Wie Sie die Überbrückungszeit der USV-Batterie berechnen

Beispielmessungen bei isolierter USV

Der Raum ist für eine nicht-redundante USV, Batterien, Bypass- und Verteileranlagen dimensioniert. Die elektrischen Schalttafeln und Klimaanlagen sind auf 22,7 Grad Celsius eingestellt, was der empfohlenen Temperatur für Batterien entspricht. Die USV ist für 42,8 Grad Celsius ausgelegt. Bei dieser Temperatur fällt sie zwar nicht aus, aber die Leistung wird stark beeinträchtigt.

USVs schalten sich aus Selbsterhaltungsgründen ab. Der Stromverbrauch steigt rapide an, wenn die Hardware heißer wird, da sowohl die USV- als auch die IT-Lüfterdrehzahlen drastisch ansteigen. Auch die Akkus entladen sich bei höheren Temperaturen schneller. Größere Räume, zum Beispiel für redundante Systeme, können längere Laufzeiten haben.

Beispielmessungen für USV ohne Gangeinhausung

Die Installation von USV und IT-Ausrüstung im selben Raum ermöglicht eine gemeinsame Kühlung und spart Platz im Gebäude. Das ist ein üblicher Kompromiss in kleinen Rechenzentren, erschwert aber die Berechnung des Temperaturanstiegs.

Die IT-Hardware in den Schränken wird wahrscheinlich vor der USV die maximale Temperatur erreichen. Die Kombination aus IT-Ausrüstung, Schränken, USV und Klimageräten hat eine größere thermische Masse als die USV allein, was den Temperaturanstieg im Raum etwas verlangsamt. Das Beispiel-Rechenzentrum ist jedoch klein (93 Quadratmeter mit 20 Schränken), so dass die Temperatur schnell ansteigen wird.

Die maximale Lufttemperatur, die vor dem Serverausfall gemessen wurde, liegt bei etwa 45 Grad Celsius. Interne Lüfter halten die Sperrschichttemperaturen der CPUs aufrecht, so dass die maximale Lufttemperatur, die in den Raum gelangt, durch die Lüfterkapazität bestimmt wird. Die Leistung des Servers nimmt vor dem eigentlichen Ausfall ab. Mechanische Festplatten und Bandlaufwerke fallen bei deutlich niedrigeren Temperaturen aus.

Ohne Gangeinhausung wird die Luft als gemischt angesehen. In Abbildung 1 befindet sich die große USV in einem eigenen Raum, so dass sie nicht zur Wärmelast beiträgt.

Im Folgenden werden zwei USV-Größen dargestellt, die mit unterschiedlichen IT-Ausrüstunglasten in zwei unterschiedlich großen Computerräumen betrieben werden. Die Räume sind auf 23,9 Grad Celsius klimatisiert. Das ist energieeffizient, liegt aber unter dem von ASHRAE empfohlenen Höchstwert (27 Grad Celsius). Das gewährleistet eine angemessene Einlasstemperatur für die IT-Ausrüstung.

Beispielmessungen für USV mit Gangeinhausung

Die Warmgangeinhausung ist zwar am energieeffizientesten, aber sie schließt die Wärme in einem kleinen Raum ein, in dem es praktisch kein freiliegendes Metall gibt, das sie absorbieren könnte. Daher steigt die Temperatur in den Schränken schnell an.

Die Kaltgangeinhausung lässt den größten Teil des Raumvolumens zum Aufheizen übrig. Wenn sich die USV im selben Raum befindet, wird ihre Wärme der IT-Ausrüstungswärme hinzugefügt. Die berechnete Temperaturanstiegszeit ist zwar deutlich länger als bei der Kaltgangeinhausung, aber die Zahl kann irreführend sein, da die Server versuchen, Luft aus dem eingeschlossenen Kaltgang zu ziehen, der keine zusätzliche Luft enthält. Die Wärme könnte innerhalb der Schränke wieder zirkulieren und die Zeit bis zum Ausfall erheblich verkürzen.

Wie lässt sich die Zeit bis zum Stromausfall verlängern?

Vorschläge zur Begrenzung des Temperaturanstiegs würden sich auf die Konstruktion von Rechenzentren auswirken. Zu den konstruktiven Änderungen gehören die folgenden:

• größere Böden und höhere Decken
• höhere IT-Ausrüstungswerte
• niedrigere Raumtemperaturen
• IT-Schränke mit geringerer Dichte
• keine Gangeinhausung
• mehr Reihen mit weniger Schränken
• geringere Raumisolierung

Die Gleichungen sind sehr komplex, und die Angaben der Gerätehersteller sind spärlich, so dass die Berechnungen Schätzungen sind. Diese Schätzungen geben jedoch einen guten Anhaltspunkt dafür, wie lange eine Einrichtung ohne Klimaanlage betrieben werden kann, bevor der Wärmestau die thermischen Grenzen der Geräte überschreitet.

Kühlmethoden zum Ausprobieren

Ein schneller Temperaturanstieg kann die IT-Ausrüstung beschädigen, daher ist eine Verlangsamung des Temperaturanstiegs entscheidend.

Öffnen Sie die Türen der geschlossenen Gänge, damit die Luft durch den Raum zirkulieren kann. Das ist zwar keine Lösung für den Temperaturanstieg, da nur die Enden der Gänge freigelegt werden und der Raum über den Schränken geschlossen bleibt, aber es kann die Betriebszeit verlängern. Tragbare Ventilatoren können die Luftbewegung unterstützen, aber in Rechenzentren mit hoher Dichte kann dafür weniger als eine Minute zur Verfügung stehen (siehe Abbildung 3).

Wenn die Kühlung über Kaltwasserkühlgeräte erfolgt, sollten diese so verkabelt werden, dass die Lüfter der USV auch nach einem Stromausfall weiterlaufen. Hilfspumpen an der USV sowie einige Kaltwasserspeicher können die Betriebszeit um mehrere Minuten verlängern. In diesem Fall kann eine zusätzliche Batterie nützlich sein.

Falls verfügbar, sollten Sie die freie Kühlung sofort nach dem Stromausfall nutzen, unabhängig von der Außentemperatur. Andernfalls sollten Sie Heißluftventilatoren an der USV installieren und die Lüftungskanäle drosseln, um Frischluft von außen einzubringen.

Vereinfachte Berechnungsmethode

Nur vier Faktoren sind für 95 Prozent des Wärmeanstiegs verantwortlich. Wenn die meisten Rechenzentren relativ volle Schränke haben, in der Nähe des von ASHRAE empfohlenen Temperaturbereichs (27 Grad Celsius) und in der Mitte des Bereichs der relativen Luftfeuchtigkeit (20 bis 80 Prozent) arbeiten und sich nicht über 1.500 Meter Höhe befinden, können wir viele der Terme in den komplexen Gleichungen als Konstanten betrachten. Das vereinfacht die Gleichungen so weit, dass jeder einen Hinweis auf die Zeit bis zum Geräteausfall nach einem Stromausfall berechnen kann. Die tatsächliche Zeit bis zum Ausfall kann länger oder kürzer sein.

Im Folgenden finden Sie diese vereinfachte Gleichung in metrischen Einheiten und einem Berechnungsbeispiel.

Tmin = (m3 x 25,5 x TD/Watt) + τMassmin