Warmtewiel werkt tegen computerhitte

De bonafide thuiscomputeraar zal er niet bij stilstaan, maar door al zijn ge-Skype, gedownload en ge-YouTube loopt de temperatuur in de Nederlandse datacenters hoog op. Daar zijn er een stuk of vijfenzeventig van, knooppunten waar al het dataverkeer binnenkomt en vervolgens weer wordt doorgeleid. Het totale vloeroppervlak van die datacenters bedraagt volgens een schatting van het Energie Centrum Nederland (ECN) zo’n 300.000 vierkante meter – zestig voetbalvelden met onafzienbare rijen computerkasten. In die datacenters heersen tropische temperaturen, en dat komt vooral doordat de elektronische onderdelen waarmee al die videootjes en e-mailtjes worden doorgegeven steeds kleiner worden. En dus warmer. De koeling is een steeds groter probleem aan het worden, maar daarin gaat een Nederlands warmtewiel misschien verbetering brengen.

Aan elke 10 kilowattuur elektriciteit die de apparatuur gebruikt, moet nu zo’n 3 tot 5 kilowattuur worden toegevoegd om ze op een aanvaardbare werktemperatuur te houden. Mede daardoor is de ICT-sector een van de grote energieverbruikers van Nederland geworden. ECN schat dat bijna 7,5 procent van de nationale elektriciteitsproductie in datacenters en telecombedrijven wordt verstookt. In die centers staan talloze kasten met computers die het dataverkeer afhandelen warme wind te blazen. Die wind wordt opgevangen door koelinstallaties die de afgekoelde lucht onder roosters blazen waarop de serverkasten staan. De kasten zuigen de afgekoelde lucht aan de onderkant weer op, en dan begint de cyclus weer opnieuw. Dit systeem staat of valt bij de zo goed mogelijke scheiding tussen warme en koele lucht, en om dat te bereiken is er een systeem van koude en warme paden gecreëerd: de kasten zijn zo gegroepeerd dat ze hun warme lucht allemaal in hetzelfde pad blazen, en hun koude lucht allemaal van dezelfde kant opzuigen. Toch blijkt ook met dit systeem heel wat koude lucht over de vloer weg te stromen, of opnieuw opgezogen te worden door de koelinstallaties. En warme lucht die weer door de serverkasten wordt opgezogen is ook al geen uitzondering.

Een verbetering valt te behalen door de paden tussen de serverkasten geheel af te sluiten. Het worden dan dichte gangen met een dak erop. Aanpassingen van bestaande datacentra zijn vaak moeilijk – het dataverkeer kan niet even gestopt worden – maar bij nieuw te bouwen datacentra wordt deze oplossing al in de praktijk gebracht.

In het koelproces zelf zijn ook verbeteringen mogelijk. De gangbare koelmethode is die van de compressorkoeling, zoals die ook in elke koelkast geschiedt: de te koelen lucht wordt langs buizen geleid waarin een koelvloeistof onder lage druk tot gas verdampt. De elektrische aandrijving van de compressoren die daarvoor nodig zijn, kost veel energie en er wordt tegenwoordig dan ook druk gezocht naar efficiëntere methoden.

Een van de aantrekkelijkste varianten is de zogeheten ‘vrije koeling’. Daarbij wordt de warme binnenlucht gekoeld met de in Nederland altijd ruimschoots aanwezige koude buitenlucht – 94 procent van de tijd is het in Nederland kouder dan 20 graden.

Een veelbelovende oplossing is de toepassing van een ‘warmtewiel’, een Nederlandse vinding waarmee nu op een testlocatie in Amersfoort proeven worden gedaan. Het is een 20 centimeter dik wiel van een meter of zes doorsnede. Het heeft een open structuur van aluminium buisjes. Van de zijkant kun je er doorheen kijken.

De ene helft van het wiel staat in een ruimte waar warme computerlucht is verzameld, de andere helft in de buitenlucht. Het wiel draait ongeveer vijf keer per minuut rond, en steeds worden de opgewarmde aluminium buisjes in de buitenlucht afgekoeld. Het koele aluminium draait de computerruimte weer in, een paar ventilatoren blazen de warme lucht er langs, en voilà, de temperatuur in de ruimte daalt.

Volgens Marcel van Dijk, een van de uitvinders van het wiel, brengt dit systeem het benodigde vermogen voor de koeling van de serverkasten met bijna een factor tien omlaag. ECN is wat voorzichtiger, maar komt toch tot een factor vijf. KyotoCooling, het bedrijf van Van Dijk en zijn partner, kan inmiddels op de nodige internationale belangstelling rekenen.