Klimaanlage für Serverraum: Definition & Funktionsweise

Die Nutzung von Klimaanlagen in Unternehmen wächst. Der Bedarf an Kühlung, um ein angenehmes Arbeitsumfeld zu schaffen, steigt aufgrund des Klimawandels und steigender Temperaturen. Laut einer Studie der Internationalen Energieagentur (IEA) zur weltweiten Raum- und Gewerbeklimatechnik wird die Anzahl der bis zum Jahr 2050 in Haushalten und Gewerbebetrieben betriebenen Klimaanlagen bei rund 5,6 Milliarden liegen. Im Jahr 2016 waren global etwa 1,62 Milliarden Klimageräte im Einsatz. Der Betrieb dieser Geräte erforderte jährlich rund 2.000 Milliarden Kilowattstunden an elektrischer Energie. Der Betrieb der Anlagen belastet die Umwelt jährlich mit 1.130 Millionen Tonnen Kohlendioxid.

Kalt- und Warmgangeinhausungen mit Komponenten von SCS FACO bieten eine effiziente und zukunftssichere Erweiterung zu herkömmlichen Klimaanlagen für Serverräume. SCS FACO Warm- und Kaltgangsysteme unterstützen eine energieeffiziente Luftführung, die für konstante Temperaturen im Serverraum sorgt. Die Kaltgang-Einhausung auf serverroom-security.com hält die kalte Luft dort, wo sie benötigt wird und kühlt die Server optimal. Die Kaltgang-Einhausung von SCS FACO ist mit CAC-Türen ausgestattet, um zu verhindern, dass die durch den Boden einströmende Kaltluft in den Serverraum entweicht. Die SCS FACO Warmgangeinhausung führt warme Luft, die von den Servern in den dazwischenliegenden Gang geblasen wird, über einen Kamin nach oben ab. Die gezielte Luftführung verhindert die Entstehung von Hotspots und stellt die Kühlung der empfindlichen Servermodule sicher.

Der Artikel bietet eine umfassende Übersicht über den Einsatz von Klimaanlagen in Serverräumen. Neben der Funktionsweise werden die Vor- und Nachteile von Klimaanlagen detailliert erörtert und alternative Kühlsysteme für Server mit Komponenten von SCS FACO vorgestellt.

Was ist eine Klimaanlage für einen Serverraum?

Eine Klimaanlage für einen Serverraum ist ein Kühlsystem zur Aufrechterhaltung einer konstanten und optimalen Temperatur in einem Serverraum. Server erzeugen konstant Wärme. Eine kontinuierliche Kühlung ist erforderlich, um eine Überhitzung zu vermeiden, die zu Hardwareausfällen oder Datenverlust bei Servern führt.

Es gibt zwei Haupttypen von Klimageräten: Monoblock und Multisplit Klimageräte. Monosplit Klimageräte bestehen aus einer Außeneinheit und einer Inneneinheit, die durch Kältemittelleitungen miteinander verbunden sind. Das Kältemittel zirkuliert, transportiert die Wärme nach außen und führt die gekühlte Luft zum Innengerät zurück. Im Außengerät wird das Kältemittel durch den Kompressor verdichtet und die Raumluft gekühlt. Monosplit Geräte sind nicht erweiterbar. 

Multisplit Klimageräte bieten eine umfassende Klimatisierung für mehrere Räume in einem Gebäude. Sie bestehen aus einer Außeneinheit, die mit mehreren Inneneinheiten verbunden ist. Diese Inneneinheiten können in verschiedenen Räumen installiert werden. Multisplit Klimageräte werden zum Kühlen, Heizen und zur Regulierung der Luftfeuchtigkeit eingesetzt. 

Die Geschichte der Klimatisierung hat ihren Ursprung im antiken Rom. Aquädukte waren nicht nur zur Bewässerung und Trinkwasserversorgung, sondern auch zur Kühlung von Gebäuden im Einsatz. Das Wasser aus den Aquädukten wurde über Rohrleitungen in die Gebäude geleitet, wo es Wände und Böden kühlte und so für angenehme Temperaturen sorgte. 

Die erste Klimaanlage wurde 1902 von Willis Carrier erfunden. Er entwickelte für eine Druckerei in New York eine innovative Maschine zur Regulierung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Die von Carrier modifizierte Heizungsanlage leitete die Luft durch wassergekühlte Rohre, wodurch eine Senkung der Temperatur sowie eine Kontrolle der Luftfeuchtigkeit erzielt wurde.

Die Klimatisierung von Serverräumen mit herkömmlichen Klimaanlagen steht zunehmend in der Kritik, weil diese Systeme oft ineffizient und umweltschädlich sind. Klimaanlagen tragen maßgeblich zu den globalen Treibhausgasemissionen bei, die auf 3,9 Prozent geschätzt werden. Rund 10 Prozent des globalen Stromverbrauchs werden durch Klimageräte generiert. Dies zeigte eine Studie des National Renewable Energy Laboratory. 

Die Funktionsweise von Klimaanlagen in Serverräumen verläuft in mehreren Phasen und ist abhängig vom ausgewählten Kühlgerät.

Wie funktioniert eine Klimaanlage in einem Serverraum?

Die Klimaanlage in einem Serverraum funktioniert durch den Transport von Wärmeenergie. Die Technik der Klimageräte basiert auf einem geschlossenen Kältekreislauf. Die Kühlung des Serverraums und aller IT-Geräte erfolgt durch Wärmeabfuhr nach außen bei gleichzeitiger Rückführung der gekühlten Luft in den Raum. 

Die wichtigste Funktion einer Klimaanlage ist das Kühlen der Luft. Der Transport der Wärme aus dem Raum nach außen wird durch einen Kältemittelkreislauf gewährleistet. Wärmeenergie wird nach außen abgeführt und gekühlte Luft in den Raum zurückgeführt. Die Verbindung zwischen dem Innen- und dem Außengerät der Anlage erfolgt über Leitungen, die ein spezielles Kältemittel enthalten. 

Das Kältemittel der Klimaanlage gelangt in flüssigem Zustand in den zu kühlenden Innenraum und durchströmt den Verdampfer. Der Verdampfer wirkt als Wärmetauscher und gibt die Wärme der Umgebungsluft an das Kältemittel ab. Dabei ändert das Kältemittel seinen Aggregatzustand in den gasförmigen Zustand und verdampft. Durch den Temperaturunterschied zwischen Luft und Kältemittel bildet sich am Wärmetauscher Kondensat. Gleichzeitig wird die Luft im Serverraum entfeuchtet. Der Kompressor verdichtet das gasförmige Kältemittel und reagiert mit einer weiteren Temperaturerhöhung. Im nächsten Schritt durchströmt das gasförmige Kältemittel den so genannten Verflüssiger. Der Wärmetauscher gibt die Wärmeenergie des Kältemittels an die Außenluft ab. Ein Ventilator sorgt mit seinem Luftstrom für einen effizienten Wärmeaustausch. Der Serverraum kühlt sich ab.

Entscheidende Faktoren für die Klimatisierung von Serverräumen sind eine konstante Kühlleistung, der Schutz von Investitionen und die Betriebssicherheit. Dauerhaft hohe Temperaturen stellen eine erhebliche Belastung für IT-Geräte dar. Bereits ein Temperaturanstieg von 10 °C führt zu einer verkürzten Lebensdauer. Eine energieeffiziente Kühlung in Serverräumen sorgt für einen störungsfreien Betrieb im System und schützt IT-Geräte vor Überhitzung und Datenverlust.

Ein zu heißer Raum kann die Lebensdauer der IT-Geräte verkürzen und das Risiko von Ausfällen erhöhen. Eine zu niedrige Temperatur hingegen führt zu Energieverschwendung, da die Kühlung intensiver arbeitet. Die optimale Temperatur im Serverraum ist daher von entscheidender Bedeutung, um eine ideale Luftzirkulation und Feuchtigkeitskontrolle zu gewährleisten.

Welche Temperatur sollte im Serverraum herrschen?

Im Serverraum sollte eine Temperatur zwischen 20 und 27 Grad herrschen. Laut einer Studie der Polytechnischen Universität Hongkong liegt die Serverraumtemperatur in den meisten Betrieben zwischen 20 und 25 Grad. Mehr als ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs im Betrieb entfällt auf die notwendige Klimatisierung.

Serverräume heizen ohne Klimatisierung schnell auf über 40 Grad auf. Hohe Temperaturen lassen elektronische IT-Geräte altern und verkürzen deren Lebensdauer. Bereits eine Raumtemperatur von 30 Grad Celsius kann zu Ausfällen der Hardware führen. 

Serverräume sind mit einer Vielzahl an empfindlichen IT-Geräten ausgestattet, deren störungsfreier Betrieb maßgeblich von der Einhaltung bestimmter Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte abhängig ist. Bei unzureichendem Wärme- und Luftaustausch kann es zu einer Überhitzung des Raums kommen, wodurch die Kühlung des Serverraums zur wichtigsten Maßnahme wird.

Eine ausreichende Klimatisierung im Serverraum ist von enormer Wichtigkeit, um die Funktionalität der dort installierten Hardware sicherzustellen. Die Temperatur sollte insbesondere an heißen Tagen sorgfältig überwacht werden, da die Hardware empfindlich auf extreme Temperaturen reagiert. 

Die Berechnung der für einen Serverraum erforderlichen Klimatisierung erfolgt durch die Bestimmung der Kühlleistung, mit der die von Servern und anderen Geräten erzeugte Wärme abgeführt wird.

Wie berechnet man die richtige Klimaanlage für einen Serverraum?

Die richtige Klimaanlage für einen Serverraum berechnet sich aus der Raumgröße in Quadratmetern multipliziert mit 60 Watt (wenig Sonne und gute Isolierung) oder 100 Watt (viel Sonne und schlechte Isolierung). Für eine Raumfläche von 50 m² gilt: 50 m² x 100 Watt. Die Kühlleistung der Klimaanlage beträgt 5.000 Watt.

Die Kühlleistung der Klimaanlage wird in Watt oder kWh und BTU/h (British Thermal Unit), also der Kühlleistung pro Stunde, angegeben. 1.000 BTU entsprechen 293 Watt. Eine weitere Berechnungsvariante für die Kühlleistung der Klimaanlage ist die Multiplikation der Kubikmeterzahl des Raumes mit 40 Watt. Wenn ein 50 m² großer Raum 3 m hoch ist, ergeben sich 50 m² x 3 m x 40 W = 6.000 W oder 6 kW. Die tatsächliche Abwärme der Klimaanlage variiert je nachdem, wie der Server ausgelastet ist.

Die Installation und Inbetriebnahme einer Klimaanlage in einem Serverraum ist mit einigen Vorteilen, jedoch auch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden.

Vor- und Nachteile von Klimaanlagen in Serverräumen

Eine Klimaanlage im Serverraum bietet einige Vorteile wie Temperaturkontrolle, Schutz der Hardware, konstante Leistung der IT-Ausrüstung und Kontrolle der Luftfeuchtigkeit. Die Nachteile der Klimatisierung sind hohe Energiekosten, Abhängigkeit vom Betrieb der Klimaanlage, hohe Umweltbelastung und hoher Platzbedarf.

Was sind Vorteile der Klimaanlage im Serverraum?

Die wichtigsten Vorteile der Klimaanlage im Serverraum sind die zuverlässige Kontrolle von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Eine Klimaanlage sichert die Betriebssicherheit der Server und verlängert die Lebensdauer der Hardware. 

Die wichtigsten Vorteile der Klimaanlage im Serverraum sind in der folgenden Liste zusammengefasst.

1. Optimale Temperaturkontrolle: Server erzeugen eine erhebliche Menge an Wärme. Eine Klimaanlage gewährleistet die Aufrechterhaltung einer optimalen Temperatur, um eine Überhitzung der Geräte zu verhindern, die zu Ausfällen oder Schäden führt.
2. Schutz der Hardware: Durch die Aufrechterhaltung einer stabilen und kühlen Umgebungstemperatur reduziert eine Klimaanlage die Belastung der Hardwarekomponenten. Zu hohe Temperaturen führen zu Serverausfällen, Datenverlusten und Betriebsunterbrechungen. Eine Klimaanlage minimiert dieses Risiko.
3. Konstante Leistung: Arbeiten Server in einer überhitzten Umgebung, werden sie langsamer oder stürzen ab. Eine Klimaanlage sorgt für eine maximale Leistung der IT-Komponenten. Die Kühlung in einem Serverraum ist für einen 24-Stunden-Betrieb ausgelegt, um die Betriebssicherheit der Server jederzeit zu gewährleisten.
4. Kontrolle der Luftfeuchtigkeit: Eine Klimaanlage dient nicht nur der Temperaturregelung, sondern auch der Regulierung der Luftfeuchtigkeit. Zu hohe Luftfeuchtigkeit führt zu Kondensation und Korrosion, zu niedrige Luftfeuchtigkeit zu statischer Aufladung, die elektronische Bauteile beschädigt.

Neben den Vorteilen weist die Kühlung eines Serverraums mit einer Klimaanlage auch einige Nachteile auf.

Was sind Nachteile der Klimaanlage im Serverraum?

Die wichtigsten Nachteile der Klimaanlage im Serverraum sind die hohen Energiekosten, die betriebliche Abhängigkeit von der Klimaanlage, die extreme Umweltbelastung und der große Platzbedarf für die Installation der Klimaanlage. 

Die Nachteile der Klimaanlage im Serverraum sind in der folgenden Liste zusammengefasst.

1. Hohe Energiekosten: In Serverräumen und Rechenzentren sind Klimaanlagen 24 Stunden am Tag in Betrieb. Der konstante Betrieb der Maschinen führt zu einem hohen Energieverbrauch und zu hohen Stromkosten.
2. Abhängigkeit von der Klimaanlage: Bei einem Ausfall der Klimaanlage besteht das Risiko einer Überhitzung der Server, was zu kostspieligen Ausfällen führt. In vielen Fällen ist die Installation eines Notfallsystems erforderlich, um die Schädigung der Hardware im Notfall auszuschließen. Eine Backup-Lösung bedeutet eine weitere Investition. 
3. Umweltbelastung: Der hohe Energieverbrauch von Klimaanlagen trägt zur Umweltbelastung bei, insbesondere wenn der Strom aus erneuerbaren Energiequellen stammt. Einige Klimaanlagen verwenden zudem umweltschädliche Kältemittel. Nach Analysen der Internationalen Energieagentur (IEA) hat sich die Energieeffizienz von Klimaanlagen in den letzten 20 Jahren jedoch um ca. 50 % verbessert. 
4. Platzbedarf: Klimaanlagen benötigen Platz für die Installation. Auch Lüftungskanäle und Außengeräte benötigen zusätzlichen Raum. In kleinen Unternehmen und Serverräumen führt die Installation zu Platzproblemen.

Die Kosten für die Klimatisierung des Serverraums hängen von verschiedenen Faktoren ab und müssen daher individuell berechnet werden.

Was kostet eine Klimaanlage für einen Serverraum?

Eine Klimaanlage für einen Serverraum kostet zwischen 450 und 4500 Euro. Die finalen Kosten für die Klimatisierung eines Serverraums variieren und hängen von verschiedenen Faktoren wie Raumgröße, Anzahl der Server, erforderlicher Kühlleistung, Energieeffizienz und spezifischen Anforderungen an die Klimatisierung ab.

Mobile Klimageräte sind die kostengünstigste, aber auch die ineffizienteste Kühlvariante, einen Raum zu klimatisieren. Mobile Geräte verschwenden viel Energie, da die warme Abluft durch einen Tür- oder Fensterspalt entweicht. Split-Klimageräte arbeiten deutlich effizienter und eignen sich besser für die Klimatisierung einzelner Räume. Die Anschaffungskosten sind jedoch deutlich höher als bei mobilen Klimageräten.

Klimaanlagen sind eine effektive und zuverlässige Methode zur Kühlung von Servern und bieten viele Vorteile. Je nach Anwendungsbereich sind andere Kühlmethoden jedoch deutlich effizienter.

Alternative zu Klimaanlagen in Serverräumen: Kaltgang- und Warmgangsysteme mit Komponenten von SCS FACO

Die Kalt- und Warmgangsysteme mit Komponenten von SCS FACO bieten eine innovative und fortschrittliche Alternative zur Klimaanlage für Serverräume. Die konsequente Luftführung und die sichere Trennung von Kalt- und Warmluft garantieren eine konstante Kühlung der Serverräume ohne Gefahr von Überhitzung und Datenverlust.

Die Kalt- und Warmgangsysteme von SCS FACO auf der Internetseite serverroom-security.com ermöglichen im Vergleich zu herkömmlichen Klimaanlagen eine flexible Anpassung an nahezu alle Serverschranksysteme. Die Kaltgang-Einhausung von SCS FACO führt die Kaltluft gezielt zu den Racks und hält die Kaltluft konstant, wodurch die Energieeffizienz gesteigert wird. Das modulare System von SCS FACO auf serverroom-security.com passt sich den individuellen Anforderungen der verschiedenen Serverräume an, ermöglicht eine gleichmäßige Luftverteilung im gesamten Kaltgang und einen energiesparenden Betrieb. Wärmenester und Warmluftrückführung werden vermieden. Die Kaltgangeinhausung verfügt über ein transparentes CAC-Dachsystem aus Makrolon oder Exolon. Die Bauhöhe von 150 mm ermöglicht eine vereinfachte Integration bereits bestehender Brandschutzsysteme. Die CAC-Türsysteme von SCS FACO verschließen die Kaltgangeinhausung und halten die kühle Luft im Inneren. Die Schiebetüren sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, darunter selbstschließend, manuell schließend, freilaufend oder synchron laufend. 

Das SCS FACO Warmgangsystem ermöglicht eine gezielte Luftführung und leitet warme Luft vom Gang zwischen den Servern über einen Kamin ab. Der systematische Lufttransport sorgt für eine konsequente Ableitung der Warmluft, verhindert die Bildung von Hotspots und sichert die Kühlung der sensiblen Servermodule. Warmgangeinhausungen steigern die Kühleffizienz und reduzieren den Energiebedarf nachhaltig. Die modulare und vollständig zerlegbare Bauweise ermöglicht eine die Anpassung an unterschiedliche Räumlichkeiten. Unsere Warmgangsysteme werden nach der HAC-Kaminbauweise gefertigt. Die Kaminelemente von SCS FACO passen zu allen Schranksystemen und sind auch als freistehende Ganglösung lieferbar. Der Kamin des Warmgangsystems ist aus Stahl, Makrolon oder Exolon gefertigt. HAC-Türsysteme von SCS FACO sind in selbstschließender oder manuell schließender Ausführung mit Freilauf oder Synchronlauf verfügbar.