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Umluft-Klimasysteme kommen in Server-Räumen mit Doppelboden zum Einsatz. Die warme Abluft der Server-Schränke wird an der Geräteoberseite abgesaugt und entweder mit Wasser oder einem Kältemittel in einem geschlossenen Wärmetauscher gekühlt.
Reicht die Leistung des Umluft-Klimasystems für  die adäquate Kühlung der Server-Racks nicht aus, empfiehlt sich der Einsatz des Rittal TopTherm Liquid Cooling Package Inline. Dieses bläst mit einer Kühlleistung von bis zu 60 Kilowatt kalte Luft nach vorn
Eine noch bessere thermische Trennung wird durch die Einrichtung einer so genannten Gangschottung gewährleistet. Dabei wird in der Regel der Kaltgang an der Rack-Oberseite sowie an den Kopfseiten verschlossen. So kann die kalte Luft nicht entweichen.

Das Rechenzentrum kann man als Rückenmark jedes Unternehmens betrachten: Hier werden den Nutzern die Unternehmensanwendungen zur Verfügung gestellt und die Daten gespeichert. Schnellere und aufwändige Rechenprozesse sorgen auch im Server-Rack oder Rechenzentrum für „rauchende Köpfe“. Damit die IT keinen Hitzekollaps erleidet, muss die Infrastruktur wachsen, vor allem die Klimatisierung. In vielen bestehenden Rechenzentren kommt vom eingespeisten Strom nur etwa 50 Prozent bei den Servern an. Die andere Hälfte verbrauchen hauptsächlich Kühlung und unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Das größte Energie-Einsparpotenzial bietet dabei die Klimatisierung, sie verbraucht mit bis zu 37 Prozent fast genauso viel Energie wie die Server selbst. Bei der Auswahl der passenden Klimatisierungslösung für das Data-Center müssen verschiedene Gesichtspunkte in Betracht gezogen werden. Welches Konzept geeignet ist und für eine bessere Energieeffizienz im Rechenzentrum sorgt, hängt vor allem von der Leistungsdichte der Server und der damit verbundenen Wärmeentwicklung im Server-Rack beziehungsweise im Server-Raum ab. Wie energie­effizient ein Rechenzentrum arbeitet, gibt der Power-Usage-Effectiveness-Wert (PUE) an: Dieser setzt die insgesamt verbrauchte Energie ins Verhältnis zur Energieaufnahme der IT-Hardware. Werte von 2,0 oder höher sind durchaus in vielen Rechenzentren üblich – hier verbraucht die Infrastruktur genauso viel Energie wie die angeschlossenen Server. In hoch-energieeffizienten Data-Centern werden Werte zwischen 1,1 und 1,2 gemessen.

Die Luft thermisch trennen

In Rechenzentren mit einer Wärmeentwicklung von bis zu vier Kilowatt pro Schrank erfüllen Umluft-Klimasysteme in der Regel die Anforderungen an eine effiziente Kühlung. Die Systeme saugen die warme Luft der Server an, kühlen diese über einen Wärmetauscher herunter und blasen sie in den Doppelboden ein. Von dort gelangt sie durch Schlitze oder Perforierung in den Bodenplatten wieder vor die Server-Racks.

Die optimale Klimatisierung ist abhängig vom Rechenzentrum. Wichtig ist es, Ausfallsicherheit, hohe Energieeffizienz, Modularität und Skalierbarkeit zu gewährleisten.

Die optimale Klimatisierung ist abhängig vom Rechenzentrum. Wichtig ist es, Ausfallsicherheit, hohe Energieeffizienz, Modularität und Skalierbarkeit zu gewährleisten. Rittal

Für eine hohe Energieeffizienz im Rechenzentrum sorgt die Aufstellung der Server-Schränke nach dem Kalt- und Warmgangprinzip. Hier stehen sich Rack-Fronten in einer Gasse direkt gegenüber. Dieses einfache Prinzip verhindert, dass sich die kalte Luft aus den Kühlungen unkontrolliert mit der warmen Abluft aus den Rechnern und Speichersystemen vermischt und so Luftkurzschlüsse entstehen.

Darüber hinaus verbessert eine so genannte Gangschottung die thermische Trennung. Dabei wird in der Regel der Kaltgang an der Rack-Oberseite sowie an den Kopfseiten verschlossen, so dass die kalte Luft nicht entweichen kann. Diese mechanische Maßnahme sorgt zwischen Warm- und Kaltgang für einen Temperaturunterschied von 10 bis 15 Grad Celsius. So lässt sich die Kühlleistung der Anlage entsprechend minimieren – nach einer Untersuchung des Bundesministeriums für Umwelt sowie des Borderstep-Instituts um bis zu 35 Prozent.

Reicht die Leistung des Umluft-Klimasystems für die adäquate Kühlung der Server-Racks nicht mehr aus, empfiehlt sich die Installation eines TopTherm Liquid Cooling Package (LCP) Inline, das bis zu einer Kühlleistung von 60 Kilowatt kalte Luft nach vorne in den Kaltgang bläst. LCP Inlines lassen sich übrigens auch nachträglich, selbst in heterogene Umgebungen, installieren.

Strom rein, Wärme raus

Je höher die Rechenleistung, desto größer die Wärmeentwicklung: Leistungsstarke Blade-Server für Cloud-Computing-Anwendungen oder für den Einsatz in Forschungsinstituten erzeugen viel Abwärme, teilweise bis 25 Kilowatt, die entsprechend abgeführt werden muss. Zudem können aufgrund der hohen Leistungsdichte im Rack rasch so genannte Wärmenester entstehen, wenn sich warme Luft beispielsweise durch zu enge Verkabelung staut und nicht entweichen kann. Das wiederum kann schnell zu einer Überhitzung der Hardware und damit zu Störungen und Ausfällen führen.

Hohe Wärmelasten führt das LCP direkt aus dem Rack ab. Dabei dringt die kalte Luft über perforierte Seitenwände seitlich in das Server-Rack vor die Front der Server ein, an der Rückseite wird die warme Luft wieder aufgenommen. Die hohen Wärmelasten werden über Luft/Wasser-Wärmetauscher aus den IT- und Server-Racks abgeführt. Weil Wasser aufgrund seiner stofflichen Eigenschaften Wärmeenergie fast 4000 mal besser transportieren kann als Luft, reichen hier bereits kleine Wasserleitungen zum Transport der großen Wärmemengen.

Durch den gezielten Einsatz der Kaltluft in LCPs können die Vorlauftemperaturen im Wasserkreislauf erhöht werden. Das trägt maßgeblich zu einer effizienten Klimatisierung bei. Während die Raumklimatisierung mit Luft/Wasser-Wärmetauschern Wassertemperaturen von 8 bis 15 Grad Celsius benötigt, reichen bei LCPs oft bereits 21 Grad aus. Entsprechend energiesparend ist die Erzeugung des Kaltwassers.

Kühlung mit Außenluft

Egal für welche Kühlungsart sich der Anwender entscheidet – in jedem Fall muss an irgendeinem Punkt im Kreislauf Kälte in Form von Kaltluft oder Kaltwasser erzeugt werden. Das lässt sich beispielsweise mit Chillern realisieren. Eine energieeffiziente Alternative oder Ergänzung dazu ist die freie Kühlung, die eine Ressource nutzt, die kostenlos ist: kühle Außenluft. Erst wenn diese eine bestimmte Temperatur überschreitet, wird mit herkömmlichen Kältemaschinen die Kaltwasserproduktion gesichert. Dabei wird zwischen indirekter und direkter freier Kühlung unterschieden. Bei der direkten freien Kühlung kühlen die Rittal-Klimasysteme bei niedrigen Außentemperaturen direkt mit kalter Außenluft. Ein Luftklappensystem regelt die verschiedenen Luftströme und mischt Abluft aus dem Rechenzentrum zu, um die gewünschte Zulufttemperatur zu erreichen. Anwender erreichen mit dieser Form der Klimatisierung PUE-Werte, die kleiner als 1,3 sind.

Technische Basis der indirekten freien Kühlung ist ein leistungsstarker Luft/Wasser-Wärmetauscher, der außerhalb des Gebäudes steht und dort die Kaltwasserversorgung sichert. Dafür ist normalerweise eine Temperaturdifferenz von fünf Grad Celsius zwischen Außenluft und Kaltwasser nötig. Mit leistungsfähigen Kälteregistern lässt sich die Temperaturdifferenz auf 2,5 Grad reduzieren. So können Anwender ihre Energiekosten für die Rechenzentrumsklimatisierung halbieren. Der Kühlkreislauf funktioniert bis zu einer Außentemperatur von 19 Grad Celsius und damit in unseren Breitengraden den Großteil des Jahres.

Alternative Kälteerzeugung: Kühlen mit Geothermie und Adsorptionskälte

Auch bei der Klimatisierung von Rechenzentren kommen kontinuierlich moderne Technologien zum Einsatz, um die benötigte Rechenleistung effizienter und umweltschonender erbringen zu können. Eine Alternative für kühles Klima im Data-Center stellt beispielsweise die Geothermie dar. Dabei wird das im Rechenzentrum aufgeheizte Kühlmedium durch ein unterirdisches Röhrensystem im Boden geleitet, dort abgekühlt und anschließend wieder zur Kühlung verwendet. Ein weiteres Beispiel für moderne Kühltechnologien: die Nutzung von Abwärme – zum Beispiel aus einem Blockheizkraftwerk – für den Betrieb von Kälteanlagen.

Der Wärme Herr werden

Im Rechenzentrum spielt die optimale Klimatisierung eine wichtige Rolle. Hier fallen verschiedene Punkte ins Gewicht. Welches Konzept geeignet ist und für die bestmögliche Energieeffizienz im Rechen­zentrum sorgt, hängt vor allem von der Leistungsdichte der Server und der damit verbundenen Wärmeentwicklung im Server-Rack beziehungs­weise im Server-Raum ab.

Auf der diesjährigen CeBIT zeigte Rittal gemeinsam mit Würz Energy ein komplett autarkes Container-Rechenzentrum, das von zwei integrierten Blockheizkraftwerken (BHKWs) redundant mit Strom versorgt und gekühlt wird. Der mit Pflanzenöl oder Erdgas erzeugte umweltfreundliche Strom der BHKWs wird direkt in das angeschlossene Rechenzentrum gespeist. Die Abwärme der Kraftwerke lässt sich zur Kühlung der IT-Geräte verwenden. Die dazu notwendigen Kältemaschinen nutzen einen Adsorptionsprozess, also die Anlagerung von Wassermolekülen an Oberflächen von Adsorbermaterialien. Sie verfügen über eine Maximalleistung von zehn Kilowatt und versorgen die im Data-Center-Container verbauten Liquid-Cooling LCPs stetig mit Kaltwasser.

Bedarfsgerecht regulieren

Eine Klimatisierung, die Tag und Nacht in vollem Einsatz ist, schadet Geldbeutel und Umwelt. Klimatisierungslösungen sollten aus diesem Grund an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Weil die Server in Unternehmen beispielsweise an Wochenenden nicht die volle Leistung erbringen müssen, empfiehlt sich der Einsatz einer Management-Software, wie Rittal RiZone, für eine bedarfsgerechte Regulierung der Klimatisierung.

Fazit

Kein Rechenzentrum ist wie das andere und hat individuelle Anforderungen an die Klimatisierung. Diese ergeben sich beispielsweise aus der Rechenleistung der einzelnen Schränke, den Räumlichkeiten und den Verfügbarkeitsansprüchen. Neben der Ausfallsicherheit und Energieeffizienz sollten Modularität und Skalierbarkeit des Rechenzentrums gesichert sein. Hersteller, die das gesamte Portfolio an Klimatisierungslösungen im Angebot haben, sind bestens aufgestellt, um die individuellen Kundenanforderungen zu erfüllen, die schließlich im Betrieb den Geldbeutel und die Umwelt schonen.