Luftleitsysteme | SCS FACO

Welche Luftleitsysteme gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Luftleitsystemen in Serverräumen. Die wichtigsten Luftleitsysteme sind Kaltgangeinhausungen und Warmgangeinhausungen.

Ergänzt werden die Kalt- und Warmgangeinhausungen durch Luftleitbleche, Blindpaneele und Bürstenleisten, die offene Bereiche innerhalb der Serverschränke oder an Kabeldurchführungen abdichten. Gemeinsam sorgen diese Komponenten dafür, dass kalte und warme Luft nicht unkontrolliert zirkulieren oder sich vorzeitig vermischen.

Ohne die Trennung von Kalt- und Warmluft gelangt bereits erwärmte Abluft erneut an die Vorderseiten der Server. Dadurch steigt die Ansaugtemperatur der Hardware, während Klimageräte mehr Energieaufwand benötigen, um die erforderlichen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Eine durchdachte Einhausung unterbindet diese thermischen Kurzschlüsse und verbessert die planbare Verteilung der Kühlluft.

Das grundlegende Ziel von Kalt- und Warmgangeinhausungen ist identisch. Kalte Zuluft und warme Abluft werden durch eine Einhausung strikt getrennt. Der entscheidende Unterschied zwischen einer Kalt- und einer Warmgangeinhausung liegt darin, welcher Bereich eingehaust wird. Bei einer Kaltgangeinhausung bleibt die gekühlte Luft innerhalb des abgeschlossenen Ganges. Bei einer Warmgangeinhausung wird dagegen die heiße Serverabluft erfasst und kontrolliert zu den Kühlgeräten zurückgeführt.

In den folgenden Abschnitten beschreiben wir die Funktionsweise von Kalt- und Warmgangeinhausungen im Detail.

Kaltgangeinhausungen

Eine  Kaltgangeinhausung, auch Cold Aisle Containment (CAC) genannt, schließt die kalte Luft innerhalb eines Ganges ein. 

Bei einer Kaltgangeinhausung werden 2 gegenüberstehende Rackreihen so angeordnet, dass ihre Vorderseiten zueinander zeigen. Der Zwischenraum bildet den Kaltgang. Ein Kaltgangdach, Eingangstüren und Paneele aus Metall grenzen den Kaltgang gegenüber dem übrigen Serverraum ab.

Die gekühlte Luft wird bei einer Kaltgangeinhausung über einen Doppelboden zugeführt. Luftdurchlässige Bodenelemente leiten sie in den eingehausten Gang, wo sie bedarfsgerecht verteilt wird. Je nach Ausführung können integrierte Ventilatoren die Verteilung unterstützen. Die Server saugen die Kaltluft über ihre Rackvorderseiten an. Anschließend strömt sie durch die Geräte, nimmt die entstehende Wärme auf und tritt über die Rückseiten der Server wieder aus.

Die erwärmte Abluft gelangt bei einer Kaltgangeinhausung in den nicht eingehausten Bereich des Serverraums. Entscheidend ist, dass die erwärmte Luft nicht in den Kaltgang zurückströmt und dort die Ansaugtemperatur erhöht. Geschlossene Dach- und Türelemente sowie passend eingesetzte Paneele reduzieren diese unerwünschte Vermischung. Damit die Trennung wirksam bleibt, sind freie Höheneinheiten innerhalb der Racks und nicht abgedichtete Kabelöffnungen zu verschließen.

Kaltgangeinhausungen lassen sich einfach in bestehende Serverräume integrieren. Kaltgangeinhausungen sind sinnvoll, wenn bereits ein Doppelboden vorhanden ist, über den die Kaltluft zuverlässig zuführbar ist. Da kein spezielles Deckensystem zur Erfassung der warmen Abluft benötigt wird, sind Kaltgangeinhausungen häufig für Retrofit Projekte und Bestandsrechenzentren geeignet.

Ein Nachteil von Kaltgangeinhausungen ist, dass sich die nicht eingehausten Bereiche erwärmen. Außerhalb des Kaltgangs sind abhängig von Last und Anlagenkonzept Temperaturen von etwa 30 bis 35°C möglich. Hohe Temperaturen zwischen 30 und 35°C wirken sich auf die Arbeitsbedingungen für Personal aus und sind bei der betrieblichen Planung zu berücksichtigen. 

Warmgangeinhausungen

Bei einer Warmgangeinhausung, auch Hot Aisle Containment (HAC) genannt, wird die warme Abluft der Server im Warmgang eingeschlossen.

Die Racks sind bei Warmgangeinhausungen in Reihen angeordnet, wobei ihre Rückseiten zueinander ausgerichtet sind. Der Gang zwischen den Server Racks nimmt die Abwärme auf und wird durch ein HAC-Dachsystem, Türen und Metallpaneele vom übrigen Serverraum getrennt.

Die Server saugen die gekühlte Raumluft an ihren Vorderseiten an. Nachdem die kühle Luft die Hardware durchströmt hat, wird sie über die Rackrückseiten in den abgeschlossenen Warmgang abgegeben. Von dort wird die Warmluft über einen dafür vorgesehenen Schacht angesaugt beziehungsweise weitergeleitet. Eine Doppeldecke führt die Abluft anschließend kontrolliert zu den Kühlgeräten. Je nach Anlagenkonzept erfolgt die Rückführung der Warmluft beispielsweise zu CRAC- oder CRAH-Systemen.

Da die heiße Abluft im Warmgang eingeschlossen wird, erreicht diese die Wärmetauscher mit einer hohen und gleichmäßigen Rücklauftemperatur. Die hohe und gleichmäßige Rücklauftemperatur erhöht die Effizienz der Wärmetauscher, weil sich kalte und warme Luft auf dem Weg dorthin nicht unnötig vermischen. Der offene Bereich des Serverraums bleibt kühl, da sich die Abwärme innerhalb des Warmgangs befindet.

Warmgangeinhausungen setzen eine geeignete bauliche Infrastruktur für die Abluftführung voraus. Besonders bei Neubauten ist eine Doppeldecke von Beginn an einplanbar. Die Doppeldecke wird in der Planung genau auf die Wärmelasten des Rechenzentrums abgestimmt. Warmgangeinhausungen eignen sich aufgrund des Planungsaufwands vor allem für neue Rechenzentren und High Density Umgebungen mit leistungsstarken Servern und entsprechend hohen Wärmemengen.

Ein praktischer Vorteil der Warmgangeinhausung besteht darin, dass der offene Serverraum angenehm kühl bleibt. Das erleichtert den Aufenthalt des Personals außerhalb des eingehausten Warmgangs. Bei einem Ausfall einer Klimaanlage dient das größere Kaltluftvolumen des Serverraums als thermischer Puffer. Die Überhitzung der Server wird dadurch nicht verhindert, wird jedoch im Vergleich zu einem räumlich stark begrenzten Kaltluftvolumen verlangsamt. Das Vorbeugen von Überhitzung ist einer der Vorteile von Luftleitsystemen, die wir im folgenden Abschnitt beschreiben.

Welche Vorteile haben Luftleitsysteme?

Luftleitsysteme haben die Vorteile, dass sie ein kontrolliertes Innenraumklima unterstützen, den Luftstrom im Rechenzentrum strukturieren und thermische Kurzschlüsse reduzieren. Die konsequente Trennung warmer und kalter Luft verbessert die Versorgung der Hardware mit Kühlluft und ermöglicht einen effizienten Abtransport der von den Server Racks erzeugten Wärme.

Ein wesentlicher Vorteil von Luftleitsystemen ist die Luftstromoptimierung. Die gekühlte Luft wird nicht unkontrolliert im gesamten Raum verteilt, sondern gezielt zu den Frontseiten der Server Racks geführt. Die Abluft wird auf der warmen Seite gesammelt oder vom Kaltgang ferngehalten. Luftleitbleche und Blindpaneele verschließen freie Höheneinheiten, sodass die Luft möglichst durch die installierte Hardware und nicht durch ungenutzte Rackbereiche strömt.

Luftleitsysteme tragen zur Vermeidung von Hotspots bei, da sie die gleichmäßige Verteilung der Kaltluft unterstützen. Wenn sich warme Luft vor einzelnen Servern ansammelt oder bereits erwärmte Abluft erneut angesaugt wird, entstehen lokale Überhitzungen. Eine klare Luftführung verringert das Hotspot Risiko und erleichtert es, konstante Bedingungen an den Ansaugseiten der Geräte aufrechtzuerhalten.

Ein weiterer Vorteil von Luftleitsystemen in Rechenzentren ist die verbesserte Energieeffizienz. Wenn sich kalte und warme Luft nicht vermischen, ist es für Klimaanlagen möglich, weniger unnötig abgekühltes Luftvolumen bereitzustellen. Bei einer gezielten Kaltluftführung sind höhere Vorlauftemperaturen erreichbar, sofern die technischen und betrieblichen Rahmenbedingungen dies zulassen. Die Kühlung arbeitet durch die gezielte Kaltluftführung bedarfsgerechter, während die zulässigen Temperaturen der IT-Komponenten eingehalten werden.

Die verbesserte Energieeffizienz durch hochwertige Luftleitsysteme in Rechenzentren trägt zu signifikanten Kostenersparnissen bei. Da die Kühlung einen wesentlichen Anteil am Energiebedarf vieler Rechenzentren ausmacht, lassen sich der Energieverbrauch und die laufenden Betriebskosten durch eine optimierte Luftführung reduzieren. Die tatsächliche Einsparung hängt unter anderem von der vorhandenen Infrastruktur, der IT-Last, der Dichtheit der Einhausung und dem eingesetzten Kühlkonzept ab.

Diese Effizienzsteigerung durch gezielte Luftleitsysteme trägt dazu bei, den PUE-Wert des Rechenzentrums zu optimieren. Die Power Usage Effectiveness beschreibt das Verhältnis zwischen dem gesamten Energieverbrauch eines Rechenzentrums und dem Energiebedarf der eigentlichen IT-Systeme. Je weniger zusätzliche Energie unter anderem für die Kühlung benötigt wird, desto näher bewegt sich der PUE-Wert am theoretischen Idealwert von 1,0.

Die Luftqualität und die Stabilität der raumklimatischen Bedingungen profitieren von einer kontrollierten Luftführung. Die Abwärme wird gezielt abgeführt, während Temperatur und Luftfeuchtigkeit leichter auf einem konstanten Niveau gehalten werden. Damit tragen Luftleitsysteme zu geeigneten Betriebsbedingungen für die installierte Hardware und zu einem planbaren Rechenzentrumsbetrieb bei.

Luftleitsysteme von SCS FACO

SCS FACO bietet Luftleitsysteme, die individuell auf die spezifischen Anforderungen von Serverräumen und Rechenzentren ausgelegt werden. Zu unserem Angebot gehören Kaltgangeinhausungen, Warmgangeinhausungen sowie funktionale Komponenten wie Blindpaneele und Bürstenleisten. Der modulare Aufbau ermöglicht eine Anpassung an unterschiedliche Rackanordnungen, Raumhöhen, bauliche Besonderheiten und spätere Veränderungen der IT-Infrastruktur.

Die Kaltgangeinhausungen von SCS FACO bestehen aus präzise gefertigten Komponenten. Die Bauteile werden auf CNC-Maschinen hergestellt, wodurch sich passgenaue Lösungen für die jeweiligen Raumgegebenheiten realisieren lassen. Die CAC Dachsysteme werden aus Exolon gefertigt. Die Türen werden je nach Konfiguration selbstschließend oder manuell schließend sowie frei oder synchron laufend ausgeführt.

Für die Paneele unserer Einhausungen kommt pulverbeschichteter Stahl zum Einsatz. Die Farbgebung der Metalloberflächen ist individualisierbar und lässt sich beispielsweise an die Farbe der vorhandenen Serverschränke anpassen. Durch die modulare Konstruktion lassen sich die Kaltgangeinhausungen bei veränderten Anforderungen anpassen oder erweitern.

Unsere  Warmgangeinhausungen basieren auf robusten Materialien wie Stahl und Exolon. Die CNC-gefertigten Komponenten ermöglichen eine präzise Konfiguration für unterschiedliche räumliche Situationen. Türen werden manuell oder selbstschließend sowie frei oder synchron laufend ausgeführt. Beim Farbdesign sind individuelle Anpassungen an die Serverschränke oder das Gestaltungskonzept des Rechenzentrums möglich. 

Zu einer wirksamen Luftführung sind Blindpaneele ein wichtiger Bestandteil. Die geschlossenen Paneele verdecken ungenutzte Höheneinheiten in den Racks und verhindern, dass Luft durch freie Bereiche strömt. Durch das Verschließen von Lücken mithilfe von Blindpaneelen wird das Risiko reduziert, dass ein Server warme Luft von seiner Rückseite erneut über die Vorderseite ansaugt. Kabeldurchführungen lassen sich zusätzlich mit Bürstenleisten abdichten. Die Bürstenleisten unterstützen die erforderliche Kabelführung und begrenzen aber unerwünschte Luftverluste zwischen kalten und warmen Bereichen.

Wann eignen sich welche Luftleitsysteme?

Luftleitsysteme wie Kaltgangeinhausungen eignen sich bei Bestandsbauten und bei fehlender abgehängter Decke, während Warmgangeinhausungen sich für Neubauten und High Density Rechenzentren eignen.

Eine Kaltgangeinhausung ist eine typische Retrofit Lösung für Serverräume. Die Installation einer Kaltgangeinhausung ist in vielen Bestandsserverräumen und Rechenzentren mit überschaubarem baulichem Aufwand möglich. Ist im Serverraum bereits ein Doppelboden vorhanden, lässt sich die Kaltluft darüber direkt in den eingehausten Gang führen. Die Nachrüstung eines entsprechenden Doppelbodenkonzepts ist in den meisten Serverräumen problemlos möglich. Ein spezielles Deckensystem zur Abführung der Warmluft ist für Kaltgangeinhausungen nicht erforderlich, da sich die warme Abluft im übrigen Serverraum verteilt und von dort zur Kühlung zurückgeführt wird.

Kaltgangeinhausungen sind nur geeignet, wenn ein adäquates, fest definiertes Betriebs- und Störfallkonzept vorliegt. Bei einem Ausfall der Klimatisierung stehen bei einer Kaltgangeinhausung nur begrenzte Kühlreserven zur Verfügung. Das verfügbare Kaltluftvolumen ist im Wesentlichen auf den eingehausten Gang beschränkt. Sobald dieses Luftvolumen durch die Server erwärmt wurde, steigen die Ansaugtemperaturen schnell an. 

Warmgangeinhausungen eignen sich besonders für Neubauten, weil eine Doppeldecke zur kontrollierten Abführung der warmen Abluft direkt einplanbar ist. Eine Warmgangeinhausung ist für High-Density-Rechenzentren geeignet, in denen auf kleiner Fläche hohe Wärmelasten entstehen. Die heiße Serverabluft wird unmittelbar im Warmgang eingeschlossen und gezielt zu den Kühlgeräten geführt. Durch die gezielte Luftführung erreichen die Wärmetauscher eine höhere Rücklauftemperatur und arbeiten effizienter.

Blindplatten und Bürstenleisten eignen sich zur Optimierung von Luftleitsystemen. Blanking Panels verschließen ungenutzte Höheneinheiten im Rack und verhindern, dass erwärmte Luft durch freie Bereiche zur Ansaugseite zurückströmt. Öffnungen für die Kabelführung sollten mit Bürstenleisten abgedichtet werden, damit möglichst wenig Kühlluft verloren geht.

Die Entscheidung zwischen Cold Aisle Containment und Hot Aisle Containment ist immer auf die baulichen Bedingungen, die vorhandene Luftführung, die erwarteten Wärmelasten und mögliche Ausbaupläne abzustimmen. Mit modularen Luftleitsystemen von SCS FACO lassen sich Kalt- oder Warmgänge passend zu den jeweiligen Raumgegebenheiten einhausen und bei zukünftigen Veränderungen der Rechenzentrumsstruktur bedarfsgerecht anpassen.