Geothermal gekühltes Rechenzentrum reduziert Stromverbrauch für Klimatisierung um 80 Prozent

Der Magistrat der Stadt Fulda hat mit Unterstützung der Projektpartner BM Green Cooling und VINTIN ein hocheffizientes neues Rechenzentrum in Betrieb genommen. Mit einem Klimatisierungskonzept, das zu 100 Prozent auf regenerativer Energie basiert, erreicht die Stadtverwaltung einen Power Usage Effectiveness (PUE)-Wert von 1,15. Für die Kühlung der Server wird heute 80 Prozent weniger Strom benötigt. Zudem nutzt die Stadt die Abwärme des Rechenzentrums zur Beheizung von Fahrzeughallen.

Die Organisation

Fulda ist mit 65.000 Einwohnern die größte Stadt der Region Osthessen, Kreisstadt des Landkreises Fulda und Bischofssitz des gleichnamigen Bistums. Im historischen Stadtschloss der Barockstadt hat heute der Magistrat der Stadt Fulda seinen Sitz. Die zentrale Verwaltungsbehörde erbringt für die Bürgerinnen und Bürger hunderte unterschiedlicher Dienstleistungen – von der Abfallwirtschaft bis zu Zuschüssen für Kindergartenbeiträge und Tagespflege.

Für die vielfältigen Aufgaben betreibt die städtische IT-Abteilung eine komplexe Infrastruktur mit rund 450 unterschiedliche Standard- und Fachverfahren. Diese werden nicht nur von den rund 1.200 IT-Anwendern in der Stadtverwaltung genutzt, sondern auch von anderen öffentlichen Einrichtungen wie der Feuerwehr, der Zentralbibliothek und dem Abwasserverband. Zudem betreut die Abteilung auch die gesamte IT für die 13.000 Schülerinnen und Schüler und 1.000 Lehrkräfte an den 23 städtischen Schulen.

Die Herausforderung

In den letzten Jahren ist die IT-Infrastruktur des Magistrats jährlich um etwa zehn Prozent gewachsen. Das gesamte Datenvolumen beläuft sich mittlerweile auf über 1.000 Terabyte. Dadurch stieß das vorhandene Rechenzentrum im historischen Stadtschloss langsam an seine Kapazitätsgrenzen. Da baulich keine Erweiterungsmöglichkeiten mehr vorhanden waren, machten sich die Verantwortlichen auf die Suche nach einem neuen Standort.

Nach einem Vergleich unterschiedlicher Gebäudeoptionen entschied sich die Stadtverwaltung schließlich, einen ehemaligen Luftschutzraum in der Nähe der Rettungsleitstelle zum Rechenzentrum umzubauen. „Dabei ging es nicht nur darum, genügend Platz und Leistungsreserven für die Zukunft zu haben – wir wollten auch die Energieeffizienz unserer IT verbessern“, sagt Michael Dietzel, Leiter der IT-Abteilung. „Unser bestehender Serverraum war vor allem auf Perimeter-Sicherheit ausgelegt und wurde mit konventionellen Kältemaschinen gekühlt. Bei einem PUE-Wert von etwa 2,0 sahen wir noch viel Potenzial, den Stromverbrauch in Zukunft zu reduzieren.“

Die Lösung

Die Projektpartner BM Green Cooling und VINTIN hatten im Rahmen einer Machbarkeitsstudie ein klimaneutrales Gesamtkonzept für den neuen Standort entwickelt. Die Idee war, bei der Klimatisierung auf eine Kombination von Geothermie und indirekter Freikühlung zu setzen. Nach der öffentlichen Ausschreibung wurde dieses Konzept umgesetzt.

Um die nötige Kühlleistung von 100 kW zu erzeugen, legte man im Innenhof des Gebäudes ein Sondenfeld mit bis zu 120 Meter tiefen Bohrungen an. Über geschlossene Sonden, die eine Solemischung transportieren, wird Abwärme aus dem Rechenzentrum in das Erdreich abgegeben. Zwei redundante und über die USV abgesicherte Zirkulationspumpen halten den Solekreislauf zuverlässig aufrecht. Das Sondenfeld wird allerdings nur in den heißesten Phasen des Jahres für die Kühlung des Rechenzentrums benötigt – „vermutlich weniger als 1.000 Stunden pro Jahr“, schätzt Eberhard Knödler, Geschäftsführer von BM Green Cooling. In der übrigen Zeit kommt ausschließlich der großzügig dimensionierte Freikühler zum Einsatz. Um einen derart hohen Nutzungsgrad der freien Kühlung zu erreichen, ist die gesamte Anlage für relativ hohe Wasservorlauftemperaturen ausgelegt. Spezielle Reihenkühlgeräte in den Serverschränken produzieren selbst bei einer Wassertemperatur von 22 °C noch ausreichend temperierte Zuluft mit 26 °C. Im Winter werden die Freikühler auch verwendet, um die Temperatur des Sondenfelds
wieder zu reduzieren.

Wir messen mit Hilfe von Wärmemengenzählern, wie viel Wärme wir im Sommer dem Erdreich zuführen. Diese Wärmelast entziehen wir dem Boden dann wieder in der kalten Jahreszeit“, erklärt Dietzel. „Zudem nutzen wir während der Wintermonate die Abwärme aus unserem Rechenzentrum, um mehrere Fahrzeughallen zu beheizen. Damit verbessern wir die Energiebilanz unseres Rechenzentrums zusätzlich.“

Im Zuge des IT-Umzugs brachte der Magistrat auch die weiteren Komponenten der Rechenzentrumsinfrastruktur auf den neuesten Stand. VINTIN unterstützte bei der Auswahl und Implementierung der aktiven Netzwerkkomponenten, installierte die Serverracks und Warmgangeinhausungen passgenau in die relativ niedrigen Schutzräume und richtete die elektrischen Unterverteilungen ein. Überarbeitet wurde auch das gesamte Überwachungskonzept. Intelligente WAGO-Steuerungen und Messgeräte von Janitza liefern detaillierte Informationen zum Stromverbrauch der einzelnen IT-Komponenten und warnen rechtzeitig vor Fehlerströmen.

Die Vorteile

Mit dem neuen Rechenzentrum setzt die Stadt Fulda Maßstäbe beim Thema Energieeffizienz. „Wir gehen davon aus, dass wir künftig einen Power Usage Effectiveness (PUE)-Wert von 1,15 erreichen“, sagt Michael Dietzel. „Dies bedeutet: Wir verbrauchen 80 Prozent weniger Strom für die Server-Kühlung und anderen energetischen Overhead.“

Zudem schaffte die Stadtverwaltung mit durchgängiger Redundanz die Voraussetzungen für eine Tier 3-Zertifizierung des Rechenzentrums. Die hohe Ausfallsicherheit schließt dabei auch die Klimatisierung mit ein. Um die Versorgung mit Kaltwasser in jedem Fall sicherzustellen, wurde ein hydraulischer Bypass installiert. So kann die städtische Feuerwehr bei Bedarf Löschwasser zur Serverkühlung einspeisen. Auch der Anschluss eines externen Kaltwassersatzes ist möglich.
Platz für zukünftige IT-Erweiterungen ist im neuen Rechenzentrum mehr als genug vorhanden. Die Stadtverwaltung stellt daher freie Kapazitäten der regionalen Wirtschaftsförderungsgesellschaft zur Verfügung. StartUps und andere Unternehmen können Serverschränke nach Bedarf anmieten und profitieren ebenfalls von der hohen Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit der neuen Infrastruktur.

Kurz gesagt

„Mit dem neuen Rechenzentrum verfügen wir jetzt über eine zukunftsfähige Basis für den IT-Betrieb in Fulda. BM Green Cooling und VINTIN haben uns dabei geholfen, mehr Leistung und Ausfallsicherheit mit hoher Nachhaltigkeit zu verbinden. Das effiziente Klimatisierungskonzept wurde bereits mit dem zweiten Platz beim Hessischen Staatspreis für innovative Energielösungen ausgezeichnet.“ Michael Dietzel, Leiter IT-Abteilung, Magistrat der Stadt Fulda

Sie wollen eine ähnliche Lösung wie die Stadt Fulda haben? Kontaktieren Sie uns einfach und schildern Sie Ihr Problem. Wir von VINTIN werden das Problem lösen und auch ihre Story zu einer Success Story machen!

Übrigens: Bei der Konferenz „Klima-Kommunal“ in Frankfurt erhielt die Stadt unter den 53 Teilnehmern des Wettbewerbs „So machen wir’s“ einen von zwei Preisen in der Kategorie „Klimaschutz“ für das neue geothermal gekühlte Rechenzentrum. Wir gratulieren!