Anforderungen an Sensoren in Rechenzentren

Eigentümer und Manager von Rechenzentren sind sich der Notwendigkeit einer besseren Energieeffizienz bewusst. Mit einem Anteil von rund 1 % am weltweiten Stromverbrauch ist die Branche stark von Turbulenzen bei den Energiekosten betroffen, sodass ein sehr starkes Bedürfnis nach Energieeffizienz besteht. Gleichzeitig suchen Regierungen auf der ganzen Welt in energiehungrigen Industrien nach Möglichkeiten, den Einsatz fossiler Brennstoffe zu reduzieren und die Treibhausgasemissionen zu senken.

Etwa 60 % des Energiebedarfs eines Rechenzentrums werden von seiner IT-Infrastruktur getrieben, daher gibt es Möglichkeiten zur Energieeinsparung bei (meist neuen) Geräten, die energieeffizienter sind. Bei den anderen 40 % des Energiebedarfs gibt es jedoch gute Gelegenheiten für die effiziente Nutzung von Energie; am meisten sparen lässt sich bei den Kühl- und Klimaanlagen eines Rechenzentrums.

Eine effiziente Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung ist wichtig für die optimale Funktion der IT-Infrastruktur. In vielen modernen Einrichtungen wird eine Uptime von 99,999 % erwartet, was einer jährlichen Ausfallzeit von nur wenigen Minuten entspricht. Diese extrem hohen Leistungsniveaus sind aufgrund der Bedeutung und des Werts der Daten und Prozesse erforderlich, die von der IT-Infrastruktur verarbeitet werden.

Wie alle guten Maßnahmen zur Effizienzsteigerung in industriellen Prozessen hängt ein effektives Energiemanagement von der Verfügbarkeit genauer, zuverlässiger und kontinuierlicher Überwachungsdaten ab.  Was muss also in Rechenzentren gemessen werden? Und wo?

Messbereich Temperatur

Kühlung und Klimatisierung sind notwendig, um die von IT-Geräten erzeugte Wärme abzuführen, damit Überhitzung und Ausfälle vermieden werden. Daher muss die Temperatur in den Gängen und den Racks sowie in allen Räumen, Kanälen im Lüftungssystem, Kühlsystemrohren und im Freien überwacht werden. Natürlich ist es wichtig, dass die Messorte wirklich repräsentativ sind und dass das Sensornetzwerk in der Lage ist, potenzielle Cold- oder Hot-Spots zu erkennen.

Größere Datenräume können schwieriger zu überwachen sein, da sie ein größeres Potenzial für räumliche Temperaturschwankungen aufweisen. Daher ist es wichtig, dass eine ausreichende Anzahl von Temperatursensoren vorhanden ist, um sicherzustellen, dass alle Server überwacht werden. Einige Server befinden sich möglicherweise in der Nähe einer Kühleinheit, andere weiter entfernt. Einige befinden sich möglicherweise ganz unten in einem Rack, andere weiter oben, sodass ein Potenzial für Veränderungen in allen drei Dimensionen besteht. Neben einer ausreichenden Anzahl an Sensoren ist es daher auch wichtig, dass Luftstrom und Kühlung optimal im Serverraum verteilt sind.

Die meisten Rechenzentren müssen den „Delta T“-Wert überwachen – was allgemein als Temperaturunterschied zwischen warmen und kalten Gängen definiert wird. In Wirklichkeit ist die Situation jedoch komplexer, da es tatsächlich vier verschiedene Delta-Ts (1) gibt, die überwacht werden müssen, wenn der Kühlbetrieb so effizient wie möglich sein soll.

Der offensichtlichste Delta T ist der Temperaturunterschied der Luft vor und nach dem Durchfließen der IT-Ausrüstung. Der zweite häufig gemessene Delta T ist die Temperaturdifferenz zwischen den verschiedenen Einheiten der Kühlausrüstung. In Wirklichkeit ist die Temperatur der Luft, die die Kühleinheiten verlässt, jedoch selten gleich der, die an den IT-Geräten ankommt. Dies liegt normalerweise an Problemen wie Hindernissen, Wirbeln, Druckunterschieden, Lufteinschlüssen usw., die dazu führen, dass sich Kaltluft und Warmluft vermischen. Ebenso ist die Temperatur der Luft, die aus der IT-Ausrüstung herausströmt, häufig schon wieder etwas kühler, wenn sie die Kühleinheiten erreicht. Dies liegt normalerweise daran, dass sich gekühlte Luft aus verschiedenen Gründen mit der erwärmten Luft vermischt, was auf eine Ineffizienz bei der Luftstromsteuerung hinweist.

Die vier Delta-Ts sind also die Temperaturunterschiede:

1. Vor und nach der IT-Ausrüstung
2. Vor und nach den Kühleinheiten
3. Zwischen der Luft, die die Kühleinheiten verlässt, und der Luft, die in die IT-Ausrüstung eintritt
4. Zwischen der Luft, die IT-Ausrüstung verlässt, und der Luft, die in die Kühleinheiten eintritt

Durch die genaue Überwachung dieser vier Delta-Ts können Manager von Rechenzentren ein besseres Verständnis der Faktoren gewinnen, die sich auf die Ineffizienz der Kühlung auswirken, um dann Abhilfe zu schaffen und Verbesserungsmaßnahmen in der Feinabstimmung der Leistung des Rechenzentrums einzuleiten.

In trockenem Klima ist die Verdunstungskühlung wirksam, um Wärme abzuführen. In kalten Klimazonen kann eine direkte Kühlung mit trockener, kalter Luft eingesetzt werden. In den letzten Jahren wurden Lösungen mit Flüssigkeitskühlung immer beliebter, da sie Wärme viel effektiver ableiten. Um diesen Trend zu unterstützen, hat Vaisala einen neuen hochwertigen Sensor zur Messung der Temperatur von Kühl-/Heizflüssigkeiten entwickelt. Der Vaisala TMI110 ist ein Tauchtemperatur-Messwertgeber, der eine schnelle Reaktion und hohe Genauigkeit bietet. Der TMI110 ist eine Ergänzung des umfangreichen HLK-Produktangebots, einschließlich z. B. des allseits beliebten HMD60 für Luftkanäle, des HMT120 für Raumluftmessungen und die hochmoderne Indigo-Plattform für präziseste Messungen in Rechenzentren.

Feuchte

Andererseits können IT-Geräte auch durch Feuchte beeinträchtigt werden; zu niedrige Feuchte erhöht das Risiko für statische Elektrizität, sodass Sprüh- oder Verdunstungsbefeuchter erforderlich sein können. Zu hohe Luftfeuchtigkeit sollte jedoch ebenfalls vermieden werden, da sie zu Kondensation und Korrosion von Komponenten aus Metall führen kann.

In kühleren Klimazonen ist es häufig möglich, kältere Außenluft zum Kühlen der Ausrüstung von Rechenzentren zu verwenden, in einem Prozess, der als Ökonomisierung bekannt ist. Der absolute Wassergehalt dieser Außenluft kann niedrig sein, und da die relative Feuchte der Luft bei Erwärmung abnimmt, kann der Feuchtegehalt unter ein akzeptables Niveau fallen, wenn keine geeigneten Steuerungen vorhanden sind.

Je nach Standort und Anwendung werden unterschiedliche Arten der Feuchtemessung benötigt. Beispielsweise können die relative Luftfeuchte und der Taupunkt in Räumen, Kanälen und im Freien gemessen werden, während in Kühltürmen und Verdunstungsbefeuchtern Feuchttemperaturen gemessen werden müssten und bei der luftseitigen Wärmerückgewinnung Enthalpiesensoren erforderlich sein können. Enthalpie ist ein Ausdruck für die gesamte Wärmeenergie (fühlbare und latente Wärme), die an thermodynamischen Änderungsprozessen beteiligt ist. Diese berechneten Feuchteparameter sind bei modernen Feuchtigkeitssensoren wie denen von Vaisala zumeist direkt verfügbar.

Die drei häufigsten Sensorkonfigurationen für die luftseitige Wärmerückgewinnungssteuerung sind Trockentemperatur, Einzelenthalpie und Doppelenthalpie. Obwohl die Trockentemperatursteuerung die einfachste Methode ist, können potenzielle Energieeinsparungen dadurch übersehen werden, dass die Wärmerückgewinnung nicht aktiv wird, wenn die Umgebungstemperatur etwas wärmer, aber relativ trocken ist.

Die Doppelenthalpie funktioniert auf ähnliche Weise, nur dass zwei Enthalpiesensoren verwendet werden; einer überwacht die Außenluft und der andere die rückfließende Luft. Die Wärmerückgewinnung läuft, wenn die Enthalpie der Außenluft kleiner als die der rückfließenden Luft ist.

Die Messwertgeber von Vaisala wurden speziell für Anwendungen wie Klimatisierung, Vorwärmung und Wärmerückgewinnung entwickelt, dienen zum Messen von Feuchtigkeit und Temperatur und geben auch abgeleitete Werte für Taupunkt, Feuchttemperatur und Enthalpie aus. Bei Temperaturmessungen treten im Allgemeinen keine Abweichungen auf – anders jedoch bei herkömmlichen Feuchtesensoren. Deshalb verwenden die Sensoren von Vaisala die HUMICAP®-Technologie, die Langzeitstabilität und Unempfindlichkeit gegenüber Störungen wie Staub und Kondensation bietet. Diese kapazitiven Dünnfilm-Feuchtesensoren haben sich zum Industriestandard in einer Vielzahl von Anwendungen entwickelt, in denen langfristig genaue, zuverlässige und wartungsfreie Feuchtemessungen erforderlich sind.

Der Luftstrom in Kanälen ermöglicht es Sensoren, schnell auf sich ändernde Bedingungen zu reagieren, während die Luftbewegung in Räumen und anderen Räumen langsam sein kann. Daher ziehen es einige Rechenzentren vor, die Taupunkttemperatur als Parameter zur Feuchtigkeitsregelung zu verwenden, da sie nicht von der Temperatur des Sensors abhängt.

Andere Sensoren, die in Rechenzentren eingesetzt werden können, messen den Differenzdruck in Kanälen und zwischen warmen und kalten Gängen, sowie zusätzliche meteorologische Außenparameter wie Luftdruck, Niederschlag, Windgeschwindigkeit und ‑richtung. Diese Messungen können von einer automatischen Wetterstation, von einzelnen Sensoren oder von einem der WXT530-Instrumente von Vaisala durchgeführt werden, die Halbleitertechnologien verwenden, um die Betriebs- und Wartungskosten zu minimieren. Außensensoren sollten an einem Ort mit freiem Luftstrom platziert werden, fern von Oberflächen, die Wärme abstrahlen und Messungen stören könnten. Selbstverständlich müssen Außenmessungen genauso genau und zuverlässig sein wie Innenmessungen, daher bieten die weltweit führenden meteorologischen Instrumente von Vaisala die erforderliche langfristige Zuverlässigkeit selbst in den rauesten Umgebungen.

Referenz 1. The Four Delta Ts - www.upsite.com/blog/the-4-delta-ts-of-data-center-cooling-what-youre-missing/