Kühlung von Rechenzentren

Die steigende Nachfrage nach Datenverarbeitung und Speicherkapazitäten hat dazu geführt, dass große Unternehmen in neue Anlagen investieren, die webbasierte Dienste für immer mehr Benutzende bereitstellen. In diesen Anlagen ist es für die Wartung der Geräte und die Sicherstellung des Betriebs von entscheidender Bedeutung, die richtigen Bedingungen für zum Beispiel Temperatur und Feuchte zu haben.

Rechenzentren sind energieintensive Anlagen, die derzeit mehr als 1,3 % der weltweiten Stromproduktion verbrauchen. Diese Energie wird in Wärme umgewandelt, die von dem Gerätegehäuse abgeführt werden muss, um die korrekte Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Kühlung und Klimatisierung zählen zu den wichtigsten Prozessen in jedem Rechenzentrum. Die Kühlung des Rechenzentrums kann auf verschiedene Arten erfolgen, je nach Standort und lokalem Klima.

Die Kühlung von Kühlmitteln verbraucht viel Energie, kann jedoch durch die Berücksichtigung des Klimas bei der Wahl des Standortes für das Rechenzentrum eingespart werden. In trockenem Klima ist die Verdunstungskühlung wirksam, um Wärme abzuführen. In kalten Klimazonen kann eine direkte Kühlung mit trockener, kalter Luft eingesetzt werden. Orte in der Nähe von Wasser bieten die Möglichkeit, die Wärme ins Wasser abzuleiten.

Die richtige Temperatur

Die ASHRAE 2011 Richtlinien für die Bedingungen in Rechenzentren empfehlen eine Zulufttemperatur und eine Feuchteumhüllung von 18 bis 27 °C bzw. 25 bis 80 % rF (Taupunkttemperatur 5 bis 15 °C). In einer traditionellen Umgebung wird der Geräteraum klimatisiert, indem Geräte in Reihen (heiße Gänge) unterteilt werden und klimatisierte, kalte Luft normalerweise durch den Boden zwischen den Reihen (kalte Gänge) zugeführt wird. Wenn kühle Luft durch das Gerätegehäuse von einem kalten zu einem heißen Gang strömt, leitet sie die von den Geräten erzeugte Wärme durch die Decke ab. Die Temperatur wird mit einer Computer Room Air Conditioner-Einheit (CRAC) geregelt, die sowohl Heiz- als auch Kühlfunktionen ausführt (wenn auch nicht gleichzeitig). Zum Heizen wälzt der CRAC warme Luft aus den heißen Gängen mit kühler Außenluft um. Zum Kühlen wird die einströmende Luft gekühlt, um die richtige Temperatur zu erreichen.

Feuchtewerte aufrechterhalten

Neben der Temperatur ist auch die Überwachung und Steuerung der Feuchte im Geräteraum von entscheidender Bedeutung. Insbesondere in kühlen Klimazonen, in denen luftseitige Wärmetauscher verwendet werden, ist der absolute Wasserdampfgehalt der Luft von Natur aus niedrig. Die relative Feuchte von Luft nimmt bei Erwärmung ab und kann so unter den gewünschten Wert fallen. Zu trockene Luft erhöht das Risiko statischer Aufladung und erfordert eine zusätzliche Befeuchtung durch Sprüh- oder Verdunstungsbefeuchter.

Wenn die Außentemperatur akzeptable Grenzwerte überschreitet, muss die einströmende Luft gekühlt werden. Um den Bedarf an energieintensiver mechanischer Kühlung zu minimieren, kann die Kühlung dadurch erreicht werden, dass Wassernebel – der sofort verdampft – in die einströmende Luft gesprüht wird. Wenn die Luftfeuchte vor und nach dem Befeuchter bekannt ist, kann das Steuersystem die Befeuchter so einstellen, dass eine maximale adiabatische Kühleffizienz gewährleistet wird. Gleichzeitig können die relativen Feuchtegrenzwerte eingehalten und mögliche Korrosionsprobleme aufgrund einer zu hohen relativen Feuchte vermieden werden. In Systemen, in denen Flüssigkeit als Wärmeträger verwendet wird, kann das Kühlmittel in Kühltürmen gekühlt werden, bei denen es sich um Wärmetauscher handelt, die ein ähnliches Prinzip der Verdunstungskühlung verwenden. Die effiziente Steuerung eines Kühlturms erfordert genaue Feuchte- und Temperaturmessungen, die wiederum eine maximale Kühleffizienz bei minimiertem Energieverbrauch ermöglichen und auch ein Mittel zur Überwachung der Kühlleistung des Turms bieten.

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