Luftführung im Rechenzentrum

Warum ist eine gezielte Luftführung im Rechenzentrum wichtig?

Eine gezielte Luftführung im Rechenzentrum ist wichtig, weil sie das Überhitzungsrisiko reduziert und dabei hilft, die Wärmelast moderner Server Racks sicher zu bewältigen. 

Eine gezielte Luftführung im Rechenzentrum trägt dazu bei, Hotspots zu vermeiden. Ohne konsequentes Luftstrommanagement nimmt mit steigender Packungsdichte, variierenden Auslastungsprofilen und unterschiedlichen Gerätegenerationen die Wahrscheinlichkeit für Hotspots zu. Hotspots entstehen dort, wo Kaltluft nicht in ausreichender Menge an der Gerätefront ankommt oder warme Abluft wieder in den Kaltluftbereich gelangt. Die schlimmsten Folgen mangelhafter Luftführung sind unter anderem Performanceeinbußen durch thermisches Throttling und ungeplante Serverausfälle, die Verfügbarkeits- und Kostenrisiken nach sich ziehen.

Die Luftführung unterstützt den Schutz vor Kondensation und elektrostatischen Entladungen (ESD). Eine relative Luftfeuchtigkeit von etwa 40-60 % reduziert das ESD Risiko und hilft dabei, Kondensation zu vermeiden. Laut ASHRAE-Leitlinien sind stabile Umgebungsbedingungen eine wesentliche Voraussetzung für einen zuverlässigen Rechenzentrumsbetrieb. Eine durchdachte Luftführung unterstützt diese Stabilität, weil sie abrupte lokale Temperatur- und Feuchteschwankungen minimiert und damit die Lebensdauer sensibler Hardware erhöht.

Eine gezielte Luftführung verbessert die IT-Performance. IT-Komponenten arbeiten in einem thermisch günstigeren Bereich, wenn kühle, stabile Temperaturen  unter 27°C eingehalten werden. Das reduziert Stress für Lüfter, Netzteile und andere Bauteile und trägt zu einem funktionalen Betrieb bei.  

Die gezielte Luftführung verbessert die Energieeffizienz, denn Kühlung macht in Rechenzentren bis zu 40 % des Gesamtenergiebedarfs aus. Je konsequenter Warm- und Kaltluft getrennt werden, desto effizienter wird die vorhandene Kühlleistung genutzt.

Wie kann man eine effiziente Luftführung im Rechenzentrum erreichen?

Eine effiziente Luftführung im Rechenzentrum erreicht man, indem man konsequent für eine strikte Lufttrennung zwischen Kalt- und Warmluft sorgt.

Durch Luftstrommanagement wird verhindert, dass sich die warme Abluft der Server mit der gekühlten Zuluft vermischt. Jede Vermischung erhöht die Temperatur der Zuluft, reduziert die nutzbare Temperaturdifferenz und zwingt das Gesamtsystem zu höherem Energieeinsatz, um die gleiche IT-Last sicher zu kühlen. Ein gezieltes Luftstrommanagement sorgt dafür, dass Kaltluft gezielt zur Gerätefront gelangt und Warmluft zuverlässig aus dem Abluftbereich abgeführt wird. Durch die Trennung von Kalt- und Warmluft ergibt sich in der Regel ein erhebliches Einsparpotenzial bei den Betriebskosten, weil die Kühlung effizienter arbeitet und weniger Reserveleistung erforderlich ist.

Für eine effiziente Luftführung im Rechenzentrum ist es erforderlich, Luftwege zu planen, Abschottungen dicht auszuführen und typische Leckagepunkte konsequent zu reduzieren (beispielsweise durch Blindpaneele). Blindpaneele schließen leere Höheneinheiten im Rack und verhindern, dass warme Luft im Rack zu den Serverfronten strömt oder Kaltluft unkontrolliert nach hinten entweicht. Voraussetzung dazu ist, dass die bauliche Umgebung die Trennung unterstützt, etwa durch eine passende Anordnung der Rackreihen im Kaltgang/Warmgang-Prinzip und durch Luftleitelemente, die die gewünschte Strömungsrichtung stabilisieren.

Eine effiziente Luftführung im Rechenzentrum lässt sich durch Temperatursensoren unterstützen. Temperatursensoren, die beispielsweise in Bodenplatten angebracht und mit einem Kontrollsystem verbunden sind, ermöglichen es, Temperaturverläufe im Kalt- und Warmbereich nachvollziehbar zu machen. Das System passt die Drehzahl von Ventilatoren an, wenn zu niedrige oder zu hohe Temperaturen erkannt werden. Solche Regelmechanismen unterstützen eine gleichmäßige Versorgung und helfen dabei, eine unnötige Überkühlung zu vermeiden, was wiederum die Effizienz des Gesamtsystems positiv beeinflusst.

Welche Luftleitsysteme gibt es für Rechenzentren?

Für Rechenzentren gibt es verschiedene Luftleitsysteme, wie zum Beispiel In-Rack-Luftverteilsysteme, Doppelböden mit Ventilatoren sowie Kaltgang- und Warmgangeinhausungen. Die Luftleitsysteme werden je nach Gebäudestruktur, Leistungsdichte und Betriebsanforderung miteinander kombiniert oder schrittweise ausgebaut.

In-Rack-Luftverteilsysteme zielen darauf ab, Strömungsverluste und Kurzschlüsse innerhalb der Rackstruktur zu reduzieren. Dazu werden Blindpaneele eingesetzt. Blindpaneele optimieren  die Luftzirkulation im Rack durch das Schließen ungenutzter Rackbereiche. Dadurch wird verhindert, dass sich warme und kalte Luft innerhalb des Racks vermischt, was die Wirksamkeit der Front-zu-Heck-Kühlung der Server direkt unterstützt.

Der Doppelboden ist ein verbreitetes Luftleitsystem in Rechenzentren. Ein Doppelboden schafft einen Hohlraum über dem Rohfußboden, über den Kaltluft gezielt zu den Server Racks geführt wird. Über dieses System lässt sich die Zuluft räumlich verteilen, ohne dass sie sich im gesamten Raum unkontrolliert ausbreitet. Ventilatoren verteilen die gekühlte Luft im Doppelboden und stabilisieren die Versorgung in Bereichen mit höherer Last. 

Die effektivste Methode zur Trennung von Kalt- und Warmluft sind Kaltgang- und Warmgangeinhausungen, auch als Hot Aisle / Cold Aisle Containment bezeichnet. Dabei werden Kalt- oder Warmgänge durch Türen, Paneele und Dachelemente physisch vom restlichen Serverraum getrennt. Der Vorteil von Gangeinhausungen liegt in der Konsequenz der Lufttrennung. Kaltluft bleibt dort, wo sie gebraucht wird, und Warmluft wird gesammelt und gezielt abgeführt, statt sich im Raum zu verteilen und die Zuluft zu erwärmen. Die Trennung zwischen Kalt- und Warmluft erleichtert stabile Temperaturbedingungen an der Gerätefront und erhöht die Effizienz der Kühlung, weil Mischluftzonen deutlich reduziert werden.

Gangeinhausungen von SCS FACO

SCS FACO fertigt individuell konfigurierbare Gangeinhausungen für Rechenzentren aller Art und jeder Größenordnung. 

Die Komponenten werden individuell auf CNC-Maschinen gefertigt, was eine passgenaue Umsetzung auch bei komplexen Raumgeometrien, variierenden Rackhöhen oder besonderen Zugangsanforderungen unterstützt. Ziel der Einhausung ist eine abdichtende Bauweise, die die Luftführung planbar macht und die strikte Trennung von Warm- und Kaltluft zuverlässig ermöglicht.

Bei Warmgangeinhausungen von SCS FACO kommen hochwertige Paneele und Türen aus pulverbeschichtetem Stahl zum Einsatz. Die HAC Dachelemente sowie Sichtfenster aus Exolon sind darauf ausgelegt, den Warmgang sauber zu schließen, ohne die erforderliche Einsicht und Zugänglichkeit zu beeinträchtigen. Durch die gezielte Luftführung einer dicht ausgeführten Einhausung wird die Warmluft aus dem Warmgang kontrolliert über einen Schacht abgeführt, wodurch sie sich nicht in angrenzenden Bereichen mit der Kaltluft vermischt. Das unterstützt ein stabiles Temperaturniveau an den Servereinlässen und reduziert die Wahrscheinlichkeit von Hotspots, die häufig aus Rückströmungen warmer Abluft entstehen.

Kaltgangeinhausungen von SCS FACO verfügen über spezielle CAC Dachsysteme und einen erhöhten Aufbau um 150 mm. Diese erhöhte Bauweise ist ein funktionaler Vorteil, weil sie zu einer gleichmäßigeren Luftverteilung im Kaltgang beiträgt. In der Konsequenz wird kalte Luft gezielt den Servern zugeführt und vermischt sich nicht mit der warmen Abluft aus dem Warmbereich.