Warmluftführung von SCS FACO

Warum ist die Warmluftführung wichtig?

Die Warmluftführung ist in Rechenzentren und Serverräumen wichtig, um Hotspots zu vermeiden und die Energieeffizienz und den PUE Wert zu verbessern. 

Der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) beschreibt das Verhältnis zwischen dem gesamten Energiebedarf eines Rechenzentrums und dem Energieverbrauch der darin betriebenen IT-Systeme. Je weniger zusätzliche Energie für die Kühlung benötigt wird, desto günstiger fällt dieser Kennwert aus.

Die Warmluftführung trägt zur Vermeidung von Hotspots bei. Im regulären Serverbetrieb saugen die Geräte an ihrer Vorderseite gekühlte Luft an. Diese Luft nimmt beim Durchströmen der Server Wärme auf und wird anschließend an der Rückseite der Racks als warme Abluft abgegeben. Ohne eine gezielte Luftführung vermischt sich die Abluft mit der zuströmenden Kaltluft. Die vermischte Luft gelangt dann beispielsweise durch offene Höheneinheiten, seitliche Zwischenräume oder andere Lücken von der Rückseite eines Server Racks zurück zu dessen Vorderseite. In der Folge saugen die Server bereits erwärmte Luft erneut an.

Die Luftrezirkulation verursacht lokal erhöhte Eintrittstemperaturen und begünstigt Hotspots. Überschreiten einzelne Komponenten ihre vorgesehenen Temperaturbereiche, drosseln Server ihre Leistung. Eine strukturierte Führung der Warmluft reduziert dieses Risiko, weil sie die erwärmte Abluft kontrolliert aus dem Rackbereich entfernt und von der Zuluftseite fernhält.

Die Warmluftführung mit Unterstützung einer Warmgangeinhausung sorgt für eine effektive Trennung zwischen Kalt- und Warmluft. Bei einer Warmgangeinhausung stehen sich die Rückseiten der Server Racks gegenüber und bilden den Warmgang. Türen, seitliche Paneele und eine Decke schließen den Warmgang weitgehend luftdicht ab. Die warme Serverabluft entweicht deshalb nicht unkontrolliert in den übrigen Serverraum. Über Kamine wird sie beispielsweise in den Rückluftbereich einer abgehängten Decke geleitet und anschließend den vorhandenen Kühlgeräten zugeführt.

Die Trennung der Luftströme wirkt sich außerdem auf die Energieeffizienz aus. Kühlgeräte können effizienter arbeiten, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der gekühlten Zuluft und der warmen Rückluft möglichst groß bleibt. Vermischen sich beide Luftströme vorzeitig, sinkt diese Temperaturdifferenz. Durch eine saubere Trennung gelangt die Abluft dagegen mit einer höheren Rücklauftemperatur zu den CRAC- oder CRAH-Geräten. Das verbessert die nutzbare Kühlleistung und minimiert den Energiebedarf der Klimatisierung sowie den PUE-Wert des Rechenzentrums.

Was sind die Vorteile unserer Warmluftführung?

Die Vorteile unserer Warmluftführung sind im Wesentlichen eine höhere mögliche Leistungsdichte in Rechenzentren, eine längere Hardware Lebensdauer und eine Verbesserung der Energieeffizienz.

Unsere Warmluftführung ermöglicht eine höhere Leistungsdichte von mehr als 20 kW. Da die in den Racks entstehende Wärme gezielt und kontrolliert abgeführt wird, lassen sich auch Racks mit Leistungen von mehr als 20 kW thermisch voneinander abgrenzen. Die Warmluft eines leistungsstarken Racks beeinflusst durch effektive Warmluftführung nicht unkontrolliert die Zuluft benachbarter Schränke. Die mögliche hohe Leistungsdichte ist insbesondere in High Density Umgebungen relevant, in denen auf einer begrenzten Fläche große Wärmelasten entstehen.

Unsere Warmluftführung ermöglicht eine längere Hardware Lebensdauer. Gleichmäßige thermische Bedingungen spielen für den langfristigen Betrieb der IT-Hardware eine wichtige Rolle. Häufige Temperaturschwankungen und vermischte Luftströme belasten die Komponenten thermisch und begünstigen Materialermüdung. Eine stabile Warmluftführung trägt zu einem gleichmäßigeren Klima im Serverraum oder Rechenzentrum bei. Sie hilft dabei, unkontrollierte Temperaturwechsel und lokale Wärmenester zu begrenzen, wodurch eine längere Hardwarelebensdauer ermöglicht wird.

Ein weiterer Vorteil unserer Warmluftführung ist die Passgenauigkeit der Einhausung. SCS FACO fertigt die benötigten Bauteile präzise mithilfe von CNC Maschinen. Die Konstruktion lässt sich an die vorhandenen Server Racks, räumlichen Gegebenheiten und baulichen Anschlüsse anpassen. Präzise gefertigte Übergänge und Abschlüsse reduzieren Luftleckagen, über die warme Abluft gegebenenfalls in den Kaltbereich oder gekühlte Luft ungenutzt in den Warmgang gelangen.

Der modulare Aufbau schafft die notwendige Skalierbarkeit. Die Einhausung lässt sich entsprechend ergänzen, wenn zusätzliche Racks aufgestellt oder bestehende Reihen erweitert werden. Damit eignet sich die Lösung sowohl für neu geplante Bereiche als auch für Rechenzentren, deren IT-Infrastruktur schrittweise wächst.

Die Warmluftführung bietet den Vorteil einer konsequenten Trennung von Kalt- und Warmluft. Die konsequente Trennung von Kalt- und Warmluft steigert die Kühleffizienz und reduziert den Energiebedarf der vorhandenen Kühltechnik. Das nutzbare Delta T wird maximiert. Das Delta T bezeichnet den Temperaturunterschied zwischen der Zuluft und der warmen Rückluft. Je weniger sich die Luftströme vermischen, desto wärmer erreicht die Rückluft die Kühlgeräte. Eine hohe Rücklauftemperatur ermöglicht in vielen Anlagen einen effizienteren Betrieb, weil die vorhandene Kühlleistung besser nutzbar ist.

Eine Warmgangeinhausung zur Unterstützung der Warmluftführung bietet thermische Pufferkapazität. Da der Bereich außerhalb des eingehausten Warmgangs kühl bleibt, wirkt bei einem Ausfall eines Klimageräts das gesamte gekühlte Raumvolumen als zeitlich begrenzter thermischer Puffer. Dadurch dauert es in der Regel länger, bis sich die von den Servern angesaugte Zuluft erwärmt. Die tatsächlich verfügbare Reaktionszeit hängt allerdings von der Wärmelast, dem Raumvolumen, der Redundanz und der konkreten Kühlarchitektur des Rechenzentrums ab.

Ein leichter Unterdruck innerhalb der Warmgangeinhausung trägt dazu bei, Hotspots zu vermeiden. Der Unterdruck entsteht, wenn die erwärmte Abluft aktiv aus dem Warmgang in den vorgesehenen Rückluftweg geführt wird. Der dadurch unterstützte Luftstrom folgt der vorgesehenen Richtung von der gekühlten Vorderseite durch die Server in den eingehausten Warmgang. So wird das Risiko eines Hitzestaus an den Rackrückseiten reduziert.

Warmluftführung von SCS FACO

SCS FACO bietet eine effiziente Warmluftführung mithilfe individuell gefertigter Warmgangeinhausungen. 

Der Aufbau unserer Warmgangeinhausungen erfolgt in HAC-Kaminbauweise. Die HAC (Hot Aisle Containment) Konstruktion besteht unter anderem aus Wänden aus Stahl und transparenten Elementen aus Makrolon. Sie wird passend zu den vorhandenen Serverschränken ausgeführt. Abhängig von der räumlichen Situation ist auch eine freistehende Lösung möglich, sodass es nicht nötig ist, jede Einhausung zwingend direkt an bestehende bauliche Strukturen anzubinden.

Die Warmgangeinhausungen lassen sich flexibel an unterschiedliche technische und räumliche Anforderungen anpassen. Dazu zählen verschiedene Rackhöhen und Rackbreiten, abweichende Schrankdimensionen sowie besondere Deckensituationen oder Raumgeometrien. Ziel ist eine möglichst geschlossene Luftführung, die sich funktional in die vorhandene Rechenzentrumsumgebung einfügt.

Durch die abdichtende Bauweise der Warmgangeinhausung wird verhindert, dass sich die gekühlte Zuluft frühzeitig mit der warmen Serverabluft vermischt. Die von den IT-Systemen erzeugte Wärme bleibt im Warmgang und wird kontrolliert zum vorgesehenen Rückluftbereich der Kühlgeräte geführt. Dies reduziert unnötige Luftkurzschlüsse, unterstützt ein stabiles Delta T und verringert den Energiebedarf der bestehenden Klimatisierung.

Die gezielte Warmluftführung hilft zugleich bei der Vermeidung von Hotspots. Anstatt sich im Raum zu verteilen oder zur Vorderseite der Server zurückzuströmen, wird die Warmluft aus dem eingehausten Bereich abgeführt. Die kontrollierte Zuführung der Rückluft zu den vorhandenen Kühlgeräten trägt dazu bei, die vorgesehene Strömungsrichtung durch die Server Racks aufrechtzuerhalten.

Zur individuellen Ausstattung unserer Warmgangeinhausungen gehören HAC Türsysteme, die sich an die betrieblichen Anforderungen anpassen lassen. Wir bieten selbstschließende oder manuell schließende Schiebetüren für Einhausungen an. Je nach Ausführung können die Türflügel frei oder synchron laufen. Fenster aus Sicherheitsglas oder Makrolon ermöglichen Einblicke in den Warmgang, ohne dass es erforderlich ist, die Einhausung für eine Sichtkontrolle zu öffnen. Die konkrete Ausführung richtet sich nach dem verfügbaren Platz, den Sicherheitsanforderungen und den betrieblichen Abläufen im Rechenzentrum.

Für welche Rechenzentren eignet sich unsere Warmluftführung?

Die Warmluftführung mithilfe von Gangeinhausungen eignet sich unter anderem für Colocation Rechenzentren, High Density Rechenzentren, Rechenzentren mit KRITIS-Anforderungen und Bestandsrechenzentren. 

Durch die individuelle und modulare Fertigung lässt sich die Konstruktion sowohl an standardisierte Rackreihen als auch an heterogene Infrastrukturen anpassen.

In Colocation Rechenzentren unterstützt die Trennung von Warm- und Kaltluft eine verbesserte Energieeffizienz und trägt dadurch zur Senkung der Betriebskosten bei. Da in solchen Rechenzentren häufig Serverschränke unterschiedlicher Kunden, Hersteller und Dimensionen eingesetzt werden, ist eine individuell konfigurierbare Einhausung besonders relevant. Unterschiedliche Schrankhöhen und -breiten lassen sich bei der Planung und Fertigung berücksichtigen.

High Density Rechenzentren profitieren von der gezielten und kontrollierten Warmluftführung, weil dort große Wärmemengen auf engem Raum entstehen. Die Warmgangeinhausung verhindert, dass die Abluft hoch ausgelasteter Racks benachbarte Systeme beeinflusst oder zur Zuluftseite zurückströmt. Auf diese Weise sind hohe Leistungsdichten besser in das vorhandene Luftführungskonzept integrierbar.

In Bestandsrechenzentren lässt sich eine optimierte Warmluftführung umsetzen. Modular gefertigte Gangeinhausungen sind an vorhandene Rackreihen und räumliche Bedingungen anpassbar. Der modulare Aufbau erleichtert die Nachrüstung und ermöglicht spätere Erweiterungen, wenn zusätzliche Server Racks installiert oder bestehende Bereiche verändert werden.

Für Rechenzentren mit KRITIS Anforderungen ist eine nachvollziehbare, stabile und energieeffiziente Betriebsumgebung mit gezielter Warmluftführung von besonderer Bedeutung. Eine Warmgangeinhausung verbessert die thermischen Betriebsbedingungen und unterstützt Vorhaben zur Energieeffizienz sowie zur Einhaltung organisatorischer und technischer Compliance Anforderungen. Welche konkreten Vorgaben gelten, hängt dabei vom jeweiligen Betreiber, Anwendungsbereich und regulatorischen Rahmen ab.