Kühlen Kopf bewahren – Kältetechnik des schnellsten deutschen Computers mithilfe von 30 Elektroheizmobilen getestet
Das Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart, das zu den drei Bundeshöchstleistungsrechenzentren Deutschlands gehört, wird seit November 2011 durch einen neuen Rechen-Superstar verstärkt: den Supercomputer Cray XE6. Er gilt momentan als schnellster Rechner Deutschlands. Bevor das Computer-Superhirn jedoch seine Rechenleistung unter Beweis stellen konnte, musste die vorhandene Kälteanlage unter Extrembedingungen getestet werden. Rund drei Wochen waren dafür 30 mobiheat-Elektroheizmobile mit je 40 kW im Einsatz. Sie lieferten eine Gesamtleistung von 1,2 MW.
40 mobile Heizanlagen stellten im Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart die Kälteanlage auf die Probe. Bild: Universität Stuttgart, HLRS
30 mobiheat-Elektroheizmobile werden mit einer speziell angefertigten Vorrichtung zu einer maximalen Leistung von 1,2 MW gebündelt, um die notwendige künstliche Wärmelast zu erzeugen.
Mithilfe dieser Sammler und Verteiler wurden die Elektroheizer mit Heizungsvor- und -rücklauf an die Plattenwärmeübertrager angeschlossen.
Der Plattenwärmeübertrager ermöglichte eine authentische Simulation der Druck-, Temperatur- und Durchflussverhältnisse von 0 bis 100%.
Um den Testlauf der Kälteanlage durchzuführen, benötigte man neben den 1,2 MW Wärmeleistung auch eine Stromlast, die die drei unabhängigen unterbrechungsfreien Stromversorgungen auf ihre Leistungsfähigkeit hin testen konnte.
30 Elektroheizmobile testen neues Superhirn
Um einen einwandfreien Betrieb des Computers zu gewährleisten, war ein Probelaufszenario für die Kälteanlage zu erstellen. Im Test sollte die berechnete Wärmelast und zeitgleich eine bestimmte Stromlast für die drei unabhängigen unterbrechungsfreien Stromversorgungssysteme (USV) erzeugt und wieder abgeführt werden. 30 Elektroheizmobile des Typs „E40H“ mit einer Leistung von 40 kW erwiesen sich dafür als Lösung, da sie beide Lasten problemlos parallel erzeugen können. Während die Elektroheizmobile von mobiheat normalerweise zumeist als Nothelfer bei Heizungsausfall, Bauaustrocknung oder Modernisierung im Einfamilien- bzw. Mehrfamilienhaus zum Einsatz kommen, war hier gerade eine größere, aber flexible Leistungsfähigkeit bis zu 1,2 MW gefragt.
Für diese besondere Anforderung wurden die 30 Geräte mithilfe einer Spezialvorrichtung verbunden, wodurch sie im Zusammenschluss die maximale Wärmebelastung von 1,2 MW erbringen konnten. Die dafür eingesetzte Vorrichtung wurde von mobiheat konzeptioniert und gebaut in enger Kooperation mit Coolenergy, dem Partner für mobile Mietkälte.
Durch den Einsatz der Elektroheizmobile konnte die Einhaltung der besonderen Abnahmeforderung des Universitäts-Bauamts gewährleistet werden: Denn die mögliche manuelle und digitale Regelung der Geräte ermöglichte es, die elektrische Last wie gefordert an verschiedenen Stellen einzuspeisen und zu prüfen. Bevor die Mobile allerdings in den Sicherheitstrakt gebracht werden konnten, erhielt das mobiheat-Team eine eingehende Sicherheitsunterweisung. Auch wurden die Geräte auf ihre Staubfreiheit hin geprüft. Erst im Anschluss daran durften die mobilen Wärmespender angeschlossen werden.
Testszenario simuliert Wasserkühlung
Mithilfe dieser Testkonstellation sollte die indirekte Wasserkühlung des „Cray XE6“ simuliert werden. Zur weiteren besonderen Anforderung des Probelaufs gehörten die unterschiedlichen Lastzustände, die dabei zu durchlaufen waren. Da Lasten von 0 bis 100% vorgesehen waren, die zu unterschiedlichen Druck-, Temperatur- und Durchflussverhältnissen führen, mussten hierfür die nötigen Voraussetzungen geschaffen werden. Ein Plattenwärmetauscher von Coolenergy, der zwischen die Elektroheizmobile und den Verteiler zum Kaltwassernetz der Universität zwischengeschaltet wurde, konnte dies bewerkstelligen.
So wurden jeweils die künstlichen Wärmelasten geschaffen, die der Rechner im späteren Betrieb dann je nach Auslastung erzeugen würde. Zudem ermöglichte der Wärmeübertrager die verschiedenen Lastzustände innerhalb kürzester Zeit zu generieren, was die Bedingungen besonders realitätsnah simulieren konnte und auch aussagekräftige Erkenntnisse über das Verhalten der USV zuließ. Zwei Wochen lang diente die vorübergehende Heizanlage aus den Elektroheizmobilen der Testfahrt der Kälteanlage. So konnten Schwachstellen der Kälteanlage schon vorab ausfindig gemacht und behoben werden.
Supercomputer erfüllt seine Aufgaben
Seit November 2011 beweist der neue Supercomputer des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart (HLRS) nun, dass er auch in Hochphasen durch seine Klimatisierung einen „kühlen Kopf“ bewahrt. Er steht Forschern in ganz Europa für die unterschiedlichsten Visualisierungen im Umfeld von Energieeffizienz, Medizin und Produktentwicklung zur Verfügung. Während hier eine auf die individuellen Anforderungen abgestimmte maßgeschneiderte Heizanlage erstellt wurde, bietet mobiheat seine Produkte auch als Serienmodelle von 3 bis 2000 kW an.
Forschung auf unterschiedlichsten Gebieten
Der neue Supercomputer wird im Verbund mit den anderen Höchstleistungsrechnern zur Erforschung des Strömungsverhaltens von Flüssen und Blutgefäßen sowie für die virtuelle Produktentwicklung, z.B. in der Autoindustrie, eingesetzt. Darauf hat sich das Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) spezialisiert. In der Praxis bedeutet das z.B., dass das Strömungsverhalten eines Flusses aufgezeichnet wird, um den Wirkungsgrad einer Kraftwerksturbine zu optimieren. „Innovative Energietechnik ist nur ein Beispiel unter vielen, das zeigt, wie moderne Computersimulation die Eigenschaften von Produkten und Lösungen verbessert“, sagt Prof. Dr. Michael Resch, Direktor des HLRS.
Neben dem Energieeffizienzbereich spielt die in Stuttgart angewendete Simulation auch im medizinischen Bereich eine wichtige Rolle. Hier werden durch die Aufzeichnung der Strömungsverläufe von Blutgefäßen neue Behandlungsmethoden bei Blutgefäßerkrankungen entwickelt.
Ein weiteres, vor allem für die Industrie wichtiges Feld ist die Produktentwicklung. Für die Autoindustrie kann so z.B. ein Design von Prototypen für neue Produkte erstellt werden. Besonders augenscheinlich wird dies bei virtuellen Fahrzeug-Crashtests, die Karosserieverformungen realitätsnah vorhersagen und visualisieren können. Dafür müssen laut Prof. Resch „ungeheure Datenmengen verarbeitet werden“, was ein Grund war für die Speichernetzkonsolidierung am HLRS, zu deren Umsetzung auch die Anschaffung des neuen Supercomputers gehörte.
mobiheat
Die mobiheat GmbH mit ihrer Unternehmenszentrale im bayerischen Friedberg wurde 2003 von den beiden Gesellschaftern Andreas Lutzenberger und Helmut Schäffer mit der Vision gegründet, mobile Wärme zuverlässig, flexibel und leistungsstark für jeden Bedarf zur Verfügung zu stellen. Als Hersteller und Wärmedienstleister fertigt mobiheat anschlussfertige, mobile Heizzentralen im Heizmobil oder Heizcontainer für Miete oder Verkauf bis zu einem Leistungsspektrum von 2 MW. Der Vertrieb läuft grundsätzlich dreistufig, also über den SHK-Fachgroßhandel.
Bilder, wenn nicht anders angegeben: mobiheat GmbH, Friedberg
