Die doppelte freie Kühlung im Rechenzentrum

Einführung

Abb. 1 Prototyp des Kompaktklimageräts von Huber & Ranner im Testlabor mit angebauten Kanalstücken. (Abb. Huber & Ranner) Um die Klimatisierung eines Rechenzentrums zu optimieren, ist es sinnvoll, die gesamte Anlagentechnik und deren Parameter, einschließlich IT-Geräte, ganzheitlich zu betrachten, wie Prozessoren mit geringerer Wärmelast, Prozessoren, die auch bei höheren Temperaturen sicher funktionieren, die Luftströmung im Rechnerschrank und im Rechnerraum, die Raumdichtheit, die Kälteerzeugung und die Klimageräte. Eine ganzheitliche Betrachtung ist erfolgreich, wenn jeder einzelne Teilbereich auch für sich selbst optimiert wird. Dazu gehört unter anderem das Klimagerät als Herzstück der Klimatisierung von Rechenzentren.
Für ein Bauvorhaben des Staatlichen Bauamts 1 in München wurde mit diesem Ansatz ein neuartiges Klimagerät entwickelt, das für ein kleines Rechenzentrum mit einer maximalen Kühllast von 32 kW konzipiert wurde. Gesucht wurde die optimale Klimatechnik.

Die Randbedingungen

Als erste Maßnahme wurde darauf geachtet, dass im Serverraum Warm- und Kaltzonen entstehen. Reine Warm- und Kaltgänge waren bei der Sanierung aufgrund der Gegebenheiten vor Ort nicht möglich. Für die Zuluftzuführung wurden im Doppelboden auf einer Seite der IT-Geräte Schlitzplatten mit geringem Widerstand verlegt. Die ausströmende Luft wird von den IT-Geräten angesaugt, durchströmt diese und wird dabei erwärmt. Die erwärmte Luft wird direkt über den IT-Geräten über Luftgitter an der Decke abgesaugt und über ein Luftkanalnetz zonenweise zum jeweiligen Klimagerät geführt. Der Luftvolumenstrom des Klimageräts wird anhand einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen Zu- und Abluft stufenlos entsprechend der aktuellen Kühllast geregelt. Bei Bedarf wird der Volumenstrom punktuell oder insgesamt erhöht, wenn es an den kritischen Stellen der IT-Einrichtungen zu warm werden sollte. Die Zulufttemperatur liegt zwischen 16 und 20 °C, bei einer konstanten Ablufttemperatur von 32 °C. So wird in der Kaltzone eine Raumtemperatur von zumeist 21 °C erreicht (max. 25 °C) bei einer Raumfeuchte von 25 bis 60 % r. F. (relative Feuchte) und einer maximalen Zuluftfeuchte von 80 % r. F.

Kein Standard beim Klimagerät

Bei der Betrachtung der Randbedingungen wurde klar, dass für die verschiedenen Betriebsfälle während eines Jahrs nur jeweils unterschiedliche Anlagenausführungen zur optimalen Anlage führen würden. Eine Standardlösung wäre daher immer nur für einen Betriebsfall das Optimum und für alle anderen Fälle ein Kompromiss gewesen, bei dem noch annehmbare Ergebnisse erzielt werden. Um alle Energieeinsparpotenziale nutzen zu können, ist eine flexible Systemlösung gefragt.
Für den Betrieb der Anlage während eines Jahrs wurden acht verschiedene Betriebsfälle definiert und in einem h,x- Diagramm markiert (Abb. 2). Für jeden dieser Betriebsfälle wurde die optimale Anlagenlösung konzipiert und im Klimagerät umgesetzt. Für jeden Betriebsfall werden die Ventilatoren, die Wärmeübertrager und die Klappen einzeln geregelt, sodass auf jeden Außenluftzustand reagiert werden kann und stets der geringste Stromverbrauch entsteht. Für die Berechnung der Stromverbräuche wurde für jeden Außenluftzustand die bekannte Summenhäufigkeit herangezogen.