Sie sind hier: HomeDatacenter

Kühlung: Evolution der Kühlsysteme

Seit dem Entstehen der ersten Rechenzentren mussten Kühlsysteme stets angepasst werden – nicht zuletzt deshalb, weil durch die immer höheren Rechenleistungen zunehmend mehr Wärme produziert wird. Ein Blick auf die effizientesten Kühlsysteme und ihre Einsatzorte.

Kühlsystem Rechenzentrum Bildquelle: © Konstantin Pelikh, 123rf

Weltweit gibt es ca. 8,5 Millionen Rechenzentren, davon befinden sich drei Millionen in den USA. Das bedeutet, es gibt ein Rechenzentrum pro hundert Personen. 100 Prozent des Stromverbrauchs der IT-Hardware wird in Wärme umgewandelt. Daher wird eine leistungsstarke und effiziente Kühlung des Rechenzentrums benötigt. Die Kühlung kann dabei mehr als 50 Prozent des gesamten Energiebedarfs eines Rechenzentrums ausmachen. Das macht Rechenzentren im Grunde genommen zu riesigen Elektroheizungen. Zunehmend entstehen daher Alternativen zu herkömmlichen Kühlsystemen für Rechenzentren. Der Maßstab, mit dem bestimmt wird, wie effizient das Kühlsystem eines Rechenzentrums arbeitet, wird als „Power Usage Effectiveness (PUE)“ bezeichnet. Je niedriger ihre PUE, desto besser. Es ist das Verhältnis der von einem Rechenzentrum insgesamt verbrauchten Energie zur Energie, die an die IT-Hardware geliefert wird. Eine Bewertung von 2,0 gilt als Standard, 1,4 als gut und 1,0 als die beste PUE-Bewertung, die erreicht werden kann.

Altmodische Doppelbodenkühlung
Seit etwa einem halben Jahrhundert wurden die meisten Rechenzentren mit Druckluft aus einem Doppelboden gekühlt. Bei einem Computer Room Air Handler (CRAH) handelt es sich um ein Gerät, das häufig in Rechenzentren zum Einsatz kommt und die Wärmebelastung, die durch die dort vorhandene Betriebseinrichtung entsteht, reduzieren soll. Im Gegensatz zu einer Computer Room Air Conditioning (CRAC), einer Klimatisierungslösung, die mit einer mechanischen Kühlung arbeitet, nutzt ein CRAH zur Wärmeableitung Lüfter, Kühlschlangen und ein Wasserkühlsystem. PUEs von über 2,0 sind dabei üblich.

Ein großes Problem bei dieser Art der Kühlung ist der Temperaturgradient von der Unterseite des Racks nach oben, der als Schichtung bezeichnet wird. Die Server in Bodennähe erhalten die kühlste Luft, und die Server an der Oberseite des Racks haben oft eine wesentlich wärmere Eintrittstemperatur. Wenn Sie den Luftstrom erhöhen, um dieses Problem zu mildern, sinkt die Effizienz, da die Luft nun an der Vorderseite des Serverschranks vorbeiströmt und sich mit heißer Abluft vermischt. In der Folge wurden Eindämmungsstrategien wie Warmgang-/Kaltgangkonfigurationen entwickelt. Diese Layouts reduzieren auch den Rücklauf, der auftritt, wenn heiße Luft von der Rückseite des Servers nach vorne abgeführt wird, was zu sicherheitskritischen Gerätetemperaturen führen kann.

Mit Kaltlufteinschluss- und Warmlufteinschlusskonzepten wurden die Grenzen von Schichtung und Bypass weitgehend überwunden. Reihenkühlgeräte ermöglichen eine höhere Effizienz. Dabei ist mittels drehzahlgeregelter Ventilatoren in Kühlgeräten, die in die Reihen selbst integriert sind, eine wesentlich präzisere Regelung von Temperatur und Energieverbrauch realisierbar.

Vor- und Nachteile beim Einsatz von Kühltürmen
Eine der vielversprechendsten Strategien zur Energieeinsparung bei der Kühlung von Rechenzentren ist die sogenannte freie Kühlung oder Einsparung. Bei diesem Ansatz wird Außenluft in einem Kühlturm oder zum Abblasen von Wärme aus einer Kältemaschine verwendet. Diese Methode ist davon abhängig, dass die Temperatur der Luft außerhalb des Rechenzentrums niedrig genug ist, um die erforderliche Kühlung zu gewährleisten. Kühlere Klimazonen haben einen entscheidenden Vorteil. Doch für das das Kühlen von Rechenzentren mit Kühltürmen werden erhebliche Mengen an Wasser verbraucht.   Wasser ist eine wertvolle natürliche Ressource, die es zu schonen gilt. Ganzheitlich betrachtet muss aber auch der Tatsache Aufmerksamkeit geschenkt werden, dass die Dampfphase eines fossilen Kraftwerks ebenfalls Wasser verbraucht. So viel Wasser, dass der zusätzliche Energiebedarf von Trockenkühlsystemen zu einem höheren Wasserverbrauch für die Trockenkühlung insgesamt führt als bei bauseitigen Kühltürmen.