Einhausungen

Was sind Einhausungen?

Einhausungen sind permanente Aufbauten aus Metall und Exolon zur sicheren Trennung von Warm- und Kaltluft in Rechenzentren.

Bei Einhausungen (Gangeinhausungen oder Aisle Containment) handelt es sich um ein System zur Optimierung der Kühlung durch die strikte Trennung von Kalt- und Warmluft. Wo sich ohne Containment Kaltluft und Warmluft im Raum vermischen und dadurch ineffiziente Strömungen entstehen, sorgt eine Einhausung dafür, dass die Luft dort bleibt, wo sie gebraucht wird: Kaltluft an den Servereinlässen und Warmluft auf einem definierten Rückweg zur Rückführung.

Typischerweise bestehen Einhausungen aus Türen, Dachelementen und Paneelen. An den Gangenden kommen je nach Layout Schiebetüren oder Flügeltüren zum Einsatz, um den Luftabschluss herzustellen, ohne die Zugänglichkeit zu verlieren. Dachelemente werden häufig aus lichtdurchlässigen Materialien wie Exolon oder Makrolon realisiert, damit die Sichtverhältnisse und die Ausleuchtung im Gang erhalten bleiben. Selbst kleinere Undichtigkeiten in der Einhausung führen zu Einschränkungen in der Trennwirkung zwischen Kalt- und Warmluft. Daher werden ergänzend Paneele eingesetzt, um Racks sauber zu umschließen und Luftleckagen zu minimieren. 

Beim Kauf einer Einhausung ist die Integration ins Brandschutzkonzept zu beachten. Eine Einhausung darf die Wirksamkeit von Branddetektion und Löschtechnik nicht beeinträchtigen. In der Planung ist zu berücksichtigen, dass Löschgas die Hardware erreichen muss und die Einhausung diesen Prozess nicht stören darf. Häufig wird dieses Ziel durch konstruktive Lösungen unterstützt, sodass im Brandfall die Löschwirkung sichergestellt ist.

Grundsätzlich wird zwischen 2 Arten von Einhausungen unterschieden: Kaltgang- und Warmgangeinhausungen.

Welche Arten von Einhausungen gibt es?

Es gibt Kaltgangeinhausungen und Warmgangeinhausungen.

Kalt- und Warmgangeinhausungen haben den Zweck, die Vermischung kalter Zuluft und warmer Abluft zu verhindern. Sie unterscheiden sich darin, welcher Luftbereich eingehaust wird und wie der Luftweg im Rechenzentrum organisiert ist. 

Ob eine Kaltgang- oder eine Warmgangeinhausung geeigneter ist, hängt unter anderem von Raumgeometrie, vorhandener Infrastruktur wie Doppelboden oder Doppeldecke, Wartungsabläufen sowie den Zielwerten für Energieeffizienz und Temperaturführung ab.

Im Folgenden werden Kalt- und Warmgangeinhausungen detailliert in ihrer Funktionsweise beschrieben.

Kaltgangeinhausungen

Kaltgangeinhausungen, häufig als Cold Aisle Containment bezeichnet, umschließen die gekühlte Luft im Kaltgang mit Wänden und einem Dach. 

Die Vorderseiten der Serverracks stehen sich im Kaltgang gegenüber, weil dort die Geräte ihre Zuluft ansaugen. Der Bereich zwischen den Vorderseiten wird eingehaust. Die kalte Luft wird meist über den Doppelboden in den eingehausten Kaltgang eingebracht.

Die Server saugen diese Kaltluft an den Vorderseiten an und geben die warme Abluft über die Rückseiten in den nicht eingehausten Bereich des Serverraums ab. Dadurch wird der Kaltgang gezielt stabilisiert, während die warme Abluft außerhalb des Kaltgangs verbleibt und nicht zurück an die Servereinlässe gelangen soll. Diese strikte Trennung reduziert typische Problembilder offener Konzepte, bei denen sich warme Abluft in oberen Rackbereichen sammelt und gleichzeitig am Boden noch kühle Luft verfügbar ist, was zu ungleichmäßiger Kühlung und lokalen Überhitzungen führt.

Warmgangeinhausungen

Warmgangeinhausungen, auch Hot Aisle Containment genannt, hausen die Warmluft der Serverracks in einem Gang ein.

Bei Warmgangeinhausungen stehen sich die Rückseiten der Serverracks einander gegenüber, weil dort die warme Abluft austritt. Der Bereich dazwischen wird durch die Warmgangeinhausung eingeschlossen, sodass die warme Luft kontrolliert im Warmgang verbleibt und sich nicht in den restlichen Serverraum verteilt.

Die warme Luft im Warmgang wird typischerweise über Kanäle in der Doppeldecke den Klimageräten wieder zugeführt. Gleichzeitig saugen die Server die kalte Luft aus dem Serverraum über die Vorderseiten an. Damit wird die Rückführung der warmen Abluft in Richtung Kühlrücklauf klar definiert, was die thermische Stabilität erhöht und die Effizienz im Rechenzentrum verbessert. Bei Warmgangeinhausungen ist zu beachten, dass der Warmgang je nach Last hohe Temperaturen erreicht, was sich auf Wartungsarbeiten und Aufenthaltszeiten im Gang auswirkt.

Was sind die Vorteile von Einhausungen?

Die Vorteile von Einhausungen sind hauptsächlich der verbesserte Schutz vor Überhitzungen und die Optimierung der Energieeffizienz durch die strikte Trennung von Kalt- und Warmluft. 

Einhausungen gewährleisten eine strikte Trennung zwischen Kalt- und Warmluft. Je weniger sich Luftströme vermischen, desto genauer lassen sich Temperatur, Volumenstrom und Rückführbedingungen steuern, wodurch weniger Kühlenergie und weniger Sicherheitsreserven erforderlich sind.

Ein großer Vorteil von Einhausungen ist die Verbesserung der Energieeffizienz, die sich unter anderem in einem besseren PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) widerspiegelt. Durch wirksames Containment lassen sich häufig höhere Vorlauftemperaturen realisieren, weil die Kaltluft ohne Vermischung mit der Warmluft direkt bei den Servern ankommt. Das bedeutet, dass sich die Kaltlufttemperatur anheben lässt, ohne die Einlasstemperaturen an den IT-Komponenten zu gefährden. 

Einhausungen sorgen für einen deutlich besseren Schutz vor Überhitzungen, weil Hotspots eliminiert oder zumindest stark reduziert werden. In offenen Systemen ist es möglich, dass Racks im oberen Bereich bereits warme Luft ansaugen, während der untere Bereich noch kühl ist. Eine Einhausung sorgt für eine gleichmäßige Kühlung über die gesamte Höhe des Racks hinweg, was die thermische Belastung der Hardware reduziert und eine lange Lebensdauer der Komponenten unterstützt.

Ein weiterer praktischer Vorteil von Einhausungen ist, dass höhere Leistungsdichten pro Rack erreichbar sind. Mit Einhausungen lassen sich Racks mit 15, 20 oder mehr kW in vielen IT Umgebungen problemlos kühlen, ohne unnötig Platz im Rechenzentrum zu verbrauchen. Gerade in Flächen mit hohem Quadratmeterpreis oder bei nachträglicher Verdichtung bestehender Bereiche ist dieser Punkt entscheidend, weil sich die verfügbare IT-Infrastruktur effizienter nutzen lässt.

Was sind die Nachteile von Einhausungen?

Die Nachteile von Einhausungen sind ein komplizierterer Brandschutz, Anschaffungskosten und speziell bei Warmgangeinhausungen ein Mehraufwand bei der Wartung.

Ein großer Nachteil von ein Einhausungen ist der kompliziertere Brandschutz. Der Brandschutz ist komplizierter, weil ein eingehauster Gang eine zusätzliche Barriere für außenliegende Rauchmelder und Löschanlagen darstellt. Im Brandfall erreicht das Löschgas den Brandherd im eingehausten Gang langsamer, wenn keine geeigneten konstruktiven oder anlagentechnischen Maßnahmen vorgesehen sind. Eine mögliche Maßnahme sind Drop Away Paneele oder eine Gaslöschanlage, die direkt im Gang der Einhausung eingebunden wird. Wichtig ist, dass die Einhausung von Beginn an im  Brandschutzkonzept berücksichtigt wird, damit Detektion, Auslösung und Löschmittelverteilung im Brandfall sicher funktionieren.

Ein weiterer Nachteil einer Einhausung ist die erhöhte Arbeitsbelastung bei der Wartung, insbesondere bei Warmgangeinhausungen. Die hohe Hitzeentwicklung im Warmgang, mit Temperaturen um etwa 30 °C, erhöht die physische Anstrengung bei Tätigkeiten wie den Austausch von Netzteilen, das Arbeiten an Komponenten oder allgemeine Servicearbeiten. Dieser Nachteil wirkt sich erschwerend auf Arbeitsabläufe und die Organisation von Wartungsfenstern aus.

Eine Einhausung verursacht hohe Anschaffungskosten. Einhausungen sind kein Plug-and-Play-Produkt. Passgenaue Türen, Dachelemente und Paneele verursachen Kosten, und in heterogenen Umgebungen sind individuelle Anpassungen nötig. Nicht alle Racks sind gleich hoch und breit, was insbesondere in Colocation Rechenzentren häufig der Fall ist. Zusätzlich sind Löschsystem und Beleuchtungskonzept zu berücksichtigen. Für Einhausungen sind individuelle Lösungen erforderlich, um die Funktionalität durchgängig zu gewährleisten.

Für welche Rechenzentren eignen sich Einhausungen?

Einhausungen eignen sich für nahezu alle Rechenzentren und sind besonders interessant für Hochleistungsrechenzentren sowie Colocation- und Hyperscale-Rechenzentren.

Einhausungen eignen sich für alle Rechenzentren mit Luftkühlung. Der Grund ist, dass mit steigender IT-Last nicht nur die absolute Wärmemenge zunimmt, sondern auch die Anforderungen an stabile Einlasstemperaturen und vorhersehbare Luftführung wachsen. Containment macht die thermische Umgebung berechenbarer und erleichtert es, definierte Betriebszustände über verschiedene Lastfälle hinweg einzuhalten.

Im Hochleistungsrechenzentrum sorgt die Einhausung durch die strikte Trennung von Kalt- und Warmluft für eine optimale Kühlung. Natürliche Lüftung ohne Einhausung reicht in solchen Szenarien typischerweise nicht aus, um Hotspots sicher zu vermeiden. Für KI-Cluster mit Leistungsaufnahmen von über 20 kW pro Rack ist eine Einhausung die Voraussetzung, um die Kühlung stabil und flächeneffizient zu betreiben.

Im Colocation Rechenzentrum unterstützt eine Einhausung eine effiziente Klimatisierung, was Betriebskosten reduziert. Gleichzeitig helfen Einhausungen dabei, garantierte Kaltlufttemperaturen einzuhalten, wie sie häufig in Service Level Agreements (SLA) vereinbart sind. Colocation Umgebungen zeichnen sich häufig durch unterschiedliche Racktypen und individuelle Kundenanforderungen aus. Die saubere thermische Trennung durch die Einhausung sorgt für stabile Bedingungen trotz Heterogenität.

Rechenzentren mit freier Kühlung (Free Cooling) profitieren durch höhere Vorlauftemperaturen von Einhausungen. Dank Containment lassen sich höhere Vorlauftemperaturen im Kaltgang mehr Tage im Jahr realisieren, an denen die Kühlung ganz oder teilweise mit Außenluft unterstützt wird. Dies führt zu einer Steigerung der Kühleffizienz, weil mechanische Kälteleistung in geeigneten Klimazonen seltener oder weniger intensiv benötigt wird.

Einhausungen sind als Retrofit geeignet. Die Integration von Einhausungen in Bestandsrechenzentren ist durch modulare Lösungen möglich, sodass bestehende Flächen Schritt für Schritt modernisierbar sind, ohne zwangsläufig das gesamte Layout neu zu planen.

Einhausungen von SCS FACO

Einhausungen von SCS FACO sind modulare Kalt- und Warmgangeinhausungen, die passgenau nach Kundenanforderungen gefertigt werden. 

Wir nutzen hochwertige Materialien wie Exolon oder Makrolon für lichtdurchlässige Dachelemente sowie auf pulverbeschichteten Stahl für tragende und schützende Bauteile. Die präzise Fertigung auf CNC-gesteuerten Maschinen unterstützt dabei enge Toleranzen und eine saubere Passform. Dies ist bei Aisle Containment Lösungen besonders wichtig, weil Undichtigkeiten die gewünschte Trennwirkung zwischen Warm- und Kaltluft reduzieren können.

Die modulare Bauweise unserer Einhausungen ist darauf ausgelegt, sich an unterschiedliche Schrankhöhen und typische Varianzen im Rechenzentrumsbetrieb anzupassen. Dadurch lassen sich Einhausungen so konfigurieren, dass sie in unterschiedlichen Umgebungen funktionieren, vom standardisierten Rack-Layout bis zu gemischten Beständen, wie sie beispielsweise in Colocation-Flächen häufig vorkommen. 

Einhausungen von SCS FACO sorgen für eine klar definierte Luftführung, eine höhere Betriebssicherheit durch weniger Hotspots und eine bessere Grundlage für energieeffiziente Rechenzentrumsprozesse.