Wie Sie die Kühleffizienz von Rechenzentren verbessern

Die Vorteile der Lufttrennung

Die Trennung von Luft mit unterschiedlichen Temperaturen erfüllt zwei Aufgaben:

1. Sie maximiert die Menge, die zum IT-Equipment gelangt.

2. Sie maximiert die Leistung der Klimaanlage mit mechanischer Kühlung und die freien Kühlstunden, wenn Außenluft verwendet wird.

Arten der Luftvermischung

Luft vermischt sich, wenn sie durch Öffnungen zwischen Geräten in Racks strömt oder wenn sie über die Oberseiten und um die Enden von Schrankreihen zirkuliert. Diese unerwünschten Luftströmungen werden als Bypass-Luft und Umluft bezeichnet.

Bei der Bypass-Luft strömt gekühlte Luft am IT-Equipment vorbei und nicht hindurch. Die kühle Luft vermischt sich mit der heißen Abluft, wodurch die Temperatur der Luft, die zu den Klimaanlagen zurückkehrt, sinkt und die Kühlleistung verringert wird.

Bei Umluft kehrt die aus den IT-Komponenten abgeführte warme Luft zur Vorderseite zurück und vermischt sich mit der gekühlten Zuluft. Dadurch steigt die Temperatur der in die IT-Komponenten eintretenden Luft, die Kühlleistung wird verringert und die Lebensdauer der Infrastruktur kann sich verkürzen.

Trennung von warmer und kalter Luft

Durch die Gestaltung von warmen und kalten Gängen werden Schränke mit der Vorderseite zueinander und mit der Rückseite zueinander aufgestellt. Füllplatten werden in offene Stellen zwischen IT-Geräten in Racks und Schränken eingesetzt, um Lücken zu schließen. Bei dieser Methode entweicht die Luft jedoch immer noch über Schrankoberseiten und um Reihenenden herum.

Formen der Gangeinhausung

Die Gangeinhausung trennt die beiden Lufttemperaturen durch Barrieren. Dazu gehören Heißgang-, Kaltgang-, Voll- und Teileinhausung:

• Die Heißgang-Einhausung umschließt die Abluft der IT-Komponenten, die den Rest des Raums mit Zulufttemperatur verlässt. Diese Methode ist in der Regel am einfachsten bei Neubauten umzusetzen und energieeffizient. Bei dieser Variante wird jedoch auch Kühlluft für den Rest des Raums verwendet.
• Die Kaltgang-Einhausung isoliert den Kaltgang, sodass er übrige Raum eine höhere Temperatur aufweist. Das maximiert die Nutzung kühler Luft, wenn der Lufthaushalt unter Kontrolle ist. Sofern nicht bereits eine Rückluft-Plenumdecke vorhanden ist, lässt sich der Kaltgang in bestehenden Räumen leichter nachrüsten.
• Bei der vollständigen Einhausung werden an jedem Ende des eingehausten Gangs feste Türen und massive Paneele zwischen Schrankoberseiten und -decken verwendet. Füllungen an den Schrankböden verhindern, dass Luft darunter strömt.
• Bei der teilweisen Einhausung werden anstelle von Türen und Paneelen Kunststoffstreifen verwendet. Diese dürfen sich nur an den Gangenden befinden, nicht über den Schränken. Eine teilweise Einhausung ist in der Regel effektiver, kostengünstiger und in bestehenden Rechenzentren einfacher zu implementieren als eine vollständige Einhausung.

Alle Formen verbessern die Luftkontrolle und Energieeffizienz. Die größte Vorsicht ist beim Brandschutz geboten. Eine vollständige Einhausung erfordert Abluftköpfe in jedem Gang. In bestehenden Rechenzentren können sich die Köpfe in abwechselnden Gängen befinden. Bei einer teilweisen Einhausung müssen keine neuen Leitungen um die bestehende Infrastruktur verlegt werden. Alle Türen und Paneele sollten feuerfest sein.

Luft mit verschiedenen Kühlungsarten sparen

Drei Arten von Kühlmethoden in einem Rechenzentrum sind von der Architektur abhängig: Doppelböden, Deckenkühlung und eng gekoppelte Kühlung.

Doppelböden

Doppelböden sind mit vielen Löchern versehen – sowohl in den Luftstromplatten als auch in den Durchführungen für Kabel und Rohrleitungen. Luftstromplatten mit integrierten oder zusätzlichen Lamellen sind verfügbar, um die Luftmenge zu steuern und die Luft zu den richtigen Schränken zu leiten, oft effizienter als herkömmliche Platten. Platten mit hohem Durchfluss sind hilfreich, sollten aber sparsam eingesetzt werden. Es kann nicht mehr Luft an die IT-Geräte geliefert werden als die unter dem Boden.

Drei Arten von Kühlmethoden in einem Rechenzentrum sind von der Architektur abhängig: Doppelböden, Deckenkühlung und eng gekoppelte Kühlung.

Diese Böden leiten die Luft gemäß den Herstellervorgaben für Plenumböden. Sie verlieren Luft und zwar umso mehr, je mehr Personen darauf gehen und je öfter die Verkleidungen von den Administratoren entfernt und wieder angebracht werden. Um die Leckage zu begrenzen, sollten die Unterflurräume alle paar Jahre professionell gereinigt und die Fliesen dabei neu ausgerichtet werden.

Entfernen Sie nicht mehr als zwei benachbarte Fliesen auf einmal, um den Boden nicht zu destabilisieren, und so wenig wie möglich, um den maximalen Luftstrom im gesamten Bereich aufrechtzuerhalten. Ersetzen Sie die Fliesen genau so, wie sie entfernt wurden, um die Abdichtung zu erhalten.

An den Raumgrenzen und um große Geräte wie Klimaanlagen und unterbrechungsfreie Stromversorgungen treten erhebliche Leckagen auf. Versiegeln Sie alle Kanten mit geschlossenzelligem Schaum. Versiegeln Sie auch Rohrdurchführungen mit Brandschutzmaterial. Kabelöffnungen im Boden sind ebenfalls große Leckagestellen. Für neue und vorhandene Kabel sind Tüllen- oder Bürstendichtungen erhältlich. Verwenden Sie kein Glasfaser, Mineralwolle oder andere Produkte, die abblättern und in die Luft und die Geräte gelangen können.

Deckenkühlung

Viele neuere Rechenzentren, ob mit Doppelboden oder ohne, verwenden eine Deckenkühlung. Kanalsysteme leiten Luft aus herkömmlichen Umluftklimageräten in den Kaltgang oder verteilen sie von einzelnen Kühleinheiten, die im Gang, auf den Schränken oder direkt darüber montiert sind. Das funktioniert, indem dichtere, kühle Luft nach unten sinkt, und die wärmere Luft nach oben verdrängt.

Wenn Administratoren Diffusoren auswählen und bereitstellen, um die Luftzufuhr zu maximieren, können Kanalsysteme im gesamten Gang recht gleichmäßige Temperaturen liefern. Klimaanlagenventilatoren müssen auch in der Lage sein, gegen statische Kanaldrücke zu arbeiten. Elektronisch kommutierte Ventilatoren, die energieeffizient sind und sich zu einem relativen Standard entwickelt haben, sind möglicherweise nicht in der Lage, über lange Kanäle genügend Luft zuzuführen.

Die direkte Deckenkühlung erfordert spezielle Kühlmittelleitungen und liefert eine fühlbare Kühlung ohne Feuchtigkeitsregelung. Sie wird in der Regel für die punktuelle Kühlung von Schränken mit hoher Dichte eingesetzt.

Eng gekoppelte Kühlung

Bei dieser Methode liefern Kühleinheiten Luft so nah wie möglich an die Einlässe des IT-Equipments und ziehen heiße Abluft aus nahe gelegenen Schränken in sich selbst zurück, bevor sie aus dem Heißgang entweichen kann. Die übliche Form sind Reihenkühler, obwohl auch direkte Deckenkühleinheiten als eng gekoppelt eingestuft werden.

Die Bedeutung der Rückluftregelung

Die Klimatisierung von Computerräumen (Computer Room Air Conditioning, CRAC) steuert sowohl die Menge als auch die Temperatur der Zuluft auf der Grundlage der Rücklufttemperatur. Bypass-Luft senkt die Rücklufttemperatur, sodass die CRAC-Steuerung fälschlicherweise eine geringere Kühlanforderung erkennt. Die Einlasstemperatur steigt dann an, wodurch auch die Rücklufttemperatur ansteigt. Daher liefern CRAC-Einheiten jetzt mehr kühle Luft, bis die Rücklufttemperatur wieder sinkt und sich der Zyklus wiederholt. Das wird als kurzer Zyklus bezeichnet und führt zu schlechter Kühlung, schlechter Feuchtigkeitskontrolle und beschleunigtem Geräteverschleiß.

Eine gut kontrollierte Rückluft bietet einen thermodynamischen Vorteil, der oft unterschätzt wird. Klimaanlagen können mehr Kühlung liefern, wenn heißere Luft zu ihren Spulen zurückkehrt. Nachfolgend finden Sie zwei Beispiele, bei denen dieselbe Klimaanlage mit 65 Prozent mehr Kühlkapazität verwendet wird:

1. Eine Rücklufttemperatur von 23,9 Grad Celsius führt zu einer Klimatisierungsleistung von 20 Tonnen oder 75 Kilowatt Kühlleistung.

2. Eine Rücklufttemperatur von 35 Grad Celsius führt zur einer Kühlleistung der Klimaanlage von 33 Tonnen oder 114 Kilowatt.

Um die Rücklufttemperatur zu erhöhen, muss die Eintrittstemperatur in die IT-Geräte erhöht werden, was ebenfalls Kühlenergie spart.

Herkömmliche Rechenzentren arbeiten bei 12,8 Grad Celsius. Ein Temperaturanstieg von 11,1 Grad Celsius durch die IT-Geräte (bekannt als Delta T, DT oder ΔT) ist Standard, wodurch die Ausblastemperatur 23,9 Grad Celsius beträgt.

Bei einer Erhöhung der Eintrittstemperatur auf 23,9 Grad Celsius steigt die Austrittstemperatur auf etwa 35 Grad Celsius.

Der von ASHRAE empfohlene Bereich für die Vorlauftemperatur der IT-Geräte liegt bei maximal 27 Grad Celsius. Daher liegt die Temperatur von 23,9 Grad Celsius genauer innerhalb dieses Wertes. Kein Schrank sollte den Höchstwert überschreiten, auch nicht bei Temperaturschwankungen innerhalb des Ganges. Klimageräte haben heute eine höhere Kühlleistung, was Energie spart.