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Kühlen mit Minimalaufwand Was ist Freie Kühlung?

| Autor / Redakteur: lic.rer.publ. Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Kühlmethoden für Rechenzentren gibt es viele. Als besonders effizient wird die Freie Kühlung (englisch: free cooling) beschrieben. Doch unter welchen Bedingungen funktioniert die überhaupt und was braucht man dazu?

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Bei direkter freier Kühlung ist der apparative Aufwand minimal
Bei direkter freier Kühlung ist der apparative Aufwand minimal
(Bild: © djama - stock.adob.com)

Freie Kühlung kommt mit wenigen Geräten aus. Deshalb gilt sie als die Methode der Wahl, wann immer sie möglich ist. Doch das ist sie nicht immer - siehe unten.

Das Prinzip Freien Kühlung fürs Rechenzentrum ist einfach zu verstehen: Kalte Luft von außen wird dem Rechenzentrum zugeführt, nimmt die Wärme der Rechnersysteme in sich auf und wird am Ende aufgewärmt wieder in die Umgebung entlassen.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Technologie erfordert den geringstmöglichen apparativen Aufwand. Außer dem Strom, den die Ventilatoren brauchen, verschlingt sie auch keine Energie. Und die Luft, das Kühlmittel, ist kostenlos in beliebiger Menge verfügbar.

Wie muss die Luft beschaffen sein?

Das klingt einfach, ist es aber häufig nicht. Denn die Möglichkeit, auf diese Weise zu kühlen, hängt ganz entscheidend von zwei Dingen ab: erstens von den Außentemperaturen und zweitens von den Temperaturen, die man den datenverarbeitenden Komponenten zumuten möchte.

Außerdem muss sich auch die Luftfeuchtigkeit in einem gewissen Rahmen bewegen und die Luft muss halbwegs sauber sein. Deshalb wird Außenluft zur Kühlung des Rechenzentrums in der Regel wenigstens gefiltert. Wo es zu feucht ist, muss die Luft getrocknet werden, wenn es zu kalt ist, gegebenenfalls mit Abluft vermischt und so aufgewärmt werden.

Außerdem muss die Größe der Lufteinlässe und die Leistung der Ventilatoren, die die Luft in den Doppelboden einblasen beziehungsweise die erwärmte Luft absaugen natürlich zur zu kühlenden Kapazität passen. Um richtig zu dimensionieren, sollte man auf jeden Fall Fachleute zu Rate ziehen.

ASHRAE gibt die Regeln vor

Die Regeln für den so genannten Temperatur- und Feuchtigkeits-Envelope, also den Rahmen der tolerierbaren Temperaturen am Rechnereingang, legt etwa die ASHRAE, der US-Verband der Spezialisten für Gebäudeklima (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) fest. Derzeit finden sie sich in TC9.9 („Data Center Power Equipment Thermal Guidelines and Best Practises“).

Diese Regeln wurden in den vergangenen Jahren etwas gelockert. Heute werden höhere Temperaturen im Rechenzentrum nicht nur von den Geräten, sondern auch von den entsprechenden Gremien toleriert. Es gibt inzwischen Rechenzentren, deren Rechnereingangstemperaturen im Bereich um 27 Grad Celsius liegen dürfen, was die ASHRAE-Regeln nicht verletzt.

Angesichts der Versprechungen auf den Datenblättern der Hersteller, denen zufolge Rechner noch weitaus höhere Temperaturen ertragen, ist das auch kein unglaubliches Wagnis. Die früher üblichen frischen 18 Grad im Whitespace sind jedenfalls zunehmend passé, 20,21 Grad Celsius durchaus üblich und nach Meinung der Experten immer noch viel zu niedrig.

Rechenzentren kühlungsfreundlich bauen!

Das erhöht erheblich die Anwendbarkeit der Freien Kühlung, denn der zweite Faktor, auf den es ankommt, ist wie schon gesagt die Außentemperatur. Wohl also dem Betreiber, der sein Gebäude so aufgebaut hat, dass es von natürlicher Umgebungskühle profitiert, beispielsweise davon, in der größten Hitze im Schatten zu stehen!

Diese Freikühlanlage kommt ohne Kaltwassersatz aus
Diese Freikühlanlage kommt ohne Kaltwassersatz aus
(Bild: Systemair)

Außerdem sollte das Gebäude längs zur Hauptwindrichtung orientiert sein, damit kühlender Wind die bestmöglichen Effekte erzielen kann. Ein, zwei Grad Unterschied der Lufttemperatur können nämlich schon den Unterschied machen, ob Freie Kühlung in einem konkreten Moment noch anwendbar ist.

Begrenzt tauglich

Direkte Freie Kühlung (ohne Zusatz-Kühlmethoden) kann sogar noch bei Außentemperaturen von 27 Grad funktionieren - es gibt aber viele Datacenter-Betreiber, die früher auf ergänzende Kühlmethoden umschalten, etwa bei 20 oder 22 Grad Celsius. Hierzulande ist es im Winter meist kälter, aber im Frühjahr und erst recht im Sommer werden diese Grenzen häufig überschritten.

Dann muss die Freie Kühlung ergänzt werden durch andere Kühlmethoden. Zudem ist ein möglichst automatisierter Umschaltmechanismus zwischen der Freien Kühlung und der ergänzenden Kühlmethode erforderlich.

Hersteller von Freikühl-Umluftgeräten für die Direkte Freie Kühlung sind etwa Stulz, MKI und Systemair.

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Über den Autor

lic.rer.publ. Ariane Rüdiger

lic.rer.publ. Ariane Rüdiger

Freie Journalistin, Redaktionsbüro Rüdiger