IT Klimatisierung im Rechenzentrum mit Liquid Cooling Packages

Die Herausforderungen ein Rechenzentrum energieeffizient zu klimatisieren.

Die Herausforderungen ein Rechenzentrum energieeffizient zu klimatisieren.

Dipl.-Ing. Daniel Luther, Kerstin Ginsberg
Wie kann man ein Rechenzentrum effizient klimatisieren? Diese Frage beschäftigt Betreiber von Rechenzentren immer wieder. Dabei gibt es vielfältige Möglichkeiten, den Stromverbrauch von IT-Equipment zu senken, weniger Verlustwärme zu erzeugen und so Betriebskosten einzusparen. Nichtsdestotrotz generieren Server, Switches und IT-Infrastrukturgeräte Abwärme, die durch Lüfter abgeführt werden muss. Wer eine maximale Energieeffizienz erreichen will, muss die Infrastruktur-Komponenten optimal aufeinander abstimmen. Eine gute Planung und präzise Regulierung sind unabdingbar.
Wer heute sein Rechenzentrum energieeffizient klimatisieren will, ist vor einige Herausforderungen gestellt. Oft wird der Power Usage Effectiveness (PUE) als Maß der Dinge verstanden, die Energieeffizienz des Rechenzentrums darzustellen.


Da bei der geforderten IT-Leistung jedoch oft keine Abstriche gemacht werden können, sind die Möglichkeiten für Energieeinsparungen gering. Anders sieht es bei der Gebäudetechnik aus, die für ein Rechenzentrum erforderlich ist: hier bieten sich meist erhebliche Potenziale für Energieeinsparungen. Die wichtigsten Bausteine sind zunächst eine richtig ausgelegte Raumklimatisierung sowie eine genau dimensioniertes und hydraulisch abgeglichenes Kaltwassersystem. Für die Auslegung der Raumklimatisierung spielt nicht nur die DIN EN 13779 (Lüftung von Nichtwohngebäuden) eine wichtige Rolle, sondern ebenso die VDI 2054 (Raumlufttechnische Anlagen für Datenverarbeitung) sowie ASHRAE (TC 9.9, thermische Richtlinien für den Rechenzentrumsbetrieb). Die Grenzwerte, die die VDI 2054 beschreibt, decken sich weitestgehend mit den Werten, die ASHRAE als optimal bezeichnet. Daraus ergibt sich für die Server-Zuluft im IT-Raum ein Temperaturbereich von 18°C bis 27°C bei einer relativen Luftfeuchte von 20 bis 80%. Je besser diese Umgebungsparameter auf den Betrieb des IT-Equipments angepasst werden können, umso effizienter kann die thermische Last an den Racks abgeführt werden.

Genaue Berechnung der Kühllast
In den meisten Fällen wird in den heutigen Rechenzentrumsanwendungen durch die Lüftungsanlage der Gebäudetechnik ein 1-facher Luftwechsel pro Stunde für die Frischluftversorgung angesetzt, da das Rechenzentrum oftmals kein stetiger Arbeitsplatz im Sinne der Norm ist. Wird nun die Abwärme des IT-Equipments direkt am Rack abgeführt, müssen die Komponenten der Lüftungsanlage nur für die Konditionierung der Raumluft bemessen und ausgelegt werden. Die gesamte thermische Last für das Rechenzentrum setzt sich zusammen aus der:

  1. thermischen Last, die das eingebaute IT-Equipment erzeugt. Diese kann direkt am Rack durch Kühleinheiten abgeführt werden.
  2. thermischen Last, die durch interne Wärmequellen wie Beleuchtung und Sonneneinstrahlung durch Fenster entsteht. Für die IT-Klimatisierung ist dies die externe Last, die die raumlufttechnische Anlage (RLT) abführt.

Eine präzise Kühllastberechnung nach VDI 2078 ist notwendig, um die richtige Dimensionierung des Luftkühlers der RLT-Anlage zu gewährleisten, damit die thermische Last der Beleuchtung und anderen internen Wärmequellen abgeführt werden kann. Die Kühlung der IT-Last entfällt somit für die RLT-Anlage.

Ist je nach benötigter Luftqualität eine Befeuchtung der Zuluft für den idealen Serverbetrieb erforderlich, sollte diese mit einer Dampfbefeuchtung in der RLT- Anlage realisiert werden. Auf diese Weise lassen sich die hygienischen Anforderungen der VDI 6022 (?Hygienische Anforderungen an RLT-Anlagen?) an die Raumluftqualität leichter erfüllen als bei einer direkten Befeuchtung am IT-Rack. Grundlage für die Ermittlung der gesamten thermischen IT-Last ist die elektrische Anschlussleistung aller IT-Racks im Rechenzentrum. Wird ein IT-Rack mit einer elektrischen Anschlussleistung von zum Beispiel 18 kW versorgt, ergibt sich im Volllastbetrieb eine thermische Verlustleistung von nicht mehr als 18 kW.

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