTIN war die Implementierung eines umfassenden Überwachungssystems. Im Serverraum wurden dazu zahlreiche Sensoren installiert, die unter anderem Ein- und Ausgangstemperaturen, Luftfeuchtigkeit und Erschütterungen messen. Der Zustand wichtiger Systemkomponenten wird ebenfalls laufend kontrolliert. Alle Messdaten laufen in dem zentralen Überwachungssystem StruxureWare Central von Schneider Electronic zusammen und sind webbasiert von jedem beliebigen Ort aus abrufbar. Beim Überschreiten bestimmter Schwellwerte werden automatisch Alarmierungen ausgelöst und Benachrichtigungen an die Administratoren der Hochschule versandt. So können diese sofort auf alle kritischen Ereignisse reagieren, die Einfluss auf die Verfügbarkeit der Infrastruktur haben könnten.

Die Umsetzung des komplexen Gesamtprojekts für die FHWS stand unter großem Zeitdruck und erforderte von VINTIN eine enge Abstimmung mit den anderen am Neubau beteiligten Unternehmen. Der Aufbau der Rechenzentrums-Infrastruktur und den Umzug der Server musste in einem relativ engen Zeitfenster in den Sommersemesterferien 2011 durchgeführt werden. Von Ende Juli bis Mitte August installierte VINTIN alle Komponenten, die für den Betrieb und die Kühlung der Infrastruktur notwendig sind – von den Server-Racks über die Einhausung bis hin zur USV-Anlage. So konnte bis Ende August die Server-Infrastruktur von der Münzstraße in das neue Rechenzentrum umgezogen werden. Viele kritische Dienste, beispielsweise für die E-Learning-Angebote der Hochschule, wurden dabei ohne Downtime im laufenden Betrieb migriert. Die Übergabe des schlüsselfertigen Rechenzentrums erfolgte termingerecht vor Beginn des Wintersemesters im September – seitdem läuft die neue Infrastruktur der Hochschule reibungslos und ohne Unterbrechung.

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