Kühlluftführung Doppelboden: Effiziente Kühlung durch gezielte Luftführung

Warum ist die Kühlluftführung im Doppelboden wichtig?

Die Kühlluftführung im Doppelboden ist wichtig, um Belüftung und Kühlung zu verbessern und die Energieeffizienz zu steigern.

Die Kühlluftführung ist wichtig, um  Bypass Luft zu verhindern. Bypass Luft entsteht durch das Entweichen gekühlter Luft durch Lücken, undichte Kabeldurchführungen oder falsch platzierte Lüftungsgitter, bevor sie den Kaltgang und damit die Ansaugseite der Server erreicht. Die Kühlleistung verpufft wirkungslos im Raum. Abgedichtete Kabeldurchführungen und korrekt positionierte Lüftungsgitter verhindern das unkontrollierte Entweichen der Luft und stellen sicher, dass die gesamte gekühlte Luft dort ankommt, wo sie gebraucht wird.

Eine optimierte Kühlluftführung wirkt sich unmittelbar auf den PUE-Wert eines Rechenzentrums aus. Wenn kalte Luft auf direktem Weg zu den Servern gelangt, reduzieren die Klimageräte ihre Ventilatordrehzahl und fördern dennoch ausreichend Luft zu den Racks. Die niedrige Ventilatordrehzahl senkt den Energieverbrauch der Kühlung erheblich und verbessert das Verhältnis von Gesamtenergieverbrauch zu IT-Nutzlast.

Die Kühlluftführung im Doppelboden unterstützt das Quellluftprinzip. Kalte Luft ist dichter und schwerer als warme Luft. Sie strömt von unten durch die Gitterplatten in den Kaltgang und wird dort von den Servern angesaugt. Die erwärmte, leichtere Luft steigt anschließend nach oben und wird abgeführt. Dieses physikalische Prinzip sorgt für eine natürliche und effiziente Luftschichtung, die durch eine gezielte Luftführung im Doppelboden optimal nutzbar ist.

Wie funktioniert die Kühlluftführung durch den Doppelboden?

Die Kühlluftführung durch den Doppelboden funktioniert durch Ventilatoren, die Kühlluft gezielt in den Doppelboden und dann später in  den Kaltgang einblasen. 

Die Kühlluftführung beginnt durch das Einblasen und den Druckaufbau. CRAC- oder CRAH-Geräte kühlen die Raumluft herunter, und ihre integrierten Ventilatoren blasen die gekühlte Luft in den Hohlraum des Doppelbodens. Dort baut sich ein statischer Überdruck auf, der als treibende Kraft für die gleichmäßige Verteilung der Kaltluft dient.

Nach dem Einblasen der Kühlluft erfolgt der gezielte Austritt der Kaltluft im Kaltgang. Der Doppelboden ist grundsätzlich geschlossen, sodass die Luft nicht unkontrolliert in den Raum entweicht. In den Kaltgängen, also den Bereichen zwischen den Frontseiten der Serverschränke, werden spezielle Lüftungsgitter eingesetzt. Der Überdruck im Doppelboden in Kombination mit den Ventilatoren befördert die kalte Luft nach oben durch die Luftgitter. Der Luftdurchsatz lässt sich dabei über die Lochung der Gitterplatten individuell regulieren, sodass jeder Bereich exakt die benötigte Luftmenge erhält.

Die Kaltluft durchströmt mithilfe gezielter Kühlluftführung die Server horizontal von der Frontseite zur Rückseite. Dabei nimmt die Luft die Abwärme der IT-Komponenten auf, darunter CPUs, GPUs und Netzteile. Die heiße Abluft wird über die Rückseite der Serverschränke in den Raum geleitet und dort abgesaugt, um dem Kühlkreislauf erneut zugeführt zu werden.

Damit die Kühlluftführung im Doppelboden zuverlässig funktioniert, ist es notwendig, Kabeldurchführungen konsequent abzudichten. Undichte Kabeldurchführungen gehören zu den häufigsten Ursachen für Bypass-Luft und beeinträchtigen die gleichmäßige Kühlung erheblich.

Welche Möglichkeiten der Kühlluftführung im Doppelboden gibt es?

Luftleitbleche und Lüftungsgitter sind die wichtigsten Möglichkeiten zur Kühlluftführung im Doppelboden. 

Luftleitbleche

Luftleitbleche im Doppelboden sind vertikal installierte physische Barrieren aus Metall, die unterhalb der Doppelbodenplatten montiert werden. 

Luftleitbleche bilden klar definierte Kanäle im Doppelboden, die Luftströmungen in ungenutzte Raumbereiche blockieren und die Kaltluft gezielt in die Kaltgänge leiten. Der wesentliche Vorteil von Luftleitblechen ist die Vermeidung von Hotspots. Hotspots treten insbesondere bei Racks auf, die weit von den Klimageräten positioniert sind. Durch die Kanalisierung der Strömungsräume wird die gekühlte Luft gleichmäßig verteilt, unabhängig von der Entfernung zum Kühlgerät. Die optimale Platzierung der Luftleitbleche erfordert fundiertes Wissen um die Strömungsdynamik im Doppelboden, da eine fehlerhafte Positionierung den gewünschten Effekt verringert.

Lüftungsgitter

Lüftungsgitter sind perforierte Bodenplatten, die im Kaltgang vor den Ansaugseiten der Serverschränke eingesetzt werden. Sie stellen sicher, dass die gekühlte Luft aus dem Doppelboden kontrolliert und in der richtigen Menge austritt.

Es gibt passive und aktive Lüftungsgitter. Passive Gitter verfügen über manuell verschiebbare Schiebeklappen, mit denen das Luftvolumen reguliert wird. Sie bieten eine einfache und wartungsarme Möglichkeit, den Kaltluftstrom an die Anforderungen einzelner Racks anzupassen. Aktive Gitter sind mit integrierten, sensorgesteuerten Ventilatoren ausgestattet. Sie messen die Temperatur an den Racks und saugen bei Lastspitzen automatisch zusätzliche Luft aus dem Doppelboden an.

Der Vorteil von Lüftungsgittern ist die feine Regelung der Kaltluftzufuhr pro Rack. Aktive Gitter eignen sich dabei besonders für High-Density-Racks, bei denen punktuelle Hitzespitzen auftreten und abgefangen werden müssen. Auf der anderen Seite benötigen aktive Lüftungsgitter eine eigene Stromversorgung und verursachen zusätzlichen Wartungsaufwand. Falsch eingestellte Klappen verändern den statischen Druck im Doppelboden und beeinflussen schlimmstenfalls damit die Luftversorgung benachbarter Gitter negativ. Eine sorgfältige Einstellung und regelmäßige Überprüfung sind daher unerlässlich.

Gezielte Kühlluftführung mit Kaltgangeinhausungen und Warmgangeinhausungen von SCS FACO

SCS FACO bietet individuelle Kaltgangeinhausungen und Warmgangeinhausungen, die eine gezielte Kühlluftführung ermöglichen.

Bei einer Kaltgangeinhausung (Cold Aisle Containment, CAC) wird der Bereich zwischen den Frontseiten der Serverschränke komplett eingehaust. Die gekühlte Luft aus dem Doppelboden gelangt ausschließlich in diesen abgeschlossenen Kaltgang, während die Warmluft über die Rückseite der Server ungehindert in den Raum entweicht. Die Kaltgangeinhausungen von SCS FACO werden passgenau per CNC gefertigt und verfügen über lichtdurchlässige Dachsysteme sowie Schiebetüren mit Soft-Close-Selbsteinzug, die einen komfortablen Zugang gewährleisten.

Bei einer Warmgangeinhausung (Hot Aisle Containment, HAC) wird der Gang zwischen den Rückseiten der Serverracks eingehaust. Die warme Abluft wird über Kaminelemente aus verzinktem oder pulverbeschichtetem Stahl gesammelt und in eine abgehängte Decke abgeleitet. Der restliche Raum bleibt dadurch kühl und steht als Kaltluftreservoir zur Verfügung.

Die Gangeinhausungen von SCS FACO sind modular aufgebaut und herstellerunabhängig, sodass sie sich problemlos in heterogene Rack-Landschaften integrieren lassen. Eine lückenlose Abdichtung ist auch bei unterschiedlichen Rack-Höhen und -Tiefen möglich. Die Einhausungen lassen sich in Brandmeldeanlagen (BMA) integrieren, sodass im Brandfall die Türen automatisch öffnen und eine schnelle Löschmittelverteilung gewährleistet wird. In Kombination mit einer optimierten Kühlluftführung im Doppelboden bilden die Kaltgang- und Warmgangeinhausungen von SCS FACO ein ganzheitliches System, das die Kühleffizienz maximiert und die Betriebskosten des Rechenzentrums deutlich reduziert.