Klimatisierung von Serverschränken
Lösungen für kleinere IT-Umgebungen
Wer eine kleinere IT-Umgebung oder nur einen separat aufgestellten IT-Schrank installieren möchte, sollte sich zuerst über das passende Kühlkonzept Gedanken machen. Muss wirklich der gesamte Raum klimatisiert werden oder reicht es aus, gezielt den IT-Schrank zu kühlen? Denn nur mit dem richtigen Klimamanagement gelingt es, die Energiekosten zu optimieren und die Ausfallsicherheit zu steigern.
Kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) setzen heute ebenso wie Großkonzerne auf leistungsfähige IT-Systeme zur Unterstützung ihrer Geschäftsprozesse. Der Unterschied liegt jedoch in der Anzahl der Rechner: Während große Unternehmen ein komplettes Rechenzentrum benötigen, reicht kleineren Betrieben schon ein klimatisierter Raum oder die gezielte Kühlung einzelner Racks.
Den Energiebedarf ermitteln
Bei der Planung sollte zunächst der Energiebedarf bestimmt werden, der sich durch die Belegung des IT-Schranks ergibt. Ein Blick in die Datenblätter der zu installierenden IT-Komponenten zeigt die Höhe der elektrischen Leistungsaufnahme. Diese Werte ergeben addiert den gesamten Energieverbrauch. Bei kleineren IT-Installationen werden IT-Schränke selten in der vollen Bauhöhe über alle 42 Höheneinheiten mit aktiven Komponenten belegt. Die Erfahrung von Rittal hat gezeigt, dass ein Wert von rund 5 kW pro IT-Schrank ein gängiger Mittelwert für eine kleinere IT-Umgebung ist. Zum Vergleich: Bei voll ausgebauten High-End-Systemen kann bis zu 30 kW elektrische Leistungsaufnahme pro IT-Rack anfallen.
Die Rack- oder Raumfrage klären
Je nach Einsatzzweck kann es kostengünstiger sein, gezielt einzelne Racks zu kühlen als einen kompletten Raum zu klimatisieren. Insbesondere kleinere Betriebe mit nur wenigen IT-Schränken werden sich eine aufwändige Raumklimatisierung mit Kaltwassersystemen nicht leisten können. Abhilfe schaffen Klimageräte, die direkt am IT-Rack montiert werden. Diese bestehen aus einer Inneneinheit mit integriertem drehzahlgeregelten Kompressor und einem externen Verflüssiger, der im Außenbereich montiert wird.
Ein Beispiel hierfür ist die Kühllösung „LCP DX“ (Liquid Cooling Package Direct Expansion) von Rittal (www.rittal.de), die sich seitlich am IT-Rack anbringen lässt. Die Besonderheit hierbei: Das Gerät wurde speziell zur Kühlung kleiner IT-Räume entwickelt und führt die Kaltluft mit der richtigen Temperatur direkt dem IT-Equipment zu. Die Wärme wird nicht in den Aufstellraum, sondern am Aufstellort des externen Verflüssigers an die Umgebung abgegeben. Bei besonders engen Platzverhältnissen lassen sich auch Dachklimageräte verwenden, die auf den IT-Schrank montiert werden. Bei Verwendung des „LCP DX“ lassen sich Leistungen von bis zu 12 kW pro IT-Rack kühlen. Alternativ kann die Montage des Gerätes zwischen zwei Racks erfolgen, sodass mit nur einem Klimagerät zwei IT-Schränke gekühlt werden.
Rahmenbedingungen beachten
Um eine rackbasierte Kühlung zu installieren, sind nur einige wenige Punkte zu beachten. Notwendig ist natürlich eine Stromversorgung am Aufstellort der Außeneinheit. Auch ist darauf zu achten, dass Anwohner nicht durch die Optik oder die Geräuschentwicklung gestört werden. Bei älteren Gebäuden wird immer wieder vergessen zu prüfen, ob Denkmalschutz besteht.
Grundsätzlich kann in der IT-Klimatechnik zwischen Wasser und Kältemittel als Kühlmedium gewählt werden, wobei als Kältemittel in der Regel R410A zum Einsatz kommt. In kleineren IT-Umgebungen ist der Aufwand für eine Wasserkühlung meist zu hoch, da hier die gesamte Infrastruktur für die Wasserzufuhr installiert werden muss. Der Einsatz von Kältemitteln ist in der Regel preiswerter zu realisieren, da z. B. Durchbrüche für dünnere Kupferleitungen günstiger herzustellen sind.
Frische Luft tut gut
Ist der Einsatz von Split-Klimasystemen nicht möglich, wird die Kühlung oft mit Kühleinheiten direkt am IT-Rack realisiert. Hierbei wird die aufgenommene Wärmeenergie des Racks allerdings direkt an den IT-Raum abgegeben. Beim Einsatz dieser Technik ist für eine gute Durchlüftung mit Frischluft zu sorgen. Dies kann beispielsweise über zwei Kernbohrungen durch die Mauer erfolgen, ähnlich wie bei einer Abzugshaube für die Küche. Eine Öffnung dient für die Luftzufuhr, die andere für die Entlüftung. Die Leistung der dort eingesetzten Ventilatoren sollte mit der Kühlleistung des Klimageräts harmonieren.
Plan B: Raumklimatisierung
Benötigt ein Unternehmen mehr IT und Netzwerktechnik, als sich in einem IT-Schrank unterbringen lässt, ist die Raumklimatisierung die passende Lösung. Prinzipiell geht es darum, den gesamten Technikraum zu kühlen. Darin können beispielsweise IT- und Netzwerkschränke oder auch die Telefonanlage, Drucker oder Kopierer stehen.
Bei dieser Variante ist beim Kauf des IT-Racks darauf zu achten, dass die Gehäusefront- und -rückseite ausreichend perforiert ist und somit die Luftzirkulation gewährleistet ist. In der Praxis werden Türen mit einer Perforation von etwa 80 % angeboten, während einige Anbieter wie Rittal mit dem „TS IT“-Rack hier Werte von 85 % erreichen. Je höher die Luftdurchlässigkeit ist, desto effizienter erfolgt die Kühlung der IT-Systeme. Mit diesem Prinzip wird eine Front-to-Back-Luftführung erreicht: Von vorne wird die kalte Luft zugeführt und durch die Lüfter der IT-Komponenten an der Rückseite wieder ausgeblasen.
Kalt- und Warmluft sauber trennen
Um eine möglichst effiziente Kühlung zu erreichen, ist darauf zu achten, dass sich kalte und warme Luft nicht vermischen. Das luftseitige Delta T sollte möglichst groß ausfallen, damit die Klimageräte mit bestmöglicher Effizienz arbeiten. Daher wird der IT-Schrank geschottet und in einen Kalt- und Warmbereich unterteilt. Manche Anbieter versprechen eine vollständige Schottung der Kalt-/Warmebene zu 100 %. Die hierbei anfallenden Mehrkosten rentieren sich in der Praxis nicht. Das von Rack-Herstellern mitgelieferte Zubehör wie Blindleisten, magnetisch beschichtete Dichtstreifen, Luftleitbleche und Bürstenleisten ermöglicht eine ausreichende Abdichtung.
Klima-Splitsystem eignet sich nicht
Eine auf den ersten Blick verlockende Idee für kleine IT-Umgebungen wäre es, ein herkömmliches Klima-Splitsystem für die Raumkühlung zu verwenden. Diese bestehen normalerweise aus einer Decken- oder Wandkassette und der dazugehörigen Außeneinheit. Jedoch sind diese Klimaanlagen speziell zur Humanklimatisierung konzipiert. Der Fokus liegt dabei auf kleinen Luftmengen und niedrigen Luftgeschwindigkeiten, um z. B. Zugerscheinung zu vermeiden. Weiterhin sind die Geräte oft nicht auf einen 24-Stunden-Dauerbetrieb ausgelegt, da eine Kühlung nur für die Sommermonate vorgesehen ist. Darüber hinaus benötigt die IT-Kühlung eine besondere Luftführung, bei der die Kaltluft direkt vor das Rack geblasen wird. Herkömmliche Klimaanlagen streuen die Luft jedoch großflächig.
Außerdem ist der Luftvolumenstrom dieser Anlagen zu gering. Bei kleineren Installationen wird in der Praxis ein luftseitiges Delta T von etwa 10 K von den IT-Systemen erzeugt. Hierbei sind dann pro kW Wärmeleistung etwa 300 m³/h Luftvolumenstrom zur Verfügung zu stellen. Bei 5 kW Wärmeleistung wäre also eine Kapazität von 1500 m³/h notwendig. Geräte wie die „LCP DX“ von Rittal liefern einen Luftvolumenstrom von 4800 m³/h. Die Luftmengen der meisten Raumklimageräte wären schon bei einem nur mittelmäßig bestückten IT-Rack nicht leistungsfähig genug. In vielen Fällen wird auch das komplette Monitoring und Alarmmanagement vernachlässigt, so dass eine Funktionsüberwachung nicht erfolgt. Bei der heutigen Energiedichte im IT-Rack würde ein Ausfall der Kühltechnik innerhalb kurzer Zeit zum Kollaps der Server und damit zum Stillstand vieler Geschäftsprozesse führen.
