Direkt am Schrank ansetzen
Von Bernd Hanstein, Rittal
Den meisten Unternehmen hat bisher eine relativ kleine IT-Umgebung genügt. Sobald aber ein Ausbau auf stärkere Systeme fällig ist, reicht die zuvor genutzte Luftkühlung nicht mehr aus, und die Firma steht vor der Frage, wie neue Serverklasse auf Arbeitstemperatur gehalten werden soll. Dann bietet sich zuerst die gezielte Kühlung mit Wasser oder mit einem Kältemittel an – je nach den Möglichkeiten baulicher Eingriffe und nach der geplanten Nutzung.
Wasser oder Kältemittel
Prinzipiell ist auch in kleineren IT-Umgebungen eine Kühlung mit Wasser möglich. Hierfür ist jedoch eine Wasserzufuhr notwendig, die zwar oft in Fabrikhallen, in der Regel aber nicht in einem Bürogebäude zur Verfügung steht. Daher muss in diesen Fällen zusätzlich ein Kaltwassersatz (Rohre, Pumpe, Freikühler, Chiller) bei den Investitionen berücksichtigt werden. Diesen Ausgaben stehen andererseits geringere Betriebskosten gegenüber, da das Wasser zu einem großen Teil des Jahres über die kalte Außenluft gekühlt werden kann. Es empfiehlt sich also grundsätzlich, eine Vollkostenrechnung (TCO) durchzuführen, die neben den Investitionen auch die Betriebskosten berücksichtigt.
Die Rittal-Kühllösung LCU DX bietet als Split-Kühlgerät eine kältemittelbasierende Schrankkühlung und ist in den Leistungsklassen bis 3 und bis 6,5 kW lieferbar. (Bild: Rittal)
Mit deutlich geringerem Investitionsaufwand gelingt die IT-Klimatisierung durch eine DX-Kühlung. DX steht für Direct Expansion und beschreibt die klassische kältemittelbasierte Klimatisierung über ein Split-Gerät plus Kompressor. Die Kälte wird hierbei über einen geschlossenen Kältemittelkreislauf mit Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil erzeugt. Das Prinzip ist einfach: Über den Verdampfer wird ein Kältemittel verdunstet, das dabei die Wärme aufnimmt. Der Kompressor saugt das Kältemittel an und verdichtet das Gas unter hohem Druck. Der Kondensator verflüssigt das Kältemittel wieder, wodurch die Wärme abgegeben wird. Über eine Drossel oder ein elektronisches Expansionsventil wird das Kältemittel entspannt, und der Kreislauf kann von vorne beginnen. Das Funktionsprinzip einer solchen Kältemaschine findet sich auch in Kühlschränken und Gefriertruhen wieder.
Die Anschaffungskosten von Kühlsystemen mit Kältemitteln sind in der Regel niedriger, da Wanddurchbrüche für die dünneren Kupferleitungen einfacher sind als für Wasserrohre. Allerdings sind unter Umständen die laufenden Betriebskosten im Vergleich zu einer Wasserkühlung höher, da das System kontinuierlich Strom für den Kompressor benötigt.
Extremtemperaturen und Standort
In der IT-Klimatechnik setzen viele Hersteller R-410A oder R134a als Kältemittel ein. Beide haben eine hohe volumetrische Kälteleistung und erzielen auch mit kleinen Verdichtern einen hohen Wirkungsgrad, was sehr kompakte Klimageräte möglich macht. Allerdings müssen Hersteller und Kunden beim Einsatz von Kältemitteln die Kältemittelverordnung beachten, die in Europa je nach Land unterschiedlich ausfallen kann. Sie definiert unter anderem, welche Mengen welchen Klimamittels unter welchen Bedingungen an welchen Aufstellorten verwendet werden dürfen. Details über Art und Menge des Kältemittels liefern die Sicherheitsdatenblätter, die jeder Hersteller für seine Produkte bereitstellen muss.
Rack-Kühlung mit LCU DX: Das Split-Kühlgerät von Rittal auf Kältemittelbasis, bestehend aus einer Inneneinheit (Verdampfer) und einer Außeneinheit mit invertergeregeltem Kompressor, sorgt für effiziente Kühlung ohne Raumverlust. (Bild: Rittal)
Darüber hinaus sollten Unternehmen auf IT-gerechte Systeme achten: Nur moderne Geräte regeln kontinuierlich die Kompressorleistung über die Temperatur der Serverzuluft und arbeiten mit einem Inverter-geregelten Verdichter, mit dem das Kühlgerät die Kaltluft konstant auf der eingestellten Serverzulufttemperatur hält. So wird auch ein Einblasen zu kalter Luft (was zur Kondensation führen könnte) vermieden. Sinnvoll ist der Einsatz von drehzahlgeregelten EC-Ventilatoren, da diese das Luftvolumen bedarfsgerecht steuern können. Außerdem arbeiten diese Lüfter sparsam im niedrigen Energiebereich. Wer außerdem auf eine hohe Ausfallsicherheit achten muss, der greift auf vollständig redundante Lösungen zurück; hierbei sind alle Komponenten – von Kompressor und Wärmetauscher bis hin zur Stromzufuhr – doppelt vorhanden.
Bei der Systemauswahl ist ferner auf die Außentemperatur am Aufstellort zu achten. Bei extrem tiefen Temperaturen, wie sie in Nord- oder Osteuropa auftreten können, ist ein Winterset für die Außeneinheit notwendig. Entsprechendes gilt für Standorte mit sehr hohen Außentemperaturen, für die ebenfalls ein geeignetes Außengerät erforderlich ist. Des Weiteren sind die maximal möglichen Entfernungen der Außeneinheit zum Serverraum sowie ein eventueller Höhenunterschied zu berücksichtigen; denn hiervon hängen die Menge des Kältemittels und die Leistungsfähigkeit ab.
Ein weiterer wichtiger Parameter bei der Auswahl ist die zu kühlende Gesamtleistung der IT-Infrastruktur. Die DX-basierte Kühlung ist für kleine bis mittlere Systeme bis etwa 40 kW Verlustleistung bei homogener Leistungsverteilung über die IT-Racks hinweg gut geeignet. Ab etwa 40 bis 50 kW Gesamtleistung lohnt sich die Installation einer Wasserkühlung.
Bernd Hanstein ist Hauptabteilungsleiter Produktmanagement IT bei Rittal. Das Unternehmen der inhabergeführten Friedhelm Loh Group mit Sitz im hessischen Herborn ist ein weltweit führender Systemanbieter für Schaltschränke, Stromverteilung, Klimatisierung, IT-Infrastruktur sowie Software und Service. Systemlösungen von Rittal kommen in nahezu allen Branchen, vorwiegend in der Automobilindustrie, in der Energieerzeugung, im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der ITK-Branche zum Einsatz. Zum Leistungsspektrum gehören Infrastrukturlösungen für modulare und energieeffiziente Rechenzentren mit innovativen Sicherheitskonzepten zur physischen Daten- und Systemsicherung.
Rittal GmbH & Co. KG, Auf dem Stützelberg, 35745 Herborn, Tel.: 02772-505-0, info@rittal.de, www.rittal.de
Seitenkühler und Dachkühlgeräte
Am schnellsten und einfachsten umzusetzen ist eine schrankbasierte Kühlung mit einem DX-Klimagerät, das im IT-Rack an die Seitenwand montiert wird. Bewährt haben sich Lösungen, bei denen die Luft horizontal kreist, was die klassische Front-to-back-Luftführung der 19-Zoll-Einbauten unterstützt: Die kalte Luft wird vor die Geräte geblasen, die durch die Server erwärmte Luft wird dann im rückwärtigen Bereich angesaugt, über den Wärmetauscher geführt und dadurch wieder gekühlt. Andere Varianten blasen die Kaltluft dagegen nach vorne aus – damit realisieren Unternehmen beispielsweise eine Lösung mit einem Kaltgang, in dem mehrere IT-Racks gekühlt werden. In jedem Fall ist bei diesem Konzept wichtig, dass der IT-Schrank gut abgedichtet ist, weil sonst Kälte entweicht und das Gesamtsystem an Effizienz verliert. Mit seitlich montierten Kühlsystemen lassen sich unter Umständen auch zwei Schränke auf einmal versorgen.
Eine Besonderheit sind kompakte Dachaufbaukühlgeräte, die oben auf das IT-Rack montiert werden. Solche einteiligen Lösungen verfügen über einen Wärmetauscher und einen Kompressor. Auch hier wird die kalte Luft vor die 19-Zoll-Ebene geblasen und dort von den IT-Komponenten angesaugt. Mit Dachaufbaukühlgeräten lassen sich Leistungen bis etwa 3 kW kühlen. Allerdings: Diese Geräte blasen die warme Abluft in die direkte Umgebung, wodurch sich der Technikraum aufheizt. Sinnvoll kann diese Lösung sein, wenn bereits ein Raumklimagerät vorhanden ist. Wer zum Beispiel in einem Hochhaus in der 15. Etage eine schnelle Kühllösung benötigt und keine baulichen Veränderungen vornehmen darf, ist mit diesem Konzept gut bedient.
Schwarz auf Weiß
Dieser Beitrag erschien zuerst in unserer Magazinreihe „Rechenzentren und Infrastruktur“. Einen Überblick mit freien Download-Links zu sämtlichen Einzelheften bekommen Sie online im Pressezentrum des MittelstandsWiki.
Flexibilität auf Rack-Ebene
Die Auswahl des Klimakonzepts muss immer auf Basis der vorhandenen Gebäudeinfrastruktur und einer Investitionskalkulation erfolgen und die geplante Nutzung der IT-Infrastruktur berücksichtigen. Die größte Unsicherheit besteht darin, die zukünftige Entwicklung der eigenen IT-Umgebung richtig einzuschätzen. So manche Unternehmen betreiben überdimensionierte Klimalösungen und verschenken bares Geld, weil sie den IT-Bedarf im eigenen Haus zu hoch eingeschätzt haben. Wer mit modularen Klimasystemen auf Rack-Ebene arbeitet, erhält sich auch langfristig die notwendige Flexibilität, um auf geänderte Anforderungen an die IT zu reagieren.
