Outsourcingdienstverlener Schuberg Philis beschikt sinds 1999 over een riant bemeten datacentrum in Schiphol-Rijk. Toen het werd aangekocht – via een managementbuy-out van de Nederlandse vestiging van Metromedia Fiber Network – was het state of the art, en dat is het wat IT betreft nog steeds. Maar op het punt van energiehuishouding kon het, zoals zo veel datacentra uit de vorige eeuw, wel een vernieuwingsimplus gebruiken. Zeker gezien de verwachte groei van het ICT-vermogen – en dus de koelbehoefte – naar zo’n 2 à 2,5 megawatt.

Om af te dwingen dat het bedrijf intern operationeel net zo ‘leading edge’ is als extern in zijn dienstverlening aan klanten, decreteerde de directie een jaar geleden dat Schuberg Philis eind 2011 wat betreft energie-efficiëntie in de nationale top van aanbieders van datacentrumdiensten moet zitten. Dat betekent dat de Power Usage Effectiveness (het totale energieverbruik van een datacentrum gedeeld door het energieverbruik van de IT-hardware die erin is ondergebracht) van de huidige 1,9 naar 1,3 of liever nog iets lager moet zijn getuned.,

Kyotokoeling

Een belangrijk probleem daarbij is dat de meeste commercieel beschikbare duurzame koeloplossingen zijn ontworpen met toepassing in nieuwe datacentra in gedachten. Neem bijvoorbeeld de veelgeroemde Kyotokoeling, waarbij de datacentrumlucht via een groot ‘warmtewiel’ wordt afgekoeld aan de buitenlucht. Die op zich fraaie oplossing vergt veel luchtverplaatsing, waarvoor kanalen nodig zijn met een doorsnedeoppervlak van soms wel meerdere tientallen vierkante meters. Dat maakt Kyotokoeling tot een lastig door te voeren oplossing in bestaande datacentra.

Zo ook bij Schuberg Philis. Gezocht werd naar een systeem dat warmte – net als bij gebruik van chillers – verplaatst via een koelvloeistof, in leidingen met diameters van één tot twee decimeter. Dat schept vrijheid wat betreft inrichting van ruimte en plaatsing van koelingscomponenten. Bovendien belooft zo’n aanpak redelijke kansen op hergebruik van bestaande onderdelen van de koel­infrastructuur, zoals leidingen, pompen en air cooling units (ACU’s).

Koeltorens

Een van de weinige duurzame koelsystemen die aan deze technische randvoorwaarden bleken te voeldoen, was een oplossing die Rabobank sinds ongeveer een halfjaar toepast: eenvoudige koeltorens in combinatie met geavanceerde warmte- en koudeopslag in grondlagen onder het rekencentrum. Operationeel directeur en medeoprichter Philip Dries van Schuberg Philis: “De vraag voor ons was onder meer: kunnen we hun oplossing en ervaring vertalen naar onze situatie, zonder al te grote stukken van onze bestaande koelinfrastructuur op de schop te moeten nemen?” Dat was een vraag die ook SenterNovem triggerde, vanwege het evidente innovatieve potentieel van zo’n duurzame koeloplossing voor bestaande omgevingen.

In de koeltorens koelt het opgewarmde koelwater door gedeeltelijke verdamping aan de lucht af tot zo’n graad of vier boven de ‘natte-boltemperatuur’. Daarmee is in de praktijk zo’n 65 tot 90 procent van de tijd de door Schuberg Philis gewenste koelwatertemperatuur van ten hoogste 12 graden goed te halen. Voor de overige 30 tot 120 dagen per jaar is nog steeds een andere koeltebron nodig. De meeste datacentra die aan de buitenlucht koelen, vallen op deze klamme warme dagen terug op conventionele compressiekoeling (‘chillers’). Maar dat betekent wel een aanzienlijke beperking van het voordeel van ‘gratis’ koeling aan de buitenlucht. Een probleem dat Rabobank en nu dus ook Schuberg Philis slim omzeilen door met ‘de koellast’ te schuiven in de tijd: op dagen dat de koeltoren onvoldoende koelvermogen levert, wordt warmte opgeslagen in een warmtereservoir op omstreeks 70 meter diepte en wordt koude onttrokken aan een koudereservoir op omstreeks 170 meter diepte. Zodra de weersomstandigheden gunstig zijn, wordt de warmte alsnog naar de koeltoren afgevoerd en wordt het koudereservoir weer aangevuld.

De door Schuberg Philis gekozen technologie werkt aanmerkelijk energiezuiniger dan de ‘warmtepompen’ waarop de in datacentra gebruikelijke chillers zijn gebaseerd. Doordat gebruik wordt gemaakt van van nature aanwezige temperatuurverschillen (tussen grondwater, koelvloeistof en binnenlucht) en verdamping (in de koeltoren), is er voor de feitelijke koeling geen externe energie nodig.

De enige energie die het koel­systeem gebruikt, zit in het zorgen voor luchtcirculatie langs warmtewisselaars (ACU’s) in de warme en koude straten in de serverruimten en het rondpompen van de koelvloeistof door de bronnen en koeltorens. En zelfs dat rondpompen kost bij deze ‘bodemkoelketen’ minder elektriciteit dan bij de koeling met chillers. Chillers vergen namelijk een koelvloeistof op glycolbasis (‘antivries’), die dikker is dan water en daardoor meer pompvermogen vergt.

Preciezer regelen

Hoewel de warmte/koudebron en de koeltorens voor datacentrumverhoudingen ‘megaefficient’ zijn, was het onderzoek naar een mogelijke overstap voor Schuberg Philis een project van aanzienlijke omvang. Dries: “Het is niet een kwestie van chillers eruit en koeltorens met monobronnen erin. Om het werkend te krijgen, moest de hele keten van koelsysteem tot serverruimte op de schop. Je gaat namelijk gebruikmaken van kleinere temperatuurverschillen. Dat betekent dat je de warmteoverdracht preciezer moet regelen. Bij veel datacentra staan de chillers ingesteld op 7 graden; het koude water dat wij oppompen is 12 graden. Dat betekent dat je, om de gewenste koeling te bewerkstelligen, de capaciteit van de ACU’s in de serverruimte aanmerkelijk effectiever moet zien te benutten.”

Berger: “Het gaat hier om afzonderlijk bewezen technieken; koeltorens, warmte/koudeopslag in de grond, slim regelen van ACU’s, warme en koude straten in de serverruimten. Het is op zich allemaal bekend. Maar tegelijkertijd is het nieuw om het op deze manier samen te voegen in een bestaand datacentrum. We wisten dat we veel zelf zouden moeten uitvinden en dat de uitkomst in termen van energie-efficiëntie en terugverdientijd onzeker zou zijn.” Niet onbelangrijk in dit verband is dat de aanvangsinvestering voor koeling op basis van koeltorens en thermische opslag in de bodem – met alle vereiste aanpassingen in de rest van de keten – drie- à viermaal hoger zou uitpakken dan simpele vervanging van de chillers door modernere modellen, wat ook al een substantiële verbetering van energie-efficiëntie teweeg zou brengen.

Terugverdientijd

Ervaringsgegevens uit Rabo’s nieuwe datacentrum, dat van een soortgelijke koeling gebruikmaakt, waren slechts in beperkte mate toepasbaar voor een businesscase bij een bestaand rekencentrum. Aangevuld met conservatieve schattingen duidden ze voor Schuberg Phillis op een terugverdientijd van ergens tussen de vijf en tien jaar. Puur zakelijk gezien is dat te lang, maar uit maatschappelijk perspectief toch interessant genoeg om ermee door te gaan. Vooral toen SenterNovem bereid bleek te delen in Schuberg Philips’ pionierkosten. Als tegenprestatie zou de outsourcingdienstverlener op zijn beurt de in het project opgedane kennis en ervaring delen met andere eigenaren van datacentra.

In eerste aanleg werd onderzocht of het mogelijk is met twee bronnen SEnD met voorlopig nog even chillers in de rol van ‘koeltoren’ - ruwweg de helft van het vereiste koelvermogen van 2 megawatt te realiseren en de overall energie-efficiëntie (PUE) substantieel te verbeteren. Dat laatste bleek inderdaad mogelijk. Het systeem werkt inmiddels een halfjaar en de PUE van de betreffende serverstraten daalde inderdaad van 1,9 naar 1,3.

Daarmee lijkt de terugverdientijd dichter bij de vijf dan bij de tien jaar te liggen. Al met al goed genoeg om ook de koeltorens te installeren (op het dak) en een derde monobron te slaan, waarmee ook de andere helft van het koelvermogen kan worden ingevuld. De chillers, die met het oog op eventuele tegenslagen nog even achter de hand werden gehouden, worden als het aan Dries ligt nog voor het einde van het jaar verwijderd.

Schuberg Phillis lijkt het pad te hebben gebaand voor wellicht tientalle andere bestaande rekencentra. Maar Dries denkt niet dat het daarbij blijft: het is meer dan een tweede keuze voor situaties waar Kyotokoeling niet haalbaar is: “Als ik een nieuw rekencentrum moet bouwen, dan weet ik wel wat ik zou doen: ik zou onmiddellijk weer een bron slaan.”

Algemeen directeur Pim Berger is best trots op het innovatieve project van zijn bedrijf, maar op de gretigheid van Automatisering Gids om erover te schrijven, reageert hij toch wat terughoudend: “Groen is een hype. Daarmee wil ik Schuberg Philis helemaal niet profileren. Ja, klanten willen dat je duurzaam werkt, maar dat is niet waarmee we als outsourcingbedrijf tenders winnen. Dat moet toch echt komen van ons servicemodel.”