Effiziente Kühlsysteme für stabile Prozesse

Server-Kühlung bleibt Rückgrat

11. August 2020, 07:00 Uhr   |  Lukas Schenk/jos

Server-Kühlung bleibt Rückgrat
© Bild: Technotrans

Server-Korridor mit zahlreichen Server-Racks – sie sind das Herz eines jeden Rechenzentrums.

Ob im Home-Office oder beim Streaming: Die weltweite COVID-19-Pandemie und damit verbundene Kontaktbeschränkungen führen zu einer deutlichen Zunahme der privaten und geschäftlichen Nutzung digitaler Anwendungen. Die Folge ist eine starke Auslastung des gesamten Datennetzwerks. Technische Entwicklungen wie Cloud Computing, Big Data oder KI befeuern dabei den Bedarf nach Rechenleistung auch künftig. Damit RZs und Server-Räume überhaupt funktionieren, müssen sie allerdings rund um die Uhr gekühlt sein – und dies möglichst effizient.

„Jeder Server braucht Kühlung. Um den hohen Bedürfnissen an Rechenzentrumskapazitäten gerecht zu werden, wächst demnach auch der Kühl- und Energiebedarf stetig an“, erklärt Ingo Gdanitz, Business Development Manager bei Technotrans SE. Das Sassenberger Unternehmen ist ein Spezialist für branchenübergreifende Kühl- und Temperierlösungen und rechnet auch nach der Corona-Krise mit einer erhöhten Nachfrage. Die Auswahl eines effizienten Kühlsystems, das auf die individuellen Kundenanforderungen zugeschnitten ist, sei dabei die wichtigste Maßnahme, so Gdanitz.

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© Bild: Technotrans

Das schematische Beispiel verdeutlicht den Aufbau eines vollständigen wassergekühlten Systems mit guten thermodynamischen Eigenschaften.

Server-Kühler gibt es in der Branche in sämtlichen Größen und Leistungskategorien, die je nach Wärmelast zum Einsatz kommen. Mittelständische Technik- und Forschungsunternehmen nutzen vergleichsweise kleine Rechenzentren, die allerdings bereits eine Wärmelast von bis zu 100 kW erzeugen. Bei großen Colocation-Rechenzentren können sogar Wärmelasten im Megawatt-Bereich entstehen. Gdanitz weist in diesem Zusammenhang besonders auf die Energieeffizienz der Kühltechnik hin. Fast die Hälfte der Energie, die ein Rechenzentrum insgesamt benötigt, entfällt auf die Kühlung. Dabei können Optimierungsmaßnahmen die Energieeffizienz der Kühlung signifikant verbessern, so der Experte. Ein noch wichtigerer Punkt sei dabei auch die Zuverlässigkeit der Technik. Denn für Anwender mit hochsensiblen Daten, die eine hundertprozentige Verfügbarkeit erfordern, wäre ein Ausfall der Kühlung fatal, sodass diesem in jedem Fall vorzubeugen ist. Darüber hinaus ist das Monitoring, speziell für Colocation-Server-Zentren, in denen Server oder deren Infrastruktur vermietet werden, von großer Bedeutung.

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© Bild: Technotrans

Aktiver Kaltwassersatz für die Server-Kühlung.

Grund dafür ist, dass die Betreiber oft verpflichtet sind, die Rahmenbedingungen im Server-Raum, wie zum Beispiel Lufttemperatur oder Feuchtigkeit, zu dokumentieren. Für den Fall, dass ein Rechenzentrum in mehreren Ausbaustufen geplant ist, ist schließlich auch die Erweiterbarkeit essenziell. Dies ermöglicht den nachträglichen Ausbau der Kühlleistung.

„Aus jahrelanger Erfahrung wissen wir heute, dass beim Auslegen der Kühltechnik mehrere Faktoren berücksichtigt und bedarfsgerecht gewichtet werden müssen“, sagt Gdanitz. Dazu sind laut ihm einige spezifische Rahmenbedingungen zu beachten:

Wärmelast: Die von Servern abgegebene Wärme ist im wesentlich abhängig von der Rechenleistung. Je größer die Rechenleistung, desto höher ist die daraus entstehende Wärmelast. Diese muss die Kühltechnik aus dem Rechenzentrum abführen.

Klimatische Bedingungen: Die Außentemperatur an den Server-Standorten entscheidet häufig über die Art der Kühltechnik. Während zum Beispiel kühlere bis gemäßigte Klimazonen aufgrund ihrer niedrigen Lufttemperaturen sehr gut für den Einsatz einer energetisch vorteilhaften Freikühlung geeignet sind, gestaltet sich das in wärmeren Regionen Südeuropas deutlich schwieriger.

Investitionsbudget: Ziel der Auslegung von Kühltechnik ist es, Betreibern möglichst wirtschaftliche und kosteneffiziente Lösungen anzubieten.

Anwendermodell: Abhängig von den Anforderungen des Anwenders, müssen Server-Kühler bestimmte Leistungsansprüche wie Verfügbarkeit oder Erweiterbarkeit erfüllen. Angesichts der zahlreichen unterschiedlichen Modelle ist dieser Faktor besonders wichtig, um die Kühltechnik präzise und bedarfsgerecht auszulegen. Bei einer klassischen Server-Kühlung kommen häufig Systeme der In-Row-Kühlung zum Einsatz, die den Server-Raum mit kalter Luft versorgen.

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© Bild: Technotrans

Auch in größeren Dimensionen verfügbar: aktiver Kaltwassersatz mit höherer Leistung.

In-Row-Wärmetauscher

In-Row-Wärmetauscher lassen sich mit geringem bauseitigem Aufwand direkt zwischen die einzelnen Server-Racks platzieren. Sie nehmen die Abwärme der Server auf, geben sie ans Kühlwasser ab und drücken kühle Luft zurück. Ein Beispiel dafür ist der In-Row-Wärmetauscher für optimierte Kühlung aus der Technotrans-Gruppe. Die einzelnen Lüfter einer Kühl- einheit sind modular auf- oder abbaubar und lassen sich auch im laufenden Betrieb austauschen.

Zuverlässige Kühlung mit aktiver Kaltwassererzeugung
Für die Kühlung ganzer Räume eignen sich Lösungen mit aktiver Kaltwassererzeugung. Kaltwassersätze, auch Chiller genannt, sind Kältemaschinen, die mittels eines Flüssigkeitskreislaufs Server-Räume aktiv kühlen. „Dabei nutzen wir die guten thermodynamischen Eigenschaften von wasserbasierenden Flüssigkeiten als Wärmeträger, um auch große Wärmemengen wirtschaftlich aus dem Gebäude abführen zu können“, so Gdanitz.

Die Technotrans-Kaltwassererzeuger sind atmosphärisch geschlossene Systeme, die in mehreren modularen Einheiten parallel arbeiten können. „Dies hat den Vorteil, dass einerseits die Kälteerzeugung erweiterbar ist und dass sich andererseits eine hohe Verfügbarkeit aufgrund der redundanten Struktur gewährleisten lässt“, so Gdanitz. Er rät dazu, den gesamten Kühlleistungsbedarf in kleinere Einheiten aufzuteilen. So könne man beispielsweise vier Einheiten mit je 30 Prozent der gesamten Kühlleistung installieren. Sollte eine Einheit ausfallen, sind immer noch 90 Prozent des maximalen Kühlbedarfs verfügbar.

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2. Hohe Energieeffizienz durch freie Kühlung

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