Kühloptionen für das Data Center

Tauchkühler sind eine Methode, um Rechenzentren zu klimatisieren. Sie haben aber auch Nachteile. Unser Experte erläutert Kühlmethoden für Data Center.

Zu den Klimatisierungsvarianten moderner Rechenzentren gehören mittlerweile auch Tauchkühler und die direkte Flüssigkühlung. Ziel ist eine sichere Wärmeabfuhr mit minimalem Energieaufwand. Befinden sich Kühleinheiten nahe an der Hardware, reduziert das den Energieaufwand für die Ventilatoren, die kalte Luft im Raum, unter dem Boden und in den Leitungsrohren verteilen. Die Wahl der Kühlgeräte hängt vom Raum-Design, der Zugänglichkeit, den Kosten und andere Faktoren ab.

Zirkulierende Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser oder Kältemittel, führen die Hitze in Rohren ab. Lecks sind dabei eine reale Gefahr für das Rechenzentrum. Durch angemessene Installation, Leck-Warnsysteme und Abflüsse wird das Risiko entschärft, teure Hardware zu beschädigen. Wenn der Gedanke an Wasser im Data Center gar nicht behagt, sind Kältemittel eine Alternative. Diese treten im Falle eines Lecks als harmloses Gas aus. Allerdings ist das Verlegen von Rohren für diese Kühlmittel schwieriger und teurer als die Wasser-Variante.

Viele wärmequellenbasierte Kühlsysteme führen nur spürbare Hitze ab. Damit ist Wärme gemeint, die Menschen fühlen können. Von elektronischen Geräte erzeugte spürbare Hitze enthält keine Feuchtigkeit. Deswegen besitzen viele der Wärmequellen-Kühlsysteme keine Feuchtigkeits-Kontrolle.

Viele dieser Kühlsysteme funktionieren nicht bei geringer Wärmebelastungen. Daher müssen Rechenzentren mit Racks und Schränken mit geringer Wärmebelastung zusätzliche Klimaanlagen einsetzen. In andere Fällen reichen Kühlsysteme mit Feuchteregler.

Optionen für wärmequellenbasierte Kühlsysteme

Tauchkühler: Diese Methode ist eine relativ neue Variante für Server-Räume und kam 2011 auf den Markt.

Mit relativ kleinen Modifikationen an den Festplatten lässt sich das komplette Equipment in ein nicht leitendes Ölbad einlegen. Dieses zieht Hitze direkt von den elektrischen Systemen ab. Im Falle einer Fehlfunktion bietet das Ölbad eine große thermisch wirksame Masse, die das Equipment kühl hält. Eine kleine mit Notrstrom betriebene Kreislaufpumpe hält die Kühlung am Laufen.

Diese Methode ist effizient. Allerdings ist die Voraussetzungen für Tauchkühlung modifizierte Hardware. Muss man daran arbeiten, ist dies nicht einfach.

In-Row-Klimaanlagen: Diese Kühleinheiten sind wie Ausrüstungsschränke gestaffelt und werden gemischt oder an den Enden aufgestellt. Sie saugen heiße Luft ein, kühlen diese und führen Sie anschließend in die Kaltgänge ab. Einige Einheiten entlassen lediglich Luft in die kalten Gänge. Andere wiederum können gezielt Luft zu den Schränken transportieren, die die Kühlung gerade benötigen.

In-Row-Kühlsysteme: Diese Methode ist sehr effizient. Das gilt vor allem, wenn es als Teil einer geschlossenen Umgebung eingesetzt wird. Temperatursensoren auf der Vorderseite von benachbarten Ausrüstungsschränken kontrollieren die Lüfter-Geschwindigkeiten und die Kühl-Kapazität. Dabei kommt es auf die Zulauftemperatur an.

IRCs (In-row Coolers) gibt es für kaltwasser-, kondenswasser- und kältemittelbasierte Wärmetauscher. Die Systeme sind mit oder ohne  Feuchteregler verfügbar. Kaltwasser- und  Kältemittelsysteme brauchen wenig Energie. Somit lassen sich diese während eines Stromausfalls auch mithilfe einer unterbrechungsfreier Stromversorgung betreiben. Sie benötigen lediglich genug Kaltwasser-Reserven in den Rohren, die mit einer Kreislaufpumpe bewegt werden.

IRCs lassen sich im Rechenzentrum umsiedeln, sollten sie an einem anderen Ort gebraucht werden.

Kühlung über den Schränken: Overhead-Kühlsysteme geben kühle Luft direkt vor den Ausrüstungsschränken ab, die sie gerade benötigen. Die heiße Luft wird oberhalb der Schränke abgesogen. Einige dieser Einheiten lassen sich direkt auf die Schränke montieren. Andere wiederum hängen von der Decke in der Mitte des Kaltgangs.

Overhead-Kühlsysteme sind für den Einsatz von sehr dichten Schränken von acht Kilowatt bis zu 25 Kilowatt gedacht. Sie führen lediglich spürbare Hitze ab und unterstützen damit konventionelle Kühlmechanismen. Overhead-Systemen werden durch lokale Temperatursensoren kontrolliert und nutzen Kühlmittel.

Genau wie bei IRCs lässt sich der geringe Energiehunger der Overhead-Kühlsysteme im Falle eines Stromausfalls mit einer unterbrechungsfreier Stromversorgung stillen. Der Standort für diese Systeme lässt sich relativ einfach ändern.

Selbstkühlende Schränke: Hierbei handelt es sich um einen geschlossenen Kreislauf. Selbstkühlende Schränke wälzen Luft in Ihrer geschlossenen Umgebung um. Dabei nutzen sie Wasser oder Kühlmittel für die Abkühlung. Diese Systeme sind ebenfalls sehr energieeffizient. Allerdings sind sie groß, schwer und teuer. Man setzt die selbstkühlenden Schränke dann ein, wenn es im Raum keine andere Möglichkeit für Klimatisierung gibt. Zudem finden diese Systeme Verwendung, wenn „Inseln“ mit einer hohen Dichte an Hardware in einem großen Server-Raum mit wenig Equipment versorgt werden müssen.

Kühler für rückseitige Türen: Diese Kühler ersetzen herkömmliche Rückentüren an den Schränken. Sie kühlen die heiße Luft mit gekühltem Wasser und geben sie danach in den Raum ab. Auch diese Systeme entsorgen nur spürbare Hitze und benötigen zusätzlich Feuchteregler.

Kühler für rückseitige Türen wurden ursprünglich entwickelt, um von leistungsfähigen Supercomputern ausgestoßene heiße Luft zu kühlen. Neuere Modelle sind für die Kühlung der kompletten Hardware ausreichend, wenn sie sich an genügend Equipment-Schränken befinden.

Wird diese Kühlmethode eingesetzt, ist die Temperatur im gesamten Data Center identisch. Somit können Sie die Equiment-Schränke anordnen wie Sie möchten. Heiß- und Kalt-Gänge sind nicht notwendig. Einige Tests haben gezeigt, dass komplett passive Rückwand-Kühlsysteme (ohne Lüfter) am effizientesten sind.

Zukünftige Optionen für das Klimatisieren von Rechenzentren

Die heutigen wärmebasierten Kühlsysteme benötigen mechanische Systeme, um die Hitze nach außen zu transportieren. Im Idealfall kühlt kalte Luft (weniger als 27 Grad Celsius) das Equipment oder das zirkulierende Wasser direkt ab. Solche Ansätzen nutzen die Umgebungskälte (Free Cooling). In einigen Klimazonen würde die kalte Umgebungsluft den Einsatz im Data Center ermöglichen. Der Umstieg von mechanischem auf nicht-mechanisches Kühlen ist jedoch beim Free Cooling die größte Herausforderung.

Da Hardware toleranter bezüglich Hitze wird, könnte sich Free Cooling als Standard im Data-Center-Design etablieren. Damit wäre die Kühlung auch unabhängig vom Klima. Direkte Flüssigkühlung, wie sie in Mainframes bis ungefähr 1990 benutzt wurde, zieht ebenfalls in die Server-Schränke ein. Der Grund ist eine steigende Betriebstemperatur. Flüssigkühlung findet bei einigen leistungsstarken Hardwarekomponenten Einsatz und könnte Boden gegenüber luftbasierten Kühlungen gut machen.

Artikel wurde zuletzt im November 2013 aktualisiert

Erfahren Sie mehr über Data-Center-Infrastruktur

- GOOGLE-ANZEIGEN

ComputerWeekly.de

Close