Schalloptimierte Kaltwassersätze für Rechenzentren

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Die Wärmedichte steigt

Der Anstieg der Wärmelasten, der mit der zunehmenden Erhöhung der Wärmedichte in modernen Rechenzentren einhergeht, hat dieses Problem noch einmal verschärft: Um die entstandene Wärmemenge geräuscharm und effizient zu bewältigen, müssten an vielen Rechenzentrumsstandorten heute eigentlich noch weitere Kaltwassersätze installiert werden.

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Dafür jedoch fehlt zum Teil bereits der Platz, so dass die vorhandenen Systeme letztlich noch stärker ausgelastet werden als ohnehin schon. Das Ergebnis sind höhere Stromkosten sowie eine hohe Lärmbelästigung.

Um RZ-Betreibern einen Ausweg aus diesem Dilemma zu eröffnen und den Einsatz von Kaltwassersätzen auch in Wohngebieten zu ermöglichen, statten etliche Hersteller die Ventilatoren mit schallmindernden Diffusoren aus. Der Hamburger Präzisionsklimaspezialist Stulz hingegen hat einen anderen Weg eingeschlagen und bei seinen Kaltwassersätzen vom Typ „Cyber Cool 2“ von vorneherein gezielt auf eine Reduktion des Schallpegels hingearbeitet.

Kompressoren, Ventilatoren und Pumpen wurden schon in der Entwicklungsphase auf ihre Schallemissionen bei laufendem Betrieb hin untersucht. Auf der Grundlage dieser Testergebnisse wurden daraufhin systematisch Maßnahmen zur Minimierung der Geräuschentwicklung getroffen.

Schallgekapselte Kompressoren, baugrößenmaximierte Ventilatoren

Erster Ansatzpunkt der Schallreduktion waren die Kompressoren. Sie liegen bei manchen Kaltwassersätzen so weit offen, dass sich die Betriebsgeräusche weitgehend ungefiltert in die Umwelt ausbreiten. Auch Kompressorgehäuse sind oftmals nicht schalloptimiert und können Geräusche je nach Bauart sogar noch verstärken.

Bei Stulz hingegen sind die Kompressoren in einer speziellen, schallgekapselten Kammer untergebracht. Ihre Innenwände sind ähnlich wie die Wände eines Tonstudios vollständig mit geräuschdämmenden Materialien verkleidet, sodass möglichst wenige Geräusche nach außen dringen. Schon dieser erste Schritt führte zu einer enormen Reduzierung der Schallemissionen.

War die Entwicklung einer schallgekapselten Kompressorkammer noch eine Lösung, bei der man in puncto Schallisolierung auch auf Erfahrungen aus anderen Branchen zurückgreifen konnte, gestaltete sich das Vorhaben, die Schallentwicklung der Ventilatoren zu optimieren, deutlich komplexer. Hier galt es, eine kompakte Konstruktion zu entwerfen, die innerhalb der standardisierten Oberflächenmaße von Kaltwassersätzen eine Optimierung der Schall- und Effizienzwerte ermöglichte.

Diese schwierige Aufgabe löste Stulz durch die Integration von baugrößenmaximierten Ventilatoren. Sie nutzen den vorhandenen Platz optimal aus und sind so eng aneinandergereiht, dass zwischen sie kaum noch das sprichwörtliche Blatt Papier passt. Mit Durchmessern von 910 Millimetern sind sie letztlich so groß, dass sie die abzutransportierenden Luftmengen bei gemäßigten Drehzahlen bewegen können und somit geräuscharm und energieeffizient arbeiten. Damit dieses neue Ventilatorsystem seine Stärken vollständig ausspielen konnte, wurde die komplette Luftführung von der Ansaugung über die Wärmetauscher bis hin zu den Ventilatoren neu konzipiert.

Großflächige Freikühlregister als weiterer wichtiger Faktor

Doch das Schalloptimierungskonzept von Stulz beschränkt sich nicht nur auf geräuschisolierte Kompressorkammern und baugrößenmaximierte Ventilatoren mit neuer Luftführung. Im Hinblick auf die Verringerung von Schallemissionen ebenso wichtig sind die großflächigen Freikühlregister, die auf der Grundlage aufwändiger strömungsmechanischer Analysen technisch optimiert wurden. Hierbei ging es Stulz von vorneherein darum, eine maximale Ausnutzung der Registerfläche zu gewährleisten, da die freie Kühlung nur unter dieser Voraussetzung ihre höchste Effektivität erreicht.

Kältemittel oder Wasser?

Welche indirekte Freikühlung ist die günstigste im Rechenzentrum?

Bereiche, in denen sich Luftturbulenzen bilden, durfte es angesichts dieser Zielsetzung ebenso wenig geben wie Registerzonen, die nicht angeströmt werden. Die Lösung bestand in speziellen Luftleitblechen, die für eine optimale Anströmung der inneren Registerelemente sorgen. Die solcherart strömungsoptimierten Freikühlregister ermöglichen es, so früh als irgend möglich auf Mischbetrieb von Frei- und Kompressor-Kühlung umzustellen oder – je nach Außentemperatur – sogar einen reinen Freikühlbetrieb zu realisieren.

Das hält die Gesamtlaufzeit der Kompressoren niedrig und reduziert somit die kompressorbedingten Schallemissionen deutlich. Die optimierte Luftführung hilft zudem, die Drehzahl der Ventilatoren zu senken und trägt somit auch auf dieser Ebene zur Reduktion von Betriebsgeräuschen und Energiekosten bei. Gleichsam nebenbei profitiert das CW-System außerdem auch im DX-Betrieb von den großflächigen Registern, da sie niedrige Kondensationstemperaturen sowie eine geringere Luftstromgeschwindigkeit sicherstellen.

* Kai Neubauer ist bei Stulz Product Manager für Chiller.

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