Wärmemanagement Spezialflüssigkeit verspricht Durchbruch bei Flüssigkühlung

Eine neuartige, elektrisch isolierende Flüssigkeit von 3M leitet Wärme 1000 Mal besser ab als Luft. Sie bildet die Basis für ein hocheffizientes Kühlsystem, dessen Prototyp jetzt in Betrieb genommen wurde.

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IBM hat bereit 2009 prognostiziert, dass im Jahr 2019 alle Server wassergekühlt sein werden, da Flüssigkeiten die Wärme effizienter ableiten. Doch bekanntlich scheut der Elektroniker Flüssigkeiten wie der Teufel das Weihwasser. So werden heute auch noch die meisten Computer in energieintensiven Rechenzentren mehr oder weniger effektiv mit Luft gekühlt.

Die Universität Leeds setzt jetzt erstmalig einen flüssigkeitsgekühlten Server ein, der den Energieaufwand für die Kühlung um bis zu 97% senken soll. Der Server wird mit einer speziellen nichtleitenden Flüssigkeit gekühlt, in der sich die Komponenten des Rechners befinden. Die herkömmlichen stromhungrigen Lüfter wurden dabei durch eine neue, leise Kühltechnik ersetzt, die auf natürlicher Konvektion basiert.

Das System wurde vom Team um Dr. Jon Summers von der Fakultät Maschinenbau gemeinsam mit dem britischen Unternehmen Iceotope entwickelt und verspricht aufgrund der energieeffizienteren Kühlung massive Einsparungen für Rechenzentren.

Das liegt daran, dass eine Luftkühlung durch ihren hohen Energieverbrauch auch gewaltige Kosten verursacht. „Die Kühlkosten über drei Jahre betragen Schätzungen zufolge das 1,5-Fache der Hardwarekosten", erklärt Iceotope-CTO Peter Hopton. Hält der neue Flüssigkühl-Ansatz, was er verspricht, wäre das Sparpotenzial gewaltig. Auch die Umwelt würde profitieren, da sich der Rechenzentren-bedingte Kohlendioxid-Ausstoß durch Kraftwerke drastisch verringern ließe.

„Die Server können bei viel härteren Umgebungsbedingungen installiert werden", betont Hopton zudem. Das System erfordert weder Staubfilter noch eine große Infrastruktur für die Lüftung. Erstes Feedback von Partnern deute darauf hin, dass die Installation dadurch so viel günstiger werde, dass dies schon die Mehrkosten für das Kühlsystem aufwiegen könne – noch vor den operativen Einsparungen.

Möglich macht das eine Flüssigkeit mit dem Namen Novec, die von 3M hergestellt wird und bei Elektronik keine Kurzschlüsse verursacht.

Novec führt die Wärme sehr schnell von den elektronischen Komponenten ab und überträgt sie in ein Niederdruck-Schwerkraft-Subsystem. Die Wärme kann passiv gekühlt werden oder in ein zentrales Heizsystem geführt werden.

Dieses Kühlmittel sei eine außergewöhliche Sache, meint Summers. „Sie könnten ihr iPhone in ein Gefäß mit Novec tauchen und es würde einwandfrei funktionieren", so Summers. „Das zeigt unser Video." Viel wichtiger sei aber, dass die nicht brennbare Substanz Wärme 1000 Mal besser leitet als Luft. Damit bildet sie die Basis für das hocheffiziente Kühlsystem.

Die Flüssigkeit muss nicht durch das System bewegt werden. Es ist lediglich eine einfache Pumpe nötig, damit Wasser durch einen sekundären Kühlkreislauf fließt, der Hitze aus der Spezialflüssigkeit abführt und dann über einen Wärmetauscher an einen tertiären Grauwasser-Kreislauf abgibt. Das bis zu 50°C warme Wasser kann dann beispielsweise für die Heizung verwendet werden.

„Die Entwicklung hat fünf Jahre gedauert“, erklärt Hopton. Wesentlich waren dabei CFD-Simulationen, mit denen die Wege der Kühlflüssigkeit durch die Serverkomponenten modelliert wurden.

Die Grundprinzipien der Konstruktion eröffnen viele Anwendungen und in einigen Jahren wird es keinen Grund mehr geben, die überschüssige Wärme aus Anwendungen der Servertechnik, Konsumelektronik oder Bildtechnik nicht in ein zentrales Heizsystem abzuführen.

* * Kristin Rinortner ist Fachredakteurin bei Elektronikpraxis.

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