Luftstrom Management im Rechenzentrum

Was ist das Luftstrom Management im Rechenzentrum?

Das Luftstrom Management im Rechenzentrum ist die gezielte Steuerung kalter und warmer Luftströme in Rechenzentren mit hohen Anforderungen an die Effizienz.

Professionelles Luftstrommanagement und Belüftungsmanagement sind die Grundlage für den sicheren und nachhaltigen Betrieb moderner Data Center. Ohne eine klare Trennung von Kalt- und Warmluft entstehen sogenannte thermische Kurzschlüsse. Bei thermischen Kurzschlüssen saugen Server die bereits erwärmte Abluft erneut an, statt gekühlte Zuluft aufzunehmen. Die Folge von thermischen Kurzschlüssen sind Hotspots (lokale Überhitzungen), die im schlimmsten Fall zu Hardwareausfällen und ungeplanten Downtimes führen. Um Hotspots zu verhindern, wird die Rechenzentrumsinfrastruktur so angepasst, dass Luftströme physikalisch voneinander getrennt werden. Kalt- und Warmgangeinhausungen sind eine der wirkungsvollsten Maßnahmen zur Trennung von Kalt- und Warmluft.

Das Ziel des Luftstrommanagements besteht darin, gekühlte Zuluft verlustfrei zu den Servern zu führen und heiße Abluft direkt abzutransportieren, ohne dass sich die beiden Luftströme vermischen. Das Luftstrommanagement erfordert eine sorgfältige Abstimmung verschiedener baulicher und technischer Komponenten.

Ein durchdachtes Luftstrommanagement ist unverzichtbar für die Verbesserung der Energieeffizienz im Rechenzentrum. Das Energieeffizienzgesetz (EnEfG) von 2023 schreibt für neue Rechenzentrumsanlagen einen PUE-Wert von maximal 1,2 vor, der spätestens zwei Jahre nach Inbetriebnahme erreicht werden muss. 

Ressourcenschonende Kälte- und Lüftungstechnik wirkt sich spürbar auf den Energieverbrauch aus, denn Lüftung und Kühlung machen bis zu 40 Prozent der gesamten Energiekosten eines Rechenzentrums aus. Ein effektives Luftstrom Management ist nicht nur eine technische Notwendigkeit, sondern eine wirtschaftliche und regulatorische Anforderung.

Wie sorgt man für ein gutes Luftstrom Management im Rechenzentrum?

Man sorgt für ein gutes Luftstrom Management im Rechenzentrum, indem man konsequent eine strikte Lufttrennung zwischen kalter Zuluft und warmer Abluft sicherstellt und einen Doppelboden zur Kaltluftzufuhr für die Serverschränke einsetzt.

Die Kalt- oder Warmgangeinhausung ist eine effektive Methode der Lufttrennung. Bei dieser Lösung wird entweder der Kaltgang oder der Warmgang physisch komplett abgeschottet, sodass keine unkontrollierte Vermischung der Luftströme stattfindet. 

Die Kalt- und Warmgangeinhausungen von SCS FACO lassen sich individuell an die jeweilige Rechenzentrumsumgebung anpassen. Unterschiedliche Rackgrößen, variierende Reihenaufstellungen oder bauliche Besonderheiten des Raums werden dabei berücksichtigt, sodass eine lückenlose Abdichtung entsteht.

Blindpaneele sind Instrumente zur Luftführung für temporär ungenutzte Rackplätze und freie Höheneinheiten innerhalb der Racks. Ohne diese Abdeckungen saugen Server die heiße Abluft von der Rückseite des Racks durch die offenen Stellen erneut an. Es kommt zum thermischen Kurzschluss und zur Bildung von Hotspots, die den sicheren Betrieb der IT-Hardware gefährden.

Ein gutes Luftstrommanagement wird durch Doppelboden oder Doppeldecke zur Ableitung der Luft unterstützt. Beim Kaltgangsystem wird die kalte Luft über einen Doppelboden zu den Serverschränken geführt. Beim Warmgangsystem wird die warme Abluft über eine Doppeldecke abgeleitet. Bei Doppelbodensystemen ist darauf zu achten, dass Öffnungen für die Kabelführung sorgfältig mit Bürstenleisten abgedichtet werden, damit keine Kaltluft unkontrolliert entweicht. SCS FACO bietet für diesen Zweck passende Bürsten- und Profilleisten an, die eine saubere Abdichtung im Doppelboden gewährleisten.

Was sollte man bei der Planung des Luftstrom Managements für ein Rechenzentrum beachten?

Bei der Planung des Luftstrom Managements für ein Rechenzentrum sollte man klare Ziele und Vorgaben zur Kapazitätsplanung, Positionierung der CRAC/CRAH-Geräte sowie zu Kabelmanagement und Strom beachten. 

Die Kapazitätsplanung für IT-Last und Kühlbedarf ist einer der wichtigsten Aspekte der Planung des Luftstrommanagements. Es ist erforderlich, eine Wärmelastberechnung durchzuführen, damit die benötigte Kühlleistung exakt auf die maximale Verlustleistung der Server angepasst wird. Dabei spielt die Skalierbarkeit eine entscheidende Rolle. Es empfiehlt sich, das Luftstrommanagement von Beginn an so zu konzipieren, dass bei einem späteren Ausbau der Rechenzentrumsinfrastruktur keine thermischen Engpässe entstehen.

Die Positionierung der CRAC- und CRAH-Geräte wirkt sich direkt auf die Effizienz des gesamten Rechenzentrums aus. Die Luftwege sind so kurz wie möglich zu planen, damit warme Abluft möglichst widerstandsarm zurück zu den Kühlgeräten gelangt. Eine ungünstige Positionierung führt dazu, dass unter dem Doppelboden ein ungleichmäßiger statischer Druck entsteht. Die Folge des ungleichmäßigen Drucks ist, dass einige Racks überkühlt und andere unterkühlt werden, was sowohl die Effizienz als auch die Betriebssicherheit beeinträchtigt.

Das Kabelmanagement ist in der Planung des Luftstrommanagements unbedingt zu berücksichtigen. Unsortierte Kabel im Doppelboden blockieren die Luftführung zu den Serverschränken. Kabeltrassen werden daher idealerweise an der Decke oder parallel zum Luftstrom im Boden verlegt. Ungeordnete Kabel an der Rack-Rückseite verhindern das freie Entweichen der warmen Serverabluft und begünstigen damit erneut die Bildung von Hotspots.

Die Planung der Stromversorgung beeinflusst das Luftstrommanagement direkt. Die Positionierung der Power Distribution Units (PDUs) darf den Luftstrom nicht blockieren. Die Leistungsdichte wirkt sich unmittelbar auf die Wärmelast aus. Je nach Stromversorgungskonzept ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die Luftstromstrategie, beispielsweise ob eine In-Row-Kühlung oder eine Raumkühlung zum Einsatz kommt.

Erfahrene Rechenzentrumsmanager wissen, dass Luftstrommanagement nur ganzheitlich funktioniert. Eine Studie zur klimaschonenden Klimatisierung für Serverräume und Rechenzentren im Auftrag des Umweltbundesamtes zeigt, dass sich durch Klimatisierung verursachten Treibhausgasemissionen durch eine Kombination verschiedener Maßnahmen bei Rechenzentren mit 30 kW IT-Leistung um bis zu 80 Prozent reduzieren lassen. Zu diesen Maßnahmen zählen das Anheben der Zulufttemperatur auf 26 Grad Celsius, kanalisierte Luftführung, Abwärmenutzung, der Einsatz von Photovoltaik sowie die Wahl geeigneter Kältemittel.

Luftstrom Management im Rechenzentrum mit Kaltgangeinhausungen und Warmgangeinhausungen von SCS FACO

SCS FACO fertigt hochwertige Kaltgangeinhausungen und Warmgangeinhausungen, die ein effizientes Luftstrom Management im Rechenzentrum unterstützen.

Die Kaltgangeinhausungen von SCS FACO sorgen für eine zielgerichtete Luftführung, bei der die kalte Zuluft im Gang sicher eingeschlossen wird. Die IT-Hardware saugt die Kaltluft direkt aus dem abgeschotteten Bereich an, ohne dass warme Umgebungsluft beigemischt wird. Ein besonderes Merkmal ist das modulare CAC-Dachsystem aus Exolon mit einem um 150 mm erhöhten Aufbau, das für ausreichend Helligkeit sorgt und sich in das Beleuchtungskonzept des Rechenzentrums integrieren lässt. Die Kaltgangeinhausung eignet sich zudem optimal als Retrofit-Lösung. Sie ist herstellerunabhängig konstruiert, sodass sie sich in bestehende Rechenzentrumsumgebungen mit unterschiedlichen Rack-Fabrikaten einbauen lässt. CNC-gefertigte Paneele und Schiebetüren mit Soft-Close-Selbsteinzug unterstützen eine lange Nutzungsdauer und eine hohe Qualität.

Die Warmgangeinhausungen von SCS FACO ermöglichen eine kontrollierte Abwärmeabfuhr. Warme Serverabluft wird an der Rückseite der Racks direkt isoliert und gezielt abgeführt. Die robuste Kaminbauweise (HAC) verwendet spezielle Kaminelemente aus verzinktem oder pulverbeschichtetem Stahl, über die die warme Abluft zu den Klimageräten geleitet wird. Dieses Prinzip ermöglicht maximale Energieeffizienz, selbst in High-Density-Rechenzentrumsumgebungen. Da die warme Abluft ungemischt zu den Kühlgeräten gelangt, sind Wärmetauscher dazu in der Lage, mit einer hohen Rücklauftemperatur zu arbeiten. Die hohe Rücklauftemperatur verbessert die Effizienz der Kühlung.

Alle Einhausungen von SCS FACO sind für ein optimales Luftstrom Management flexibel anpassbar. Unterschiedliche Rack-Höhen und -Breiten stellen ebenso wenig ein Hindernis dar wie fehlende Serverschränke innerhalb einer Reihe. Passgenaue Wand- und Blindpaneele sorgen für eine lückenlose Abdichtung, sodass kein unkontrollierter Luftaustausch zwischen Kalt- und Warmzonen stattfindet. Diese Flexibilität macht die Lösungen von SCS FACO sowohl für Neubauprojekte als auch für die Nachrüstung bestehender Rechenzentrumsumgebungen geeignet.