Kein Serverausfall mit der richtigen Klimatisierung

Rechenzentren befinden sich in einer permanenten Weiterentwicklung, da neben dem Einsatz einer Cloud auch die Industrie 4.0 sowie Big Data den Bedarf an Colocation in die Höhe treiben. Damit der Betrieb gesichert ist, spielt neben einer unterbrechungsfreien Stromversorgung auch eine effiziente Klimatisierung eine wichtige Rolle, damit keine Ausfälle aufgrund von einer Überhitzung der Hardware entstehen. Heiße Sommertage sind anstrengend, doch wie werden Server und Co. vor Hitze in einem Rechenzentrum geschützt? Erfahren Sie, welche Möglichkeiten der Klimatisierung es gibt und wie diese funktionieren. 

Grundsätzlich hat die Klimatisierung zwei Funktionen: Die Regulation der Lufttemperatur durch Erwärmen oder Kühlen der Luft sowie die Veränderung der Luftfeuchtigkeit. Damit Strom und Klimatisierung unterbrechungsfrei und in einer hohen Verfügbarkeit garantiert werden können, verbraucht ein Rechenzentrum eine riesige Menge an Energie. Nahezu 100 % der Komponenten, die eine Stromversorgung erfordern, wandeln den eingeführten Strom in Wärme um. Dadurch entsteht ein hoher Abgang an Wärme, der mittels einer anderen Technik wieder auf die optimale Temperatur gekühlt werden muss. 

Dies liegt daran, dass bei einer zu hohen Temperatur die Verfügbarkeit und Leistung der Hardware beeinträchtigt wird und so ein Ausfall entstehen kann. Dadurch ist das IT-System vorübergehend außer Betrieb und es besteht kein Zugriff mehr auf verschiedenste Arten von Daten (Kunden, Finanzen oder auch Daten aus der Buchhaltung). Dieses Szenario ist gerade für kritische Infrastrukturen fatal und daher ist die gesamte Infrastruktur eines Rechenzentrums redundant aufgebaut, inklusive der Stromversorgung und Klimatisierung. 

Die Luftkühlung ist eine häufig verwendete Methode zur Kühlung von Rechenzentren. Bei diesem Ansatz wird kalte Luft in den Raum bzw. die Serverräume geblasen, um die Wärme abzuführen, die von den Servern und anderen Geräten erzeugt wird. Aufgrund des Wetters ist es auch möglich, an einigen Monaten ausschließlich mit der Außenluft zu kühlen. Hierfür gibt es die direkte oder indirekte freie Kühlung. Bei der indirekten freien Kühlung wird mit einem Wärmeüberträger die entstehende warme Luft aus dem Rechenzentrum geführt. Hier wird keine zusätzliche Technik für die Kühlung benötigt, wodurch auch Kosten gespart werden.

Eine Alternative zur Kühlung von Rechenzentren ist der Einsatz von Flüssigkeit, auch als Flüssigkeitskühlung oder Wasserkühlung bezeichnet. Im Vergleich zur Luftkühlung bietet die Kühlung mit Flüssigkeit eine verbesserte Wärmeabfuhr und kann höhere Leistungsdichten unterstützen. Es gibt verschiedene Arten von Flüssigkeitskühlungsanlagen, die in Rechenzentren eingesetzt werden können:

Direkte Flüssigkeitskühlung: Bei diesem Ansatz werden einzelne Server oder Geräte direkt mit Flüssigkeitskühlungssystemen verbunden. Diese Systeme bestehen aus Kühlkörpern, die an die Komponenten des Servers angebracht sind und Rohren oder Schläuchen, durch die eine Flüssigkeit wie Wasser oder eine spezielle Kühlflüssigkeit zirkuliert. Die Flüssigkeit nimmt die Wärme der Komponenten auf und wird dann durch einen externen Wärmetauscher abgekühlt. 

Indirekte Flüssigkeitskühlung: Hier wird die Flüssigkeit nicht direkt mit den Servern in Berührung gebracht, sondern verwendet, um einen externen Wärmetauscher wie beispielsweise eine Klimaanlage zu kühlen. Die gekühlte Flüssigkeit wird dann zu den Servern gepumpt und durch spezielle Wärmetauscher oder Kühlkörper geleitet, um die Wärme abzuführen. Diese Methode kann eine größere Flexibilität bieten, da sie mit verschiedenen Kühlsystemen integriert werden kann.

2.1 Das Prinzip der freien Kühlung 

Das Prinzip der freien Kühlung beschreibt eine Methode zur Kühlung von Rechenzentren, bei der die Außenluft genutzt wird, um die Temperatur im Inneren des Rechenzentrums auf einem optimalen Niveau zu halten. Dabei wird die Klimatisierung mithilfe von Klimageräten oder Kühlsystemen reduziert oder sogar ganz vermieden. Anstatt die ganze Zeit Klimatisierungssysteme zu betreiben, die kühle Luft erzeugen, basiert die freie Kühlung auf der Nutzung der Außenlufttemperatur. Wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als die erforderliche Temperatur im Rechenzentrum, wird sie eingesetzt, um den Raum zu kühlen. Damit die Außenluft in das Rechenzentrum gelangen kann, werden Filtersysteme verwendet, um Verunreinigungen wie Staub, Partikel und Schadstoffe aus der Luft zu entfernen und somit die Qualität der Luft im Rechenzentrum aufrechtzuerhalten. Um die Wärme im Inneren des Rechenzentrums effizient zu entfernen, werden Wärmetauscher eingesetzt. Diese ermöglichen den Transfer der Wärme von der Infrastruktur des Rechenzentrums zur Außenluft. Dabei wird die warme Luft aus dem Rechenzentrum abgeführt und kühle Luft von außen wird angesogen. Für eine optimale Nutzung der freien Kühlung werden Steuerungssysteme eingesetzt, die die Temperatur und Luftfeuchtigkeit messen und die Klimatisierung entsprechend anpassen. Dies stellt sicher, dass die richtige Menge an Außenluft verwendet wird, um die gewünschten Kühlungsbedingungen zu erreichen.

Durch diese Kühlungsmethode ergeben sich verschiedene Vorteile:

Energieeffizienz: Da die frische Luft von außen verwendet wird, um die Temperatur im Rechenzentrum zu regulieren, wird weniger Energie für die Klimatisierung benötigt. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen und ermöglicht einen umweltfreundlicheren Betrieb.

Nachhaltigkeit: Durch die Reduzierung des Energieverbrauchs und die Nutzung natürlicher Ressourcen wie der Außenluft trägt die freie Kühlung zur Nachhaltigkeit des Rechenzentrums bei und verringert die Umweltauswirkungen.

Betriebskontinuität: Die Verwendung der freien Kühlung kann auch die Betriebskontinuität verbessern, da sie unabhängiger von herkömmlichen Klimatisierungssystemen ist. Selbst bei Ausfällen oder Wartungsarbeiten an Klimaanlagen kann das Rechenzentrum mithilfe der freien Kühlung weiterhin effektiv gekühlt werden.

2.2 Kalt- und Warmgang 

Das Konzept des Kalt- und Warmgangs basiert auf der Trennung des Luftstroms von der Kalt- und Warmseite der Server-Racks, um eine optimale Kühlung und minimale Energieverluste zu gewährleisten.

Kaltgang: Der Kaltgang ist der Bereich im Rechenzentrum, in dem die kalte Luft aus den Klimaanlagen oder Kühlsystemen zu den Server-Racks geleitet wird. Der Kaltgang wird normalerweise durch abgedichtete Bodenplatten oder erhöhte Böden gekennzeichnet, durch die die kalte Luft von den Klimatisierungseinheiten direkt zu den Servern geleitet wird.

Warmgang: Der Warmgang ist der Bereich im Rechenzentrum, in dem die warme Luft von den Server-Racks abgeführt wird und zu den Rückseiten der Klimatisierungssysteme zurückströmt. Der Warmgang wird normalerweise durch abgedichtete Decken oder Lüftungsöffnungen gekennzeichnet, die verhindern, dass die warme Luft zurück in den Kaltgang gelangt.

Trennung der Luftströme: Die physische Trennung der Kalt- und Warmgänge verhindert Luftvermischung und Kurzschlussströmungen. Dadurch können die Kühlsysteme effizienter arbeiten und die Temperatur im Kaltgang besser kontrolliert werden. 

Zur Verbesserung der Energieeffizienz arbeiten Rechenzentrumsbetreiber regelmäßig an der Testung, Evaluierung und entsprechend auch an der Einführung von klimafreundlichen Kühlungsmöglichkeiten. Neben der freien Kühlung sowie der Kühlung mit Wasser entstehen in diesem Bereich zahlreiche Innovation zur Förderung der Nachhaltigkeit von Rechenzentrumsbetreibern. 

Mögliche Alternativen:

Die Tauchkühlung: Bei dieser etwas neueren Methode werden die Racks in eine Flüssigkeit gelegt, die Wärme weiterleiten kann und dadurch einen deutlich geringeren Strombedarf erfordert. 

Adiabiatische Kühlmethode: Bei dieser Möglichkeit erfolgt die Klimatisierung anhand des bestehenden Luftdrucks und erzeugt die Kühlung mittels Verdunstung. Die entstehende Luft wird mit der Wärme durch feuchte Matten geleitet und gekühlt wieder abgeführt. Hierfür befinden sich Pumpen an den Matten zur Befeuchtung 

Natürlich können Rechenzentrumsbetreiber neben der Klimatisierung auch mit anderen Möglichkeiten nachhaltig agieren. Neben dem Umstieg des Fuhrparks auf Elektro- oder hybride Fahrzeuge kann auch das Arbeiten ohne Papier eingeführt werden. Zusätzlich kann nicht mehr benötigte Hardware anderweitig effizient eingesetzt werden. 

Die Klimatisierung innerhalb eines Rechenzentrums ist entscheiden für die Sicherstellung der Verfügbarkeit. Neben den bewährten Methoden der Luftkühlung mittels direkter oder indirekter Kühlung und dem Einsatz eines Doppelbodens zur Erzeugung von Kalt- und Warmgängen entstehen immer mehr Innovationen für nachhaltige Lösungen. 

Das komplexe Vorgehen ist ein wichtiger Grund für Kund:innen, Dienste des Serverhousings in Anspruch zu nehmen. Neben diesem Grund ist auch die Unterbrechungsfreie Stromversorgung elementar sowie die Überwachung und Gewährleistung der Sicherheit 24/7/365.  Zudem verfügen Rechenzentrum über ein redundantes Backbone, sodass Strom und Klimatisierung und daher auch die Verfügbarkeit zu 99,99 % garantiert werden können. 

Für Rechenzentrumsbetreiber gibt es immer mehr Alternativen und mit der Zeit werden auch Datacenter immer nachhaltiger. Auch wir bei TelemaxX arbeiten aktiv an dem Thema Nachhaltigkeit und sind ständig in Evaluierung. Unser Ziel ist die Weiterverfolgung unserer Nachhaltigkeitsstrategie sowie neue und bestehende Leistungen weiterhin mit hoher Leistung und Verfügbarkeit für unsere Kund:innen anzubieten.