FiGBC kävi tutustumassa Helsingin yliopiston Kumpulan kampuksella sijaitsevaan Exactum-taloon, jonka palvelinsaliin on tehty energiatehokkuutta edistäviä ratkaisuja edullisin ja helposti toteutettavin menetelmin.
Palvelinsalin lisäksi sähkölaitteiden jäähdyttämistä on testattu suoraan ulkoilmassa: kokeilussa on selvitetty, miten laitteet selviävät lämpötilan vaihtelusta – myös talvipakkasilla. Paikanpäällä ratkaisuja olivat esittelemässä tutkimusryhmän tutkijat Jussi Kangasharju ja Mikko Pervilä.
Kylmäkujaratkaisulla merkittävää energiansäästöä pikkurahalla
Sekä liike- ja toimistorakennusten että oppilaitosten kasvava varustelutaso aiheuttaa haasteita energiatehokkuudelle. Vaikka sähkönkulutusta voidaan alentaa siirtymällä energiatehokkaiden laitteiden käyttöön, muodostuu haasteeksi usein laitteiden käytöstä syntyvä lämmin ilma.
Kysymys kuuluukin, miten tilaa voidaan jäähdyttää niin, että ratkaisu on tehokas energiankulutuksen ja kustannusten suhteen sekä tarvittaessa saavutettavissa pienin ponnistuksin.
Helsingin yliopiston Kumpulan kampuksella on selvitetty, miten jäähdytysilman kulku voidaan optimoida niin, että ilma kulkeutuu tilassa tehokkaasti sinne, missä sitä tarvitaan. Palvelinsalissa sijaitsevat serverit tuottavat käytössä runsaasti lämmintä ilmaa: ylikuumentumisen estämiseksi laitteiden ympärillä tarvitaan tällöin viileää ilmaa.
Kumpulassa tavoitteet on saavutettu rakentamalla palvelinsaliin kylmäkuja, joka eristää tietoliikennepalvelimet muusta tilasta. Ratkaisun ansiosta kylmä ja lämmin ilma kiertävät palvelinsalissa tehokkaasti ja optimoidusti. Kuja ja siellä olevat palvelimet on käytännössä erotettu omaksi saarekkeekseen muovipressujen ja ilmastointiteipin avulla.
Lisäksi tilan lattiaa on korotettu, jotta viileän ilman kulku voidaan ohjata tehokkaammin: jäähdytyslaitteiden viilentämä ilma kulkeutuu lattian alla huoneen keskelle, jossa se lattiassa olevien aukkojen kautta nousee ylös kylmäkujaan.
Muutostöiden kustannukset olivat verrattain alhaiset: materiaalihankintojen lopullinen lasku oli vajaa 150 euroa. Energiankulutuksen säästössä ratkaisut maksoivat itsensä takaisin jo 3–4 kuukaudessa.
Jäähdytysratkaisun ansiosta jäähdytyslaitteiden sähkönkulutus laski 30 prosenttia. Tilan jäähdyttämistä varten palvelinsalissa oli alun perin käytössä viisi suurikokoista jäähdytintä. Muutostöiden seurauksena yhden jäähdytyslaitteen käytöstä luovuttiin kuitenkin kokonaan ja käytössä olevien laitteiden tehoa voitiin alentaa.
Palvelinsaliin tehdyt jäähdytysratkaisut ovat osa tietotekniikan tutkimuslaitoksen tutkijan Mikko Pervilän väitöskirjatutkimusta. Tutkimuksessa selvitetään syitä laitteiden samanaikaisiin vikaantumisiin. Analysoitua tutkimusaineistoa voidaan jatkossa hyödyntää teknisten ratkaisujen toteuttamisessa.
Laitteiden jäähdyttäminen ulkona ympäri vuoden
Epäilemättä yksinkertaisimpia tapoja jäähdyttää tilaa ja tehostaa ilmanvaihtoa on avata ikkunat. Exactumissa laitteiden jäähdyttämistä on sen sijaan edistetty viemällä laiteet suoraan ulos. Ratkaisu ei toki ole ennen kuulumaton: vastaavia kokeita on suorittu maailmalla aiemminkin, usein kuitenkin Suomea lämpimimmissä olosuhteissa.
Kangasharju ja Pervilä ovat työryhmineen selvittäneet, voiko sähkölaitteita pitää ulkona vuodenajasta ja lämpötilasta riippumatta – ilman, että niiden suorituskyky laskee. Kokeet ovat osoittaneet, että laitteet kestävät käytössä jopa 20 asteen pakkasen.
Projektin ensisijaisena tavoitteena oli selvittää, mitkä osat laitteista menevät kylmässä rikki, ja missä järjestyksessä. ”Laitteet säilyivät kuitenkin kosteudesta ja pakkasista huolimatta ehjinä, mikä jo itsessään on tutkimustulos”, toteaa Kangasharju.
Projekti on jatkunut nyt kaksi vuotta, eikä ongelmia laitteiden toiminnassa ole ilmennyt.
Tällä hetkellä laitteista syntyvällä lämmöllä lämmitetään serverikennon (eng. Helsinki Chamber, HC) yhteyteen rakennettua kasvihuonetta. Laitteet on alun perin tuotu katolle jäähdytysratkaisun testausta varten, eli ne eivät ole olleet varsinaisesti muussa käytössä.
Laitteiden käytöstä syntyvä lämpö voidaan hyödyntää suoraan kasvihuoneen lämmittämiseen. Eräänlaista sähkölaitteiden uudelleenkäyttöä siis!
Exactumin terassi ja serverikenno talvella. Kuva Mikko Pervilä.
Serverit on suojattu lumelta ja vedeltä. Laitteiden pito ulkona ei ole vaikuttanut koneiden toimintaan. Kuva Mikko Pervilä.
Näkymä Exactumin terasille. Lähes reaaliajassa päivittyvä kuva löytyy täältä.
Kasvihuoneprojektin suurin haaste ei kuitenkaan liity energiaratkaisuihin vaan kasvihuoneen alla olevan, rakennuksen katon käytännön kestävyyteen. Katon kantokyky on säädösten mukaan laskettava niin, että katto tarvittaessa kestää sen päälle lisättävien rakenteiden lisäksi metrin korkuisen lumikerroksen. Laskelmat kuitenkin osoittivat, että painon suhteen ei tule ongelmia.
Jatkossa lisää kehittelyä
Kasvihuoneen jatko on vielä avoin. Palvelinsalissa kylmän ja lämpimän ilman kulku on osin saatu optimoitua, toimintaa on kuitenkin mahdollista tehostaa entisestään. Tällä hetkellä tilassa syntyy noin 100 kW lämpöä, joka pääasiassa ohjataan ulkoilmaan. Jatkossa on tarkoitus selvittää, miten ylimääräinen lämpö voidaan hyödyntää muuhun käyttöön, vaikkapa suihkuveden tai saunan lämmittämiseen.
Edellä esitettyjen ratkaisujen avulla energiatehokkuutta voidaan parantaa merkittävästi. Kylmäkujaratkaisulla voidaan vaikuttaa sähkölaitteiden tehovaatimuksiin, ulkoilma puolestaan tarjoaa lähes ilmaisen jäähdytysratkaisun.
Kumpulassa tehty projekti on todistanut, että toteutetut ratkaisut ovat tehokkaita sekä energian- ja taloudellisen säästön että sosiaalisen vastuun suhteen.
Energiatehokkuutta parannettaessa onkin olennaista määrittää, mitkä ovat tilan ja kiinteistön tarpeet. Pitkällä aikavälillä toimivat ratkaisut saattavat usein löytyä ennen kaikkea kokeilemalla ja kohdetta arvioimalla.
Lisää tietoa:
- Kylmäkujaratkaisun tulokset
- Laitteiden jäähdyttäminen ulkona. Tutkimusryhmän tutkijan Mikko Pervilän blogi sekö professori Jussi Kangasharjun artikkeli. Englanninkielinen tutkimus löytyy täältä. [pdf]
