Smarta självdraget kan halvera energiåtgången i datacenter

Tack vare tillväxten av molntjänster etableras nya datacenter i rask takt, världen över. Det är en energikrävande verksamhet, inte minst drar fläktsystemen som ska kyla ned servrarna stora mängder ström.

I ett gammalt kylrum i Luleå jobbar forskningsinstitutet Rise SICS North på en tänkbar lösning. Genom att placera servrarna rätt kan naturligt drag minska användningen av fläktar i dagens datacenter. Ett projekt som Energimyndigheten finansierar genom ett anslag på 3,2 miljoner kronor.

Allt enligt samma princip som en vanlig skorsten.

– Tanken är att ställa skåpen med servrar mot varandra. Så i mitten har man "spisen" och så sätter man en skorsten på toppen, förklarar Tor Björn Minde som är vd för Rise anläggning i Luleå.

Skorstenen ska sluta tätt mot toppen av serverracken så att den varma luften inte har någon annanstans att ta vägen än ut. Samtidigt kommer kall luft att strömma igenom racken för att kompensera den luft som åker ut genom skorstenen.

Efter en serie simuleringar och en första liten testanläggning med bara ett par servrar är forskarna i full gång med att montera version två. De använder till en början fyra serverrack som var och ett innehåller ett tjugotal avlagda servrar som donerats från Facebooks datacenter som ligger i närheten.

Målet är att hitta en bra metod för att datacenter ska förlita sig mindre på fläktar och mer på naturligt drag. En första utmaning är att "värma upp" skorstenen och få igång draget.

– Precis som man måste förtända spisen i sommarstugan innan man tänder brasan, måste man se till att få upp drag först, säger Tor Björn Minde.

Draget blir bättre ju större temperaturskillnaden är mellan serverracken och miljön utomhus, och det tar en stund för värmen att byggas upp i systemet efter att servarna slagits på.

– Ökat flöde kommer av ökad värme, men den värmen ökar först när processorerna blivit varma. Så man måste även reglera temperaturen med fläktar, säger Tor Björn Minde.

I takt med att temperaturen ökar kan man sedan börja reglera ner fläktarna, och därmed minska på elförbrukningen. Antalet fläktar som sitter på själva systemet och kyler processorerna kan också sänkas, och även de stora fläktar som används för ventilationen av hela datacentret kan i bästa fall bli färre.

I de simuleringar som gjorts inför experimentet har forskarna sett att energiförbrukningen till fläktar under optimala förhållanden kan halveras. Även om det inte är säkert att man får ut hela den effekten i praktiken.

– Vi ser potentialen och en snabb uppskattning är att vi vid de här kyliga breddgraderna ser 50 procents besparing. Det är potentialen, men det är en bit dit och det kommer inte att bli så lätt, konstaterar Tor Björn Minde.

En nackdel med tekniken är att den bygger på att varmluften släpps ut i naturen och därmed inte går att ta tillvara på lika lätt. Konceptet är att leda den varma luften från servrarna till den kalla luften utomhus.

Ett nästa steg i experimenten på Rise är därför att se om man kan ta tillvara på spillvärmen, samtidigt som man använder sig av skorstenar för att leda ut den.

– Vi vill ha värmeåtervinning också. Det är nästa utmaning, att få både självdrag och värmeåtervinning i samma system, säger Tor Björn Minde.

Det finns redan flera exempel på där värme från datacenter kopplats in i fjärrvärmesystemet, men det kan finnas fler tillämpningar på sikt.

– Värmen kan återanvändas där man gärna har 35 grader i luften. Vi har tittat på växthus, och vi gör en förstudie kring att torka biomassa vilket skulle passa väldigt bra i Sverige med all virkes- och träindustri, säger Tor Björn Minde.