Von Strom bis Kühlung – Experton betrachtet die technische RZ-Infrastruktur

Sicherheit für hochverfügbare Rechenzentren

| Autor / Redakteur: Wolfgang Heinhaus / Ulrike Ostler

Die Kühlung ist unzeitgemäß und viel zu teuer

Doch nicht nur in punkto Stromversorgung hapert es in vielen Datacenter; auch die Klimatisierungen existieren noch wie zu Zeiten, als der Mainframe dominierte. Dabei wird die Kühlluft in einen Doppelboden geführt und der Raum und die Racks entsprechend von unten gekühlt.

Diese Art der Klimatisierung entspricht jedoch nicht mehr den heutigen hohen Anforderungen. Die Zuluft kommt nicht immer dort an, wo sie gebraucht wird. Häufig entstehen Hot Spots (Wärmenester), wodurch Ausfälle der IT-Komponenten möglich werden.

Noch vor etwa 10 Jahren lag die mittlere Wärmelast bei ca. 0,5 Kilowatt pro Quadratmeter (kW/m²). Durch die zunehmende Integration und Packungsdichte der IT-Komponenten ist der Mittelwert inzwischen bei 1,5 kW/m² angekommen. Es sind Klimageräte im Betrieb, die bis zu 60 Prozent des Energiebedarfs eines Datacenter ausmachen.

Nicht zuviel, zu wenig Kälte und Ausbaufähigkeit

Eine ausreichende Klimatisierung der IT-Systeme ist somit entscheidend für die Verfügbarkeit und Sicherheit. Redundanz ist anzustreben, um die Hochverfügbarkeit sicherzustellen. Bei der Auswahl der Klimageräte ist darauf zu achten, dass die Wartung und Erweiterung im laufenden Betrieb problemlos möglich sind und es wird nur so viel Kältekapazität installiert, wie erforderlich ist.

Moderne Umluft-Präzisionsklimageräte sichern die Verfügbarkeit und reduzieren den Verbrauch bis zu 40 Prozent durch eine maximale Energie-Effizienz gegenüber herkömmlichen Kompressor-Kühlsystemen. Je effizienter die Kühlung ist, desto weniger Energie wird verbraucht. Die Präzisionsklimageräte bieten optimale Bedingungen in Bezug auf das Halten der einmal eingestellten Temperatur und die Luftfeuchte wird automatisch der Temperatur angepasst. Sie verteilen die gekühlte Luft intensiv und gleichmäßig in den Raum.

Bei Ausstattung der Kühlsysteme mit indirekter freier Kühlung reduzieren sich die Energiekosten um bis 60 Prozent (Stichwort: GREEN IT !). Dabei übernimmt bei kalten Außentemperaturen das eingebaute Freikühlregister 100 Prozent der Kälte-Erzeugung.

Umweltfreundliche Kühlung

Je nach Standort kann die freie Kühlung bis zu 150 Tage im Jahr betrieben werden. Es wird ein umweltfreundliches Wasser-Glykol-Gemisch eingesetzt. Dieses Gemisch wird im Freikühlbetrieb an der Außenluft ohne den Betrieb des Kältekreislaufs abgekühlt.

Die sonst dafür zuständige Kältemaschine ist ausgeschaltet. Nur bei hohen Außentemperaturen wird dieses Aggregat zugeschaltet. Das Wasser-Glykol-Gemisch zirkuliert in einem Rohrleitungssystem, das ebenfalls redundant ausgelegt ist, zwischen den Kältemaschinen und Präzisionsklimageräten. Die höheren Mehrkosten von rund 20 Prozent für die freie Kühlung rechnen sich durch einen geringeren Energiebedarf.

Darüber hinaus gibt es auch eine direkte freie Kühlung. Hierbei wird kühle Außenluft über Luftklappen in den zu kühlenden Raum direkt eingeblasen. Diese Variante eignet sich nur für kleine Datacenter und wird hier nicht weiter verfolgt.

Zwei coole Größenordungen

Es sind zwei Größenordnungen der Klimasysteme mit indirekter Kühlung relevant:

  • Klimageräte mit integrierter Freikühleinrichtung und Rückkühler, für Datacenter mit einer Wärmelast von bis zu 300 Kilowatt
  • Kaltwassergestützte Klimageräte mit zentraler externer Kaltwassererzeugung (Kältemaschinen) und externer Freikühlfunktion über einen zentralen Rückkühler – für eine Wärmelast über 300 Kilowatt.
  • Entscheidend für eine optimale Klimatisierungslösung ist, wenn die zu kühlenden Racks nach dem Kaltgang-/Warmgang-Prinzip angeordnet werden (siehe: Abbildung 1).

    Abbildung 1: Aus den Schlitzplatten vor den Racks strömt die abgekühlte Zuluft aus und kühlt die IT-Komponenten. Die erwärmte Abluft tritt an der Rückseite aus und wird den Klimageräten zur erneuten Abkühlung zugeführt.
    Abbildung 1: Aus den Schlitzplatten vor den Racks strömt die abgekühlte Zuluft aus und kühlt die IT-Komponenten. Die erwärmte Abluft tritt an der Rückseite aus und wird den Klimageräten zur erneuten Abkühlung zugeführt. (Bild: Bitkom/Experton)

    Die abgekühlte Zuluft wird den Racks zugeführt. Aus den Schlitzplatten vor den Racks strömt die abgekühlte Zuluft aus und kühlt die IT-Komponenten. Die erwärmte Abluft tritt an der Rückseite aus und wird den Klimageräten zur erneuten Abkühlung zugeführt. Dieses Verfahren erhöht die Kühlleistung. Racks bis zu einer Wärmelast von bis zu 8 Kilowatt können so gekühlt werden.

    Der ideale Doppelboden

    Allerdings wird ein zu niedriger und mit technischen Komponenten, wie Strom- und Netzwerkkabel und Kabeltrays, überfrachteter Doppelboden den Zuluft-Transport hemmen und die Kühlleistung verringern. Die ideale Höhe für einen Doppelboden beträgt 70 bis 100 Zentimeter und die Kabel sollten unter der Raumdecke in Trays verlegt werden.

    Der Doppelboden ist somit frei von Installationen und die Zuluft kann ungehindert die Racks erreichen. Ebenso wichtig ist es, dass in den Racks die freien Öffnungen mit Blindblenden verschlossen sind. Sonst vermischt sich die abgekühlte Zuluft mit der erwärmten Abluft und Hotspots sind die Folge.

    Das dargestellte Kalt-/Warmgang-Prinzip ist eine gute, aber noch nicht die optimale Lösung. Eine völlige Trennung von Kaltluft- und Warmluftzonen ist hierbei unmöglich, auch wenn die Racks im Kaltgang mit Blindblenden verschlossen sind. Dieses Problem lässt sich mit einer Einhausung, wie in Abbildung 2 dargestellt, lösen werden.

    Abbildung 2: Bei einer Kaltgang-Einhausung wird die abgekühlte Zuluft über den Doppelboden gezielt in den eingehausten Kaltgang geblasen und mit gleichmäßig verteiltem Druck den IT-Komponenten zugeführt.
    Abbildung 2: Bei einer Kaltgang-Einhausung wird die abgekühlte Zuluft über den Doppelboden gezielt in den eingehausten Kaltgang geblasen und mit gleichmäßig verteiltem Druck den IT-Komponenten zugeführt. (Bild: BSI/Experton)

    Bei einer Kaltgang-Einhausung wird die abgekühlte Zuluft über den Doppelboden gezielt in den eingehausten Kaltgang geblasen und mit gleichmäßig verteiltem Druck den IT-Komponenten zugeführt. Das ermöglicht, das Rack über die gesamte Höhe mit Kühlluft zu versorgen.

    Die erwärmte Abluft wird aus der Einhausung geblasen und kann nicht mehr mit der Kaltluft verwirbeln. Der Aufwand für die Kühlung wird reduziert -, der Wirkungsgrad erhöht.

    Bei dieser Konstellation sind Racks bis zu 20 Kilowatt kühlbar. Die Energie-Einsparungen gegenüber der Kaltgangvariante ohne Einhausung können bis zu 70 Prozent betragen.

    Bei der Planung neuer Klimatisierungslösungen sollten auch die Parameter Raumtemperatur und Luftfeuchte mit einbezogen werden. So führt eine niedrige relative Luftfeuchte, in Verbindung mit einer höheren Raumtemperatur, zu einer effizienteren Arbeitsweise der Klimageräte. Die Energiekosten verringern sich entsprechend.

    Mehr Wärme für die IT

    Die ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning) empfiehlt bei dem Einsatz von modernen IT-Systemen eine Raumtemperatur von 80 Fahrenheit = 27 Grad Celsius.

    Bei Wärmelasten von mehr als 20 Kilowatt pro Rack ist eine direkte Kühlung zu empfehlen. Diese Lösung sollte jedoch sorgfältig überlegt werden. In hochsensiblen Räumen können wassergeführte Leitungen zu Ausfällen der IT-Komponenten führen, falls Wasser austritt.

    Es ist auch zu erwarten, dass zukünftig die Wärme-Abgabe der IT-Geräte sinken wird. Ähnlich wie bei Haushaltsgeräten und Autos wird der Gesetzgeber die Hersteller dazu zwingen, Systeme mit weniger Energie-Aufnahme anzubieten. Erste entsprechende Systeme sind bereits auf dem Markt.

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    Bei einem hochsicheren Rechenzentum müssen alle Funktionen gewerkeübergreifend zuverlässig...  lesen
    posted am 01.10.2012 um 14:54 von PStavirz

    Sehr geehrte Damen und Herren, ein hochinteressan5ter Artikel, der auf die geänderte...  lesen
    posted am 17.08.2012 um 14:39 von Unregistriert


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