Datorerna både värmer och kyler

I källaren under Ångströmlaboratoriet i Uppsala ger en serverhall tillräckligt mycket spillvärme för att minska fastighetens värmebehov med 250 megawattimmar per år. Genom en unik dubbel värmeväxling bidrar spillvärmen också till kylningen.

Ett kraftigt susande hörs när dörren öppnas till Uppmax serverhall under Ångströmlaboratoriet på Uppsala universitet. Innanför ståldörren finns två petabyte (två miljoner gigabyte) datalagring och beräkningsdatorer som används av universitetets forskare. Susandet kommer från de stora, svarta datakylarna som står som pelare mellan datorracken. Fläktarna längst ner i kylarna ser till att sval luft transporteras igenom datorracken. På den svala sidan är det ungefär 22 grader och när luften kommer ut uppvärmd på andra sidan är den cirka 46 grader. Varmluften sugs upp ovanför det falska undertaket och tillbaka till kylmaskinen där värmen tas om hand i en bikakevärmeväxlare. Den värmer i sin tur vatten som förvärmer uteluft som tas in till Ångströmlaboratoriets ventilationssystem.
– Serverhallen behöver 220 kilowatt el och har konstant last året om, så det är en pålitlig värmekälla, säger Stefan Eneroth, energistrateg hos Akademiska Hus som förvaltar fastigheten.En drömutmaning

Projektet han började arbeta med 2010 borde vara en drömutmaning för varje energistrateg. Flytten av Uppmax serverhall till en lokal i källaren under Ångströmslaboratoriet har lett till vinster både för Uppmax och för universitetet. Att låta serverhallen värma ventilationsluften i byggnaden minskar förstås värmekostnaderna. Dessutom har konsultföretaget Helenius som projekterade systemet skapat en unik lösning med dubbel värmeväxling, som gör värmeåtervinningen mer effektiv och även ger besparingar på kylsidan. Växling mellan köldbärare och värmeåtervinningskrets görs både på den kalla och varma sidan.
– Den här byggnaden gör av med mycket energi per kvadratmeter, totalt cirka 320 kWh/kvm, år för el och värme. Bland annat finns renrum som är oerhört energikrävande. Med den här åtgärden har vi minskat värmebehovet för hela Ångström med cirka 5 procent. Det är bra, men det ska ner mer, säger Stefan Eneroth.
Redan i höst kommer det att finnas mer spillvärme att ta vara på från serverhallen som planerar att expandera.
– Vi köper till utrustning för mellan 15 och 20 miljoner nu, så till midsommar kommer serverhallen att dra 150 kilowatt mer, berättar Jukka Komminaho, teknisk chef hos Uppmax.

Fler servrar får plats
Totalt får det plats mer än dubbelt så mycket effekt – upp till 1 000 kilowatt – i serverhallen där lite mer än halva ytan också fortfarande är ledig. Att flytta hit var en lättnad för Uppmax som tidigare hade sina servrar på andra våningen i den gamla regementsbyggnaden bredvid Ångströmlaboratoriet.
– Ett problem där var att bjälklaget inte höll. Vi kunde bara placera racken på vissa ställen, annars kunde de gå igenom golvet, säger Jukka Komminaho.
I den nya serverhallen går det också bättre att kontrollera kylningen. På vintern kommer kylan främst från uteluften, som används för att kyla ner vattnet i kylsystemet.
– Vintertid har vi dubbla kylsystem, dels ventilationsaggregatet som vi kan kyla med, och så den konventionella kylcentralen där vi just nu håller på att bygga om till fjärrkyla, säger Jonas Andersson, drifttekniker styr och energi.

De svarta rören med kylvatten och varmvatten till och från serverhallen löper under taket i en lång, gråmålad korridor utanför hallen. Att det redan fanns ett utbyggt kylsystem här var en viktig anledning till att serverhallen placerades i den här byggnaden. Det var enkelt koppla serverhallens kylsystem till det befintliga ledningsnätet.

Dubbla värmeväxlare
Vi följer korridoren och viker runt hörnet in i en ny korridor. En bit in i den finns hjärtat i anläggningen – de två värmeväxlarna som ser till att mesta möjliga av spillvärmen och kylan från uteluften kan tas tillvara.
– Temperaturen i returen blir mycket låg. I stället för att ha en retur till kylcentralen på 15 grader, som är vanligt, får vi under kalla dagar ibland minusgrader. Det kan man kalla frikyla, eftersom den är helt gratis utöver el till fläktar och annat, säger driftingenjör Mats Wieselblad.

Det gäller förstås att vara försiktig med vatten och minusgrader. Ventilationskretsen är skyddad med glykol, men inte kylvattnet i rören.
– Så länge vattnet cirkulerar går det bra, säger Jonas Andersson.

På sommaren blir det ingen frikyla, så de största besparingarna görs mellan oktober och april. Men då sparas å andra sidan en hel del. Enligt de uträkningar som energistrategen gjort minskar behovet av värme med cirka 250 megawattimmar per år. Tack vare den speciella värmeväxlingen minskar hela energikostnaden för värme och kyla med 200 000 kronor per år.

Genom att byta till fjärrkyla kommer också elnotan att minska. De egna kylmaskiner som använts hittills drivs med el, medan Vattenfalls fjärrvärme- och kyla produceras med hjälp av avfallseldning. Kylan görs lokalt med hjälp av en absorptionskylmaskin där fjärrvärmevattnet sätter igång en kemisk process. I april ska den nya kylcentralen vara klar. Det blir skönt för alla inblandade, eftersom ombyggnationer alltid medför störningar. För ett par veckor sedan stannade kylningen en kort stund och då steg temperaturen i serverhallen snabbt.

– Om kylvattenflödet försvinner så stiger temperaturen på kylluften till 30 grader på en kvart. Hade kylan varit borta i 2-3 minuter till hade vi fått stänga av alltihop, med de konsekvenser som det kan få för användarna, säger Jukka Komminaho.

Knepigt för driftpersonalen
Lite barnsjukdomar har det också varit för en del pumpar och för driftstyrningen. Främst injusteringen av en pump har vållat huvudbry för driftpersonalen, men de är en lösning på spåren nu. Det handlar om att göra systemet självoptimerande för olika effekter.
– Lösningen är att hämta värdet från vårt lågspänningsställverk. Då krävs mätare som känner av effekten som serverhallen jobbar med, så vi måste byta mätare i ställverket och sedan styra flödet utifrån eleffekten, säger Jonas Andersson.

Akademiska Hus är trots allt nöjda med värmeväxlingen i två steg och idéerna finns med när ett liknande arbete snart inleds på Biomedicinskt Centrum, BMC, några kilometer bort. Även där planeras en ny serverhall som ska ersätta de många små datorhallar som finns nu. Totalt kommer det att bli en hall som kontinuerligt kräver cirka 300 kilowatt el.
– Frågan är hur många dubbla värmeväxlare vi har råd med. Det behövs ju en uppsättning till varje ventilationsaggregat. Men arbetet på Ångström har gett oss mersmak, så det är mycket möjligt att det blir den här lösningen även på BMC, säger Stefan Eneroth.
– Det bästa med det hela är att vi kan ta tillvara så mycket av både värme och kyla. Annars skulle vi kanske tappa 30 procent av spillenergin.

Marie Granmar, Energi & Miljö nr 2/2013 sidan 34-37

 

• FAKTA: Energianvändning Ångström och BMC
  2005              
• El  kWh/m2:  Ångström 220, BMC 191
  Värme kWh/m2:  Ångström 167, BMC 225
• 2012
  El kWh/m2: Ångström 202, BMC 163 
  Värme  kWh/m2: Ångström 114,  BMC 151

  Återvinningen från serverhallen har minskat Ångströmlaboratoriets fjärrvärmebehov med nästan 5 kWh/kvm och elbehovet med 1 kWh/kvm (tack vare minskad kylmaskinsdrift). När fjärrkylan har installerats i april blir minskningen av köpt kyla och värme ungefär lika stor, tack vare återvinning från serverhallen.

 

• FAKTA:  Ångströmlaboratoriet
  Laboratoriet är en del av Uppsala universitet och har 6 700 studenter, 520 doktorander och 1 200 anställda forskare och lärare.
  
  Yta: Tillsammans med Informationsteknologiskt centrum, ITC, är ytan 72 000 kvadratmeter, vilket är 21 procent av hela universitetets yta.
  
  Verksamhet: Forskning inom fysik, kemi, matematik och energi. Ångström har ett av Europas mest avancerade laboratorier för materialforskning och är framstående inom nanoteknik. Här finns också Nordens största renrum.