Luftstromoptimierung im 19-Zoll-Schrank Luftstrommanagement für IT-Schränke spart Energie ein

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Luftstrommanagement und -optimierung sind wichtige Maßnahmen, um die Energieeffizienz von Rechenzentren erheblich zu verbessern. Deshalb sollten Rechenzentrumsbetreiber nicht nur gut abgedichtete Kalt- und Warmgänge für Schrankreihen vorsehen, sondern auch den kalten und warmen Luftstrom in den IT-Schränken luftdicht voneinander trennen.

Aktuelle Vorschriften wie das Energieeffizienzgesetz, das letztes Jahr vom Bundestag verabschiedet wurde, zwingen Rechenzentrumsbetreiber dazu, ihren Energieverbrauch drastisch zu senken. Demnach müssen Rechenzentren, die jetzt in Betrieb sind oder bis Ende Juni 2026 in Betrieb gehen werden, ab Juli 2027 einen Power-Usage-Effectiveness-Wert (PUE) von 1,5 oder kleiner erzielen. Der PUE-Wert entspricht dem Verhältnis der Gesamtenergie der Anlage zur Energie der IT-Ausrüstung. Das heißt, der Energieverbrauch für IT muss mindestens zwei Drittel des Gesamtverbrauchs ausmachen.

Der PUE-Wert verschärft sich dann ab Juli 2030 weiter auf 1,3. Damit entfallen rund 77 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs auf die IT. Für Rechenzentren, die erst ab Juli 2026 in Betrieb gehen werden, ist sogar ein PUE-Wert von höchstens 1,2 festgesetzt. Damit müssen gut 83 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs auf die IT entfallen.

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Die Kühlung im Rechenzentrum zählt nicht zu den IT-Verbräuchen. Laut Bitkom entfallen aktuell aber rund 22 Prozent des Gesamtstromverbrauchs von Rechenzentren auf die Kühlung. Deshalb ist sie ein wichtiger Hebel, um den Gesamtenergieverbrauch bzw. den Energieverbrauch von abseits der IT zu senken.

Um hier Energie zu sparen, muss gewährleistet sein, dass die kühle Luft ohne Verluste direkt an die zu kühlenden Komponenten in die Schränke geführt wird. Schon jetzt verhindern in vielen Rechenzentren Warm- und Kaltgangeinhausungen bei IT-Schrankreihen eine Vermischung von kalten und warmen Luftströmen. Dies lässt sich mit einem ausgeklügelten Luftstrommanagement in den Schränken noch weiter optimieren. Denn auch hier sollte eine Vermischung von kalten und warmen Luftströmen durch ein entsprechendes Luftstrommanagement unterbunden werden. Dazu müssen im IT-Schrank zwei Phänomene verhindert werden:

• Fehlgeleitete Luftströme
  Ein fehlgeleiteter Luftstrom ist kalte, klimatisierte Luft, die nicht durch die IT-Geräte strömt, sondern durch alle Lücken im Schrank und seiner Außenhaut. Das bedeutet, dass diese kalte Luft nicht nur verschwendet wird, da sie nicht für Kühlzwecke genutzt wurde, sondern auch als kalte Luft in den Warmgang gelangt und dort die Luft abkühlt. Das reduziert die nutzbare Energie der Abwärme.

• Rezirkulation
  Das zweite Phänomen ist Rezirkulation. Lücken im Schrank führen dazu, dass die Luft, die von vorne nach hinten über die IT-Geräte strömt, zur Vorderseite des Schranks oder der eingebauten IT-Geräte zurückkehren kann. Mit anderen Worten: Heiße Luft von der Rückseite des Schranks kann nach vorne zurückkehren und die IT-Geräte erneut passieren, was die Bildung von Hotspots begünstigt.

Lösung: Definierte, gut abgedichtete Luftströme im Schrank

Abhilfe schaffen IT-Schränke, bei denen die Luftströme dank entsprechender Abdichtungen weder fehlgeleitet werden noch rückzirkulieren können. Insgesamt sollten Rechenzentrumsverantwortliche bei Neubauten oder Erweiterungen dazu sechs Maßnahmen umsetzen, um eine größtmögliche Energieeffizienz bei der Kühlung ihrer IT zu erzielen.

Minkels, eine Marke von Legrand, hat für seine Nexpand IT-Schranklösungen deshalb eine umfassende Produktplattform zur Luftstromoptimierung entwickelt. Sie reicht von der einfachen Blindplatte über die Abdichtung zwischen zwei oder mehreren benachbarten Schränken sowie Bodenabdichtungslösungen bis hin zum energieeffizienten, spaltfreien Design der Schränke mit luftdichten Kabeleinführungen. Das Ergebnis sind luftdichte Schränke und Schrankreihen, die Rechenzentrumsbetreibern in jedem Legrand Warm- oder Kaltgangeinhausungsdesign eine umfassende, energieeffiziente und kostengünstige Infrastrukturlösung ermöglicht.

Die wichtigste Maßnahme: ein luftdichtes Luftstrommanagement im Schrank

Den größten Einfluss auf den Luftstromwirkungsgrad hat das Luftstrommanagement im Schrank. Es muss eine perfekte Abdichtung zwischen den Geräteschienen und der Außenseite des Schranks schaffen.

Bei der Auswahl der Lösung ist darauf zu achten, dass die Bürsten um die 19-Zoll-Ebene tatsächlich luftdicht und alle Spalten und Löcher drum herum und auf der Schrankaußenhülle gut abgedichtet sind. Dies ist nicht bei allen Systemen im Markt der Fall und kann je nach Stärke des Kühlluftstroms zu erheblichen Luftverlusten führen.

Blindplatten

Nicht genutzte Bereiche der 19-Zoll-Ebene sollten mit passgenauen Blindplatten abgedeckt sein. Das ist eine sehr einfach umzusetzende Maßnahme, die dennoch bei überraschend vielen Rechenzentren noch nicht umgesetzt ist. Auch die EN 50600-99-1 empfiehlt Blindplatten, die offene Flächen in der 19-Zoll-Ebene verschließen. Für ein effizientes Luftstrommanagement sind sie unverzichtbar.

Dichte Kabeleinführungen im Dachlayout

Damit auch bei den Kabeleinführungen keine heiße Luft entweichen kann, sollten insbesondere die Einführungen am Dach ebenfalls luftdicht ausgeführt sein. Viele bürstenbasierte, vermeintlich luftdichte Kabeleinführungssysteme lassen bei Warmgangeinhausungen immer noch heiße Luft in die kalte Umgebung ausströmen. Ein auf Energieeffizienz optimiertes, tatsächlich luftdichtes Kabeleinführungssystem fungiert dagegen wie eine Dichtung, die keine Luft entweichen lässt.

Eine entsprechende patentierte Lösung von Minkels soll demnächst verfügbar sein. Vorhandene Schränke werden sich dann nachrüsten lassen, um bestehende Kabelbündel luftdicht zu führen. Denn die Kabeleinführung können Installateure oder Netzwerktechniker bei Bedarf öffnen und wieder luftdicht verschließen. Sie soll gegenüber einer klassischen, auf Bürsten basierenden Durchführung, etwa 80 Prozent weniger Luftverluste aufweisen.

Luftdichte Sockel für Hoch- und Bodenschränke

Im Spalt zwischen Schrank und Rechenzentrumsboden tritt bei herkömmlich ausgestatteten IT-Schränken häufig eine Rezirkulation mit erwärmter Luft auf. Eine einfache Maßnahme dagegen sind luftdichte Sockel.

Dichte seitliche Kabeleinführung

An den Schrankseiten sollten Seitenschürzen die 19-Zoll-Ebene abschließen. Damit zum Beispiel Anschlusskabel von Geräten seitlich ohne Wärmeverlust aus dem abgeschlossenen Raum hinter der 19-Zoll-Ebene geführt werden können, bieten sich Seitenschürzen mit entsprechend dichten Kabeldurchführungen an. Ideal ist hier luftdichter Kunststoffschaum.

Dichtlippen für Spalte in Schrankreihen

Welche Lücken und Spalte genau zwischen zwei Schränken in Schrankreihen entstehen, hat Minkels mithilfe eines speziellen Testgehäuses untersucht. Auf dieser Basis entstand eine Dichtlippe, die jeden möglichen Spalt zwischen den Schränken abdichtet.

In einer Vergleichsmessung mit und ohne diese Dichtung zeigte sich, dass sich bei der Schrankkombination mit Dichtung der Luftstromverlust um 53 Prozent reduzieren lässt. Das bedeutet bei mehreren Schrankreihen aufaddiert eine erhebliche Energieeinsparung. Da IT-Schränke in der Regel zwischen zehn und dreißig Jahre an Ort und Stelle stehen, bringen diese Dichtungen auf lange Sicht einen enormen Effizienzvorteil.

Fazit

Luftdichte IT-Schränke bringen nicht nur Energie- und Betriebskosteneinsparungen mit sich, sondern noch einige zusätzliche Vorteile, die zur Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit des Rechenzentrums beitragen:

• Die Temperaturen im Kaltgang sind konstanter

• Die bessere Kontrolle über die Temperatur im Kaltgang ermöglicht es, diese zu erhöhen und den Energieverbrauch weiter zu senken

• Ohne fehlgeleitete Luftströme steigen Rücklufttemperatur und Kühlleistung

• Ohne Rezirkulation entstehen auch keine Hotspots

Mit anderen Worten: Die Vorteile luftoptimierter Schränke gegenüber einem Standardschrank sind enorm. Das Whitepaper „Reduzierung der Kosten und Umweltauswirkungen von Rechenzentren durch sechs wirksame Maßnahmen zum Luftstrommanagement in Schränken“ [registrierungspflichtig] informiert detailliert über die verschiedenen Vergleichsmessungen und liefert in Kapitel vier ROI-Berechnungen für das Luftstrommanagement in Schränken.

Über die Autorin

Doris Piepenbrink ist freie Journalistin in München.

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