Datakeskus supertietokoneelle

Datakeskuksen hukkalämmön on suunnitelmien mukaan tarkoitus tuottaa 30 prosenttia kaupungin kaukolämmöstä. Hiilidioksidipäästöissä se tarkoittaa 13 000 tonnin vähennystä.

Datakeskuksissa talotekniikan rooli kustannuksista, käytettävyydestä ja tilojen tarpeesta on isompi kuin operoitavan tilan. Talotekniikka vaikuttaa erittäin paljon myös tilan layoutiin ja toiminnallisuuteen. Näin kertoo Jari Innanen, joka vastasi supertietokone Lumin Kajaanissa sijaitsevan datakeskuksen hankesuunnittelusta.

– Talotekniikka on jopa yli 70 prosenttia kustannuksista. Datakeskusprojektissa vaativinta on luoda tavoitteiden mukainen talotekniikan ratkaisu ja sen vaatimat tilat, hän kertoo.

Innanen työskentelee Granlundilla konesalisuunnittelun liiketoimintajohtajana. Hän osallistui Lumi-datakeskusprojektin suunnitteluun sen hankevaiheessa ja toimi konsultti- ja suunnitteluryhmän projektinjohtajana rakennuksen toteutussuunnittelusta vastaanottoon asti. Datakeskus rakennettiin paperitehdashallin sisään.

Hukkalämpö kaukolämpöverkkoon

Lumi-datakeskuksesta löytyvät nestejäähdytteiset datakeskuskaapit. Neste siirretään vaihtimien kautta jäähdytysverkostoon, jossa on redundanssin eli talotekniikan varmennusasteen takia kaksi vaihtoehtoista tapaa tuottaa jäähdytys tai jäähdyttää lämmin vesi. Ensisijaisesti käytössä on hukkalämmön hyödyntäminen. Kajaanin kaukolämpöverkkoon tuotetaan lämpöpumpuilla
kaukolämpöä.

– Jos kaukolämpöverkko ei ole käytettävissä, jos sitä huolletaan tai siellä on vikaantumistilanne, katolla on varajärjestelmänä nestejäähdyttimet. Niillä pystytään jäähdyttämään vapaajäähdytystä eli ilmaa hyödyntämällä ympäri vuoden konesalissa syntyvä teho. Pieni osa IT-tehosta on perinteisempää ei-nestejäähdytteistä kuormaa. Niiden jäähdyttämiseen käytetään joitakin satoja kilowatteja normaalia vedenjäähdytysjärjestelmää, Innanen kertoo.

Hän muistuttaa, että Suomi tarjoaa kaukolämpöverkollaan datakeskukselle valtavan edun hukkalämmön hyödyntämiseen. Kaikissa maissa tätä etua ei ole. Lämpimämmissä maissa, joissa vapaajäähdytystä ei pystytä hyödyntämään ympäri vuoden, jäähdytys pitää myös tuottaa koneellisesti. Se vaatii investointeja ja energiaa.

– Esimerkiksi Välimeren olosuhteissa tämän laitoksen energiankulutus voisi olla 10–15 prosenttia isompi. Isoin juttu on lämmön uudelleenkierrättäminen, mutta ilman sitäkin ero olisi suuri. Laitos pitäisi koneellisen jäähdytyksen rakentamisen takia mitoittaa myös 20 prosenttia isommalle teholle. Se kuluttaa energiaa ja vie huipputehoa.

Lumi-datakeskus on yksi maailman ekotehokkaimmista datakeskuksista. Innanen painottaa kuitenkin, että satsaukset energiatehokkuuteen ovat olleet myös taloudellisesti kannattavia – joten vain ympäristönäkökulmasta satsauksia ei tehty.

– Jos tarkastellaan viittä vuotta, tämä on elinkaarikustannuksiltaan kustannustehokas ratkaisu.

Modulaarinen sähkönjakelujärjestelmä

Lumi-datakeskus on mitoitukseltaan 10 megawatin laitos, jossa on modulaarisesti toteutettu sähkönjakelujärjestelmä. Järjestelmä perustuu Innasen mukaan monilta osin siihen, ettei yksi vika pudota koko laitosta alas. Sähkönjakeluun on rakennettu luotettavuutta, resilienssiä ja redundanssia. Varavoimakoneita ei kuitenkaan ole – hetkelliset sähkökatkokset eivät ole superlaskennalle niin kriittisiä.

– Se perustuu tosin riskianalyysiin siitä, että Kajaanin sähkönjakelu on monesta kohtaa yhteydessä kantaverkkoon. Sähkökatkoja ajatellen verkkopisteen luotettavuus on korkea, Innanen sanoo.

Lumin energiankulutus katetaan fossiilivapaasti vesivoimalla. Alueelta löytyy useampi vesivoimala, minkä Innanen kertoo nostavan yhtenä tekijänä kantaverkon syöttöpisteen luotettavuutta.

Sähkönjakelu ja jäähdytysputkistot osoittautuivat projektissa niin valtaviksi, että tekniikalle varattiin kohteessa perinteisen korotetun lattian sijaan kokonainen kerros. Kerrokseen on omat sisäänkäynnit.

– Oli mukavaa, että paperitehdashalli mahdollisti ratkaisun kehittelyn. Siinä oli out of the box -ajattelua, korotetun lattian ei tarvitse olla metrin ja 20 senttimetriä korkea. Se voi olla korkeampikin.

Ratkaistavaa riitti

Innanen tiimeineen on erikoistunut konesalien talotekniikkasuunnitteluun viimeiset 12 vuotta. Granlundilla 40 ihmistä tekee pelkästään konesalien talotekniikkasuunnittelua. Kokemus Lumi-hankkeessa tulikin tarpeeseen. Euroopassa ei ole Innasen mukaan tehty aiemmin vastaavaa: laitettu 300 neliömetrin tilaan 10 megawattia energiaa.

– Mekään emme olleet tehneet näin suurella tehotiheydellä olevaa salia aiemmin. Suurin haaste oli ratkaisun kehittäminen yhdessä asiakkaan kanssa niin, että ratkaisu on huollettavissa, ylläpidettävissä ja muuntojoustava, Innanen kertoo.

Ratkaistavaa riitti: Miten järjestelmä turvataan, jotta se ei ylilämpene tai jämähdä? Mihin tarvitaan keskeytymätön virransyöttö – eli minkä laitteiden pitää pyöriä, jotta tilanne pysyy hallussa, vaikka sähköt valtakunnanverkossa katkeaisivat? Suurimpia ratkaisuja oli toimiva ja nopeasti reagoiva automatiikka.

Innanen korostaa, ettei heikoin lenkki saa löytyä automaatiosta. Hankkeessa piti huolehtia jäähdytyksen ja sähkön toimintavarmuudesta sekä nivoa se automaatiolla yhteen. Projekti sisälsi paljon talotekniikan yhteensovittamista, ja lähes kokopäiväinen projektipäällikkö vastasi suunnittelun yhdenmukaisesta etenemisestä.

– Yhteensovittaminen tarkoittaa sitä, että 3D-maailmassa kaikki toimii yhteen. Mutta yhtä lailla se tarkoittaa sitä, että kaikki on suunniteltu samalle tasolle. Ei ylisuunnitella tai tehdä mitään himmeleitä, mutta kaikki järjestelmät toimivat yhdenmukaisesti. Yksikään järjestelmä ei voi olla pullonkaula niin, että se tiputtaisi järjestelmän, jos joku vetää esimerkiksi automaatiosta väärän kaapelin irti.

Jäähdytyksen suhteen oli pohdittava, minkälaisia ilmiöitä järjestelmässä tapahtuu, kun yhteen pisteeseen työnnetään 10 megawattia lämpöä, ja yhtäkkiä jäähdytys tai sähkönjakelu katkeaa.

– Siihen rakensimme suunnitteluvaiheessa digitaalisen kaksosen. Simuloimme automaation näkökulmasta, mitä tapahtuu ja kuinka nopeasti meidän pitää järjestelmässä reagoida, jotta asiat ovat hallussa.

Muuntojoustavaa suunnittelua

Lumin konesali otetaan kokonaisuudessaan käyttöön tänä vuonna. Innanen nostaa esiin kohteen 2,5 vuoden takaisesta suunnittelusta vielä suuren haasteen: suunnitelmia ja urakkakyselyt tehtiin ilman tietoa Lumin lopullisesta teknologiaratkaisusta. Suunnittelun piti pysyä muuntojoustavana ja joitain tehoja jätettiin auki. Kaikki suunniteltiin mahdollisimman pitkälle niin, ettei mitään jouduttu purkamaan.

– Kun teknologiapäätös tuli, viimeistelimme suunnittelun vastaamaan sitä. Oli aika haastava tilanne saada suunnitelmat kuntoon ja urakoitsijat sitoutumaan lopulliseen suunnitelmaan, Innanen kertoo.

Aluksi suunnitelmiin jätettiin myös tilavarauksia sen verran, että varmasti pystytään tekemään. Tila ei kuitenkaan noussut missään vaiheessa ongelmaksi.

– Totta kai se näkyy vuokrahinnassa, jos tilavarauksia ei käytetä. Mutta tässä kohteessa lattianeliöiden vuokrahinnat ovat kohtuullisen pienet. Se ei ole tällaisessa projektissa merkittävä kustannus.