Energie sparen: Elektronik in der Kühlflüssigkeit baden

Flüssigkeit ist ein besserer Wärmeleiter als Luft. Warum also nicht die gesamte Leistungselektronik dauerhaft und vollständig in die Kühlflüssigkeit eintauchen? Extoll und 3M zeigen ein Rack-System für die Direktkühlung von Serverschränken mit großem Potenzial.

Direktkühlung von Extoll und 3M Bildquelle: © Extoll und 3M

Effizienter geht's kaum: Die Leistungselektronik befindet sich direkt in der Kühlflüssigkeit.

Herkömmliche luftgekühlte Serverräume in Warmgang-/Kaltgang-Architekturen sowie Hochleistungsrechentechnik verbrauchen enorme Mengen an Strom. Der Aufwand für die Kühlung ist mittlerweile ein bestimmender Faktor für die Effizienz der gesamten Anlage. Mit steigender Rechenleistung wird das Wärmemanagement zu einer Herausforderung, weshalb neue Kühlungsansätze künftig nicht mehr nur diskutiert, sondern auch umgesetzt werden müssen. Auf der »International Supercomputing Conference« haben 3M [1] und Extoll [2] ein zum 19-Zoll-Rack kompatibles Serversystem gezeigt, bei dem sich die gesamte Leistungselektronik direkt in der Flüssigkeit befindet.

Das Wärmemanagement bei dieser Lösung basiert auf dem so genannten Tauch-Siede-Verfahren: Bei der Ableitung der Wärme wird der Kühleffekt des Phasenübergangs von flüssig zu gasförmig genutzt: Bereits ab einer Temperatur von +49 °C verdampft die Kühlflüssigkeit an den warmen Oberflächen, wodurch sie direkt zum Wärmetauscher transportiert wird. Dort kondensiert die Kühlflüssigkeit und tropft in das Kühlbad zurück.

Der Vorteil dieser Zwei-Phasen-Kühlmethode liegt darin, dass die Elektronik auf engem Raum untergebracht werden kann. Dabei wird die Aufheizung des Serverraums effektiv verhindert, weil die Abwärme nicht mehr an die Umgebungsluft abgegeben wird. Die daraus resultierenden Effizienz- und Leistungswerte lassen sich an dem »GreenICE«-Cooling-System von Extoll ablesen.

Für die Kühlung von High-Performance-Serverracks mit bis zu 48 kW Rechenleistung werden laut Unternehmensangaben nur noch 150 W benötigt! Damit lässt sich der Energieaufwand für die Klimatisierung eines Rechenzentrums um bis zu 97 Prozent reduzieren; herkömmliche Klimageräte werden überflüssig. Gleichzeitig wird die Ausfallrate der Elektronikkomponenten reduziert, da sich die Erwärmung der kritischen Bauteile auf ein wesentlich geringeres Temperaturniveau begrenzt. Wärmebezogene Auslastungsspitzen – die bislang oftmals kritisch sind – lassen sich somit umgehen.

High-Tech-Flüssigkeit verhindert Wasserschäden

Wichtiger Bestandteil und Basis für das hocheffiziente System ist die neuartige Kühlflüssigkeit »Novec 649« von 3M, die in Verbindung mit der Elektronik absolut sicher ist und keine Kurzschlüsse verursacht.

Die Flüssigkeit ist inert, weshalb die Elektronikkomponenten über ihren gesamten Lebenszyklus direkt mit der Flüssigkeit im Kontakt bleiben können, ohne dass die Hardware beschädigt wird. Zudem verfügt die Flüssigkeit über sehr gute Isolationseigenschaften. Sie weist ein nur geringes Erderwärmungspotenzial von GWP = 1 auf, hat kein Ozonabbaupotenzial und ist nicht brennbar. Im Falle einer Leckage hinterlässt die Flüssigkeit laut Angaben von 3M keinerlei Rückstände, außerdem stellt sie kein Gefahrgut dar.