Serverhotellet fick markkyla på köpet
Ericssons gamla markvärmesystem i Linköping blev en glad överraskning för den nya hyresgästen i lokalerna. Systemet används nu för att kyla en serverhall.
Under mobiltelefonboomen för drygt tio år sen samlades Ericssons produktion av mobiltelefoner i Linköping. För att få ett jämnt materialflöde – som inte fick hindras av vädrets makter i form av snö och is – anlades vid infarten till anläggningens inlastningsportar ett 3 000 kvadratmeter stort markvärmesystem i tre separata slingformationer från Wirsbo. Längden på slingorna är sammantaget 12 kilometer.
Numera är mobiltelefontillverkningen nedlagd. Istället finns i lokalerna Phonera och dotterbolaget Netcamp som hyr ut utrymme och infrastruktur åt företag som har egen serverhantering med egen driftpersonal.
– Många medelstora företag vill ha kvar både ägandet och driften av sina servrar. Det kan fungera när serveranläggningarna är små, men börjar de växa i antal och behöver både mer ström och kyla, kanske det kan bli svårt att hantera. Det gäller i synnerhet om man hyr sina kontorslokaler eftersom dessa sällan lämpar sig för omfattande serverdrift. I det fallet kan valet stå mellan att helt lägga ut it-driften eller att hyra ett utrymme där hyresvärden står för nödvändig infrastruktur för säker och avbrottsfri it-drift.
Det berättar Niklas Beckvid, tekniskt ansvarig hos Phonera Networks som i lokalerna i Linköping driver just denna typ av verksamhet.
– Det var när vi skulle gräva upp asfalten för att dra in vår högspänningsanslutning som vi uppmärksammade markvärmesystemet. Då uppstod ett problem – vad skulle vi ta oss till med markvärmen? Innehållet i rörsystemet var glykol, klassat som miljöfarligt avfall, så det fick vi tappa över på behållare och sedan överlämna till kommunen för destruktion. Sedan började vi fundera på om det kanske gick att använda markvärmesystemet för att kyla bort en del av värmeöverskottet.
Så blev det också – i dag är markvärmen tillsammans med två vätskekylaggregat basen i kylförsörjningen. Markvärmesystemet har en total kyleffekt på 1,2 MW när omgivningsförhållandena är som gynnsammast.
Värme i korridor
Enkelt uttryckt produceras värmen av servrarna och ventileras bort via serverenheternas fläktar. Dessa serverenheter är i sin tur monterade i rack, som 28 till antalet är monterade som en korridor, en så kallad HACS (Hot Aisle ContainmentSystem) med tak och dörr i gaveln. En innesluten varm gång med andra ord. Servrarna kyls genom att kall luft sugs in från framsidan av racken, med en konstanthållen tilluftstemperatur på 23 grader. Värmen på den varma baksidan i korridoren kan ligga mellan 10 och 20 grader högre än på framsidan. För att nå stabil temperatur och luftflöde – som i sin tur beror på serverlasten i racken – finns sensorer på rackens fram- och baksida.
Luften i den varma gången kyls av de kylaggregat med EC-styrda fläktar som är placerade i rackraderna, varifrån överskottsvärmen leds bort till markvärmesystemet respektive de två vätskekylaggregaten. Vart och ett av dessa aggregat har i sin tur fyra kompressorer som frekvensomformat stegas in allteftersom de behövs.
Kylsystemen är liksom både el- och brandsläckningssystemen redundanta.
Beroende på utetemperatur och marktemperatur leds ett större eller mindre delflöde över markvärmesystemet. Högsta temperatur då man kan använda systemet är 15 grader. Efter att detta delflöde kylts ner, leds det till vätskekylaggregaten. Där kyls det det ytterligare, om det inte redan håller den temperatur som är börvärde för att hålla 23 grader i hallen. Man använder marksystemet för grundförsörjningen av kyla under perioden oktober till april, resten av året används det för delkylning.
– Bästa tiden på året för att använda markkylan är faktiskt när det regnar och blåser och utetemperaturen är mellan noll och fem grader. Då kan vi få ut omkring 400 W per kvadratmeter, mot genomsnittet under året som är 200 W per kvadratmeter, säger Niklas Beckvid.
För elförsörjningen finns också UPS för att hålla igång anläggningen från det att den yttre elförsörjningen gått ner till dess att elgeneratorerna gått igång.
Otänkbart
Enligt Niklas Beckvid skulle ett markvärmelager, som det ser ut i dag och av den storlek det har, vara otänkbart att utföra av ekonomiska skäl.
– Beräkningar visar att investeringskostnaden är cirka två miljoner kronor, och även om driftkostnaderna är försumbara, det enda som behövs är ju egentligen drivel till pumparna, går det aldrig att räkna hem, jämfört med energieffektiva evaporativa kyllösningar. De går ju stora delar av året bara på frikylning i luften.
Det man investerat i marksystemet är anslutning till kylsystemet i huset med rostfria dubblerade rörstråk samt dubbel uppsättning värmeväxlare, pumpar och liknande, samt att man lagat rörsystemet, där det sågades av när man lade den inkommande högspänningskabeln.
– Räknar man COP på markkylan i förhållande till kompressorkylan och vätskekylaggregaten är markkylan vida överlägsen.
Hög energieffektivitet
Nyttolasten är den el som behövs för att driva kundernas servrar och annan it-utrustning. Till det kommer el för övriga ändamål, först och främst kylprocessen men även energiförluster i transformatorer och UPS:er, och allmän el till belysning och liknande. Nyttolast och el för övriga ändamål blir tillsammans total last. Kvoten mellan total last och nyttolast kallas Power Usage Efficiency (PUE) och ska, enligt Jonas Belfrage som är ansvarig för anläggningsdriften i Linköping, hållas så låg som möjligt. I Phoneras anläggning i Linköping – som togs i bruk för cirka ett år sen – var PUE vid Energi & Miljös besök omkring 1,40, men den förändras över tid. Påverkan sker både genom att el för serverdrift kan öka, men också att utomhusklimatet tillåter ökad användning av frikyla genom markvärmelagret och temperaturen i utomhusluften.
– Vi har byggt en så kallade högdensitetshall, där kunderna kan tillgodoräkna sig upp till 20 W kyleffekt per rack. Det gör att vi kan höja tilluftstemperaturen, och därmed få bättre COP.
För beräkning av kylbehov och för att veta vilka krav som ställs på serverhallar ur kylteknisk synvinkel har man använt sig av amerikanska Ashraes standard från 2008: ”ASHRAE Environmental Guidelines for Datacom Equipment -Expanding the Recommended Environmental Envelope”.
– I konventionella serverhallar med underblåsande kyla har tumregeln historiskt varit att en kWh el till server motsvaras av en kWh till kringservice i form av processkyla, effektförluster, belysning, allmän el och så vidare. Sedan vi inledde kontinuerliga mätningar av energieffektiviteten i maj månad har vi varit nere på 1,27 kWh totalt över ett dygn och borde kunna kommer ner till 1,25 som årsmedelvärde när hela systemet är intrimmat och klart, berättar Jonas Belfrage.
Mark Kretz, Energi & Miljö nr 10/10 sid 46
