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19.02.2018

Lohnender Cooldown für leistungsstarke Rechenzentren

Durch den stetigen Fortschritt in der Digitalisierung wie z. B. Cloud Computing steigt auch laufend der Bedarf nach höheren Rechenleistungen.

Um dieser Nachfrage verlässlich nachkommen zu können, ist der Bau von weiteren, immer größer werdenden Rechenzentren mit teilweise über 5.000 qm Fläche unerlässlich.

Das Hochleistungs-Equipment in diesen Zentren kann dabei pro Rack (Schrank zur Unterbringung von IT Hardware) bis zu 30 kW Wärme abgeben. Um die Betriebstemperatur konstant halten und somit eine Überhitzung der Systeme vermeiden zu können, ist eine pausenlose und zuverlässige Kühlung unabdingbar. Die Klimatisierung von Rechenzentren stellt ein betriebsnotwendiges Kriterium in Punkto Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit der Server dar.

Die Klimatisierung kann je nach genutztem Kühlsystem, bestehend aus Lüftung, Luftverteilung und Kühlung, insbesondere bei kleineren Rechenzentren bis zu 50 % des gesamten Energiebedarfs ausmachen. Große Rechenzentren werden daher vorzugsweise in Ländern mit niedrigeren Strompreisen wie den Niederlanden oder Schweden erbaut. Für Länder mit vergleichsweise hohen Strompreisen wie z. B. Deutschland sind aus diesem Grund kluge Energiekonzepte gefragt, die den Energiebedarf senken und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit erhöhen.

Für jedes Rack die richtige Kühlung

Die Möglichkeiten einer Serverraumkühlung sind vielfältig und variieren je nach Größe des Rechenzentrums und Anzahl der Racks. Insbesondere bei kleineren und mittleren Rechenzentren (500 – 5.000 qm) wird in der Regel eine Luftkühlung gewählt. Die Luft wird dabei mit Hilfe eines Umluft-Kühlgeräts heruntergekühlt und über Rohrleitungen in einen Zwischenraum unter den Boden zu den Racks geleitet.

In Punkto Energieeffizienz haben sich dabei Kalt- und Warmgänge bewährt. Bei mehreren Reihen von Racks sollten diese so platziert werden, dass jeweils die Vorder- und Rückseiten der Racks zueinanderstehen. Die temperierte Luft wird ausschließlich in die Kaltgänge geblasen. Das IT-Equipment zieht die kalte Luft ein, das gesamte System wird heruntergekühlt und gibt die erwärmte Luft in den Warmgang ab. Die warme Luft wird dann vom Umluft-Kühlgerät wieder angesogen und der Kreislauf beginnt von vorn. Um zu vermeiden, dass sich die kalte und warme Luft vermischt, sollten die Kaltgänge mit z. B. Glas eingehaust werden. Damit kann der Kühlbedarf noch einmal um weitere 30 % gesenkt werden. Die Zulufttemperatur in den Kaltgängen sollte zwischen 18 °C bis 27 °C liegen sowie eine relative Luftfeuchtigkeit von maximal 60 % aufweisen (Taupunkt zwischen 5,5 °C bis 15 °C).

In Ländern mit geringer Durchschnittstemperatur wie z. B. der Norden von Schweden oder Finnland wird in der Regel zusätzlich entweder eine direkte Kühlung mit kalter Luft von außen oder eine indirekte Kühlung mit Wasserleitungen, deren Medium im Außenbereich heruntergekühlt werden, zugeführt. Das Herunterkühlen mittels Kühlgeräten wird nur dann in Anspruch genommen, wenn die Außentemperatur zu hoch ist. Dies führt natürlich noch einmal zu sinkenden Energiekosten.

Ab einer Wärmeabgabe der Geräte von 25 kW ist eine Luftkühlung nicht mehr ausreichend und es ist eine Wasser- oder Kältemittelkühlung zu empfehlen, da diese Medien die Wärme wesentlich besser aufnehmen können als Luft. In diesem Fall werde entweder Wärmetauscher in unmittelbarer Nähe neben oder unter die Racks oder Klimageräte direkt in die Schränke gesetzt. Im ersten Fall muss eine umfassende Infrastruktur der Kaltwasserleitungen geplant werden.

Die Umluft-Kühlgeräte können je nach Anzahl der Racks und Gebäudearchitektur entweder an die Stirnseite des Serverraums oder in einem separaten Technikbereich platziert werden. Bei der Wasser- bzw. Kältemittelkühlung sind die Kühlgeräte in der Regel aufgrund Ihrer Dimensionen im Außen- bzw. Dachbereich angesiedelt.

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Mit Kaiflex zusätzlich sparen

Gemäß der EnEv ist eine Dämmung der kälteführenden Leitungen und Kanäle in diesem Sektior nicht vorgeschrieben. Die EnEV schreibt nur eine Dämmung von Kälteverteilungs- und Kaltwasserleitungen für „Anlagen und Einrichtungen der Heizungs-, Kühl-, [und] Raumlufttechnik sowie der Warmwasserversorgung von Gebäuden […]“ vor. Eine Dämmung von Leitungen zur Kühlung eines Produktionsprozesses fallen allerdings nicht unter die Verordnung. Die EN 50060 versucht zwar, hier Abhilfe zu schaffen und Vorgaben für die Kontrolle der Umgebungstemperatur zu schaffen, jedoch sind die Vorgaben noch zu unkonkret. Dennoch sollte die Dämmung der Rohrleitungen aus den folgenden Gesichtspunkten essentieller Bestandteil eines jeden Klima- und Lüftungskonzeptes von Rechenzentren sein:

1. Ausfallsicherheit erhöhen
Für alle Rohrleitungen, die sowohl kalte Flüssigmedien als auch Luft führen, gilt: Eine effiziente Isolierung ist essentielle Voraussetzung, um das gesamte System betriebssicher zu gestalten und die Energieeinsparungspotenziale zu maximieren. Wann immer die Temperatur in den Rohrleitungen oder Luftkanälen unter der Raumtemperatur liegt, bildet sich Kondensat. Kondensat wiederum führt langfristig zu Korrosion sowie Rost und somit einer irreparablen Beschädigung der Rohrleitungen. Die Server in diesen Zentren arbeiten dabei rund um die Uhr 365 Tage im Jahr, sie benötigen daher eine permanente, ausfallsichere Kühlung. Werden die Rohrleitungen und Luftkanäle undicht, führt dies zwangsläufig zu einem Austausch eben dieser und in Folge dessen zu einer Beeinträchtigung der Kühlung – mit verheerenden Auswirkungen auf die Rechenleistung des Datenzentrums.

Mit Kaiflex Dämmstoffen kann diese Schwachstelle zuverlässig vermieden werden. Dank der geschlossenzelligen Struktur und einem Wasserdampfdiffusionswiderstand von bis zu μ ≥ 10.000 ist der Kautschukdämmstoff gegenüber Feuchtigkeit resistent. Auch Beschädigungen an der Oberfläche führen zu keiner Beeinträchtigung der Dampfbremse.

2. Energieverluste vermindern
Aufgrund des hohen Kostenanteils der Kühlung von Rechenzentren sollten sämtliche Maßnahmen getroffen werden, um möglichst viel der gekühlten Luft an seinen Zielort zu bringen. Kaiflex Dämmstoffe sorgen dabei für eine gleichbleibende Temperatur in den Kaltwasserleitungen und Luftkanälen. Die Wärmeleitfähigkeit von bis zu λ0 °C = 0.033 W/(m·K) sorgt dafür, dass keine Energie bzw. Temperatur und auf dem Weg vom Klimagerät oder dem Außenbereich hin zu den Racks verloren geht.

In einigen Ländern wird die abtransportierte Abwärme nicht wieder den Klimageräten zugeführt, sondern als Abwärme an Fernwärmenetze verkauft. In diesem Fall sollte durch die Dämmung mit Kaiflex dafür gesorgt werden, dass auch hier möglichst viel der produzierten Wärmeenergie bei dem Käufer ankommt.

3. Schutz des IT-Equipment
Das IT-Equipment ist empfindlich und muss zuverlässig vor Schmutz geschützt werden. Der Einsatz von geschlossenzelligen Kaiflex Dämmstoffen innerhalb der Serverräume ist dabei absolut unbedenklich, da diese frei von Staub und Fasern sind.

(1) Betriebssicheres Rechenzentrum – Leitfaden, BITKOM
(2) http://www.energieagentur.nrw/energieeffizienz/energieeffizienz-nach-branchen/energieeffizienz_in_rechenzentren
(3) https://www.informatik-aktuell.de/index.php?id=2475#c14654
(4) EnEV 2014 Praxis Dialog: Dämmung bei Klimaverrohrung von Rechenzentren bei hoher Wassertemperaturen und garantiert keiner Taupunktunterschreitung, Michale Brieden-Segler, 09.03.2015
(5) BEST OF DataCenter-Insider: https://www.datacenter-insider.de/das-best-of-datacenter-insider-v-38888-13272/">https://www.datacenter-insider.de/das-best-of-datacenter-insider-v-38888-13272/
(6) Header: https://www.shutterstock.com/de/image-illustration/network-server-room-computers-digital-tv-714012847?src=UqVUX9r9RUFRi5jr4qz5uA-1-9