Was bedeutet Präzisionsklimatisierung jetzt? Und ist es immer noch eine Notwendigkeit für IT-Bereiche?

Vor einigen Jahren war die Notwendigkeit, eine präzise Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle in einem IT-Raum aufrechtzuerhalten, für Rechenzentrumsmanager von höchster Priorität und ein Hauptmotivator für den Kauf einer Präzisionsklimaanlage. In den letzten Jahren hat die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) ihre Empfehlungen jedoch gelockert und die Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche erweitert, die in Umgebungen, in denen sensible IT-Geräte untergebracht sind, wie Rechenzentren, Serverräume, Netzwerkschränke, Technologieräume oder andere Räume wie medizinische Gerätesuiten, Labore und Telekommunikationszentren, als akzeptabel erachtet werden. Folglich wird die Präzisionskühlung im buchstäblichsten Sinne nicht mehr als absolute Notwendigkeit angesehen, die sie einst war.

Das richtige IT-Wärmemanagement bleibt jedoch sicherlich eine kritische Priorität. Präzisionsklimaanlagen – oder Kühlsysteme für Rechenzentren – sind immer noch sehr wichtig, auch wenn präzise (innerhalb von 1 oder 2 Grad) Temperatur- und Feuchtigkeitssollwerte nicht mehr zwingend erforderlich sind. Zum Teil liegt dies daran, dass das Spektrum der zulässigen Temperaturen im IT-Raum zwar erweitert wurde, aber auch die Wärmemenge, die von den immer anspruchsvolleren Servern erzeugt wird, die zur Unterstützung der heutigen leistungs- und datenintensiven Anwendungen benötigt werden, einschließlich Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI) und andere. Und die richtige Verwaltung dieser Hitze ist der Schlüssel, um sicherzustellen, dass die IT-Ausrüstung optimal funktioniert.

Darüber hinaus sind die Folgen für die Überschreitung der empfohlenen Wärmeschwellen genauso schwerwiegend wie je zuvor. Übermäßige Hitze kann die Ausrüstung belasten, was zu Komponentenausfällen oder manchmal zu einer vollständigen Abschaltung des Systems führen kann, und das alles kann innerhalb weniger Minuten geschehen. Ausfälle von IT-Geräten führen oft zu ungeplanten Ausfallzeiten für ein Unternehmen, was zu unglaublich hohen Kosten führt, die die Kosten für Geräteschäden übersteigen und Umsatzausfälle, Störungen des Kundendienstes und Reputationsschäden umfassen, die lange nach der Reparatur der Geräte bestehen bleiben können und das Unternehmen wieder in Betrieb ist.

Um potenziell katastrophale Bedrohungen für die geschäftskritische Kontinuität zu verhindern, ist eine Präzisionsklimatisierung – oder was Vertiv häufiger als Wärmemanagement bezeichnet – immer noch eine sehr wichtige Notwendigkeit in Rechenzentren und IT-Bereichen.

Können Gebäudeklimaanlagen IT-Geräte nur als Präzisionsklimaanlagen kühlen?

In einigen IT-Räumen, wie z. B. Server- oder Technologieräumen in einem Verwaltungsgebäude, verlassen sich Facility Manager häufig auf das Komfortkühlsystem des Gebäudes, um die Umgebung im IT-Raum zu erhalten. Es stimmt, dass eine kommerzielle AC-Lösung eine gewisse Rolle bei der Kontrolle von Temperatur, Feuchtigkeit und Luftqualität in diesen Räumen spielen kann. Aber die Systeme fehlen in vielerlei Hinsicht, angefangen mit der Tatsache, dass die Komfortkühlung für Personenräume und die Präzisionskühlung für IT-Räume speziell für sehr unterschiedliche Zwecke entwickelt wurden.

Stellen Sie sich das so vor: Autos und Lastwagen teilen sich die gleichen Grundkomponenten (Motoren, Lenkräder, Bremsen usw.), aber Sie würden keine Limousine für einen Offroad-Ausflug wählen. Mit anderen Worten, die Fahrzeuge sind für sehr unterschiedliche Anwendungen vorgesehen. Dasselbe gilt für Präzisionsklimaanlagen oder Wärmemanagementsysteme.

Insbesondere sind diese Spezialkühllösungen für Folgendes konzipiert:

• Bewältigen Sie die einzigartige, konzentrierte Wärmebelastung, die von IT-Geräten erzeugt wird. Die heutigen hochentwickelten IT-Geräte erzeugen eine erhebliche Menge an Wärme. Und wenn man den anhaltenden Anstieg der durchschnittlichen Rackdichten in Verbindung mit dem Wachstum kleinerer Edge-Standorte berücksichtigt, wird deutlich, dass die Klimaanlagen eines Gewerbegebäudes nicht für die erhöhten, konzentrierten Wärmelasten ausgestattet sind. Darüber hinaus wurden viele Räume, die heute für die IT genutzt werden, ursprünglich nicht für die Unterbringung kritischer Geräte konzipiert, wodurch weniger als ideale Umgebungsbedingungen geschaffen wurden, die zusätzliche Kühlherausforderungen mit sich bringen können, die Komfortkühllösungen noch weniger effektiv machen.
  Kühllösungen für Rechenzentren hingegen wurden speziell entwickelt, um die Wärme in diesen Räumen zu kontrollieren. Diese Wärmemanagementsysteme sind so konzipiert, dass sie die Wärme in kleinen, dichten Räumen auffangen und in einer von mehreren Methoden ableiten, je nach gewähltem Systemtyp.
• Laufen Sie 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr, unabhängig von der Außentemperatur. Wenn es draußen kalt ist, benötigen Bürogebäude kein Wechselstrom. Aber IT-Räume tun es immer noch. Genauso wie ein Lebensmittelhändler Spezialausrüstung benötigt, um die gefrorenen Erbsen gefroren zu halten, auch wenn sie im Freien unter Null liegen, müssen Rechenzentren und andere IT-Räume eine Möglichkeit haben, Wärme unabhängig von der Außentemperatur zu entfernen. Die meisten Komfortkühlsysteme sind jedoch nur für den Betrieb konzipiert, wenn die Temperaturen im Freien über etwa 55 Grad Fahrenheit liegen. Darüber hinaus schalten sich, unabhängig von der Außentemperatur, einige kommerzielle AC-Systeme nach Geschäftsschluss oder an Wochenenden ab, sodass die Computerausrüstung immer ohne Schutz eingeschaltet bleibt.
  Kühlsysteme in Rechenzentrumsqualität überwinden diese Probleme und sind speziell für den ständigen Betrieb konzipiert – selbst wenn die Außentemperaturen auf 10 °C sinken oder es Sonntagmorgen um 2:00 Uhr ist. Dadurch wird sichergestellt, dass Ihre Geräte immer ordnungsgemäß gekühlt werden.
• Den größten Teil ihrer Kapazität der Kontrolle der Raumtemperatur widmen. Bei einem typischen Gebäudekühlsystem wird die Kapazität zwischen den Aufgaben der Kühlung des Raums und der Entfernung von Feuchtigkeit (Feuchtigkeit) aus der Luft aufgeteilt, um den Komfort der Menschen in wärmeren Teilen des Jahres zu gewährleisten. Bis zu 40 % der Gesamtkapazität eines solchen Systems können zur Feuchtigkeitsverarbeitung geleitet werden. In einem solchen Fall beträgt das sinnvolle Wärmeverhältnis 0,60, was bedeutet, dass nur 60 % der Kühlleistung für die Temperaturänderung der Luft vorgesehen sind.
  In IT-Bereichen bedeutet dies viel Verschwendung. IT-Geräte erzeugen in der Regel trockene, intensive Wärme, sodass sie nicht fast so viel Kapazität benötigen, um in Richtung Feuchtigkeit zu gelangen. Wenn ein 100 Kilowatt (kW) Komfortkühlsystem gekauft wird, um 100 kW IT-Last zu kühlen, wird die Lösung wahrscheinlich versagen, da die IT-Kühlkapazität des Systems nur etwa 60 kW betragen wird.
  Die meisten Präzisionskühlsysteme von heute sind mit einem sinnvollen Wärmeverhältnis von mindestens 0,90 ausgelegt. Das sind 90 % der Kühlkapazität, die für die Kühlung der IT-Geräte vorgesehen ist, und die restlichen 10 % der Kapazität, die für die Entfernung von Feuchtigkeit vorgesehen ist, die von außen in den Raum eindringen kann. Viele Vertiv™ Wärmemanagementsysteme bieten ein sinnvolles Wärmeverhältnis von 0,95.

Wie funktioniert ein Wärmemanagementsystem in Rechenzentrumsqualität?

Obwohl es verschiedene Arten von Präzisionsklimaanlagen oder Wärmemanagementsystemen gibt, die auf die einzigartigen Anforderungen einer Vielzahl von Anwendungen ausgelegt sind, funktionieren alle Systeme im Allgemeinen auf die gleiche Weise. Das Gerät liefert optimale Lufttemperatur für die Einlasslüfter der IT-Ausrüstung unter Verwendung einer Einheit oder Einheiten, die im IT-Raum installiert sind, entweder am Umfang des Raums, in der Reihe oder in den Racks oder der Decke, wenn der Platzbedarf gering ist. Diese Innengeräte verwenden Kühlung oder verlassen sich zum Kühlen der Luft auf kaltes Wasser oder Kühlmittel auf Glykolbasis. Sie verwenden Ventilatoren und Luftstrom, um die kühle Luft an die richtigen Stellen zu leiten.

Gleichzeitig wird die durch das Equipment erzeugte Heissluft aufgefangen und aus dem IT-Bereich abgewiesen. Die Wärmeabweisungseinheit des Wärmemanagementsystems entfernt die Wärme auf eine von mehreren Arten:

• Durch die Kanalisierung zu einer Kaltwasseranlage im Gebäude. Kaltwasserkühlsysteme wie das innovative Vertiv™ Liebert® CW-System sind eine gute Wahl für große Rechenzentren, die Zugang zu einer Kaltwasseranlage haben. Für kleinere Räume oder Räume in Hochhäusern, in denen es nicht möglich ist, die Luft im Freien abzuweisen, kann eine kompakte Perimeter-Kühllösung, wie die Vertiv™ Liebert® PCW, oder sogar ein deckenmontiertes Präzisionskühlsystem, wie die Kaltwasserversion der Vertiv™ Liebert® Mini-Mate, die Wärme effizient sammeln und über eine gemeinsame Rohrleitungsschleife an die Kaltwasseranlage des Gebäudes senden.
• Durch Ablehnen im Freien. Luftgekühlte Direktverdampfungssysteme koppeln eine Klimaanlage für den Innencomputerraum (CRAC) mit einer Wärmeabweisungseinheit im Freien und verwenden Umgebungsluft im Freien, um das Kältemittel zu kühlen. Diese Systeme, wie die Vertiv™ Liebert® DS, sind äußerst zuverlässig, da sie nicht von anderen Gebäudesystemen abhängen, um die abgewiesene Wärme zu kühlen. Jede Einheit benötigt jedoch eine eigene Rohrleitung und eine Wärmeabweisungseinheit im Freien, die wertvollen Platz einnehmen kann.
• Durch Abweisung in einen warmen Gebäudewasserkreislauf. Wassergekühlte Direktverdampfungssysteme, wie die Vertiv™ Liebert® PDX, verbinden mehrere CRAC-Einheiten in Innenräumen mit einem warmen Gebäudewasserkreislauf, in der Regel einem Kühlturmsystem, bei dem das Kältemittel durch das Prozesswasser gekühlt wird. Kleine und mittelgroße Räume in Einrichtungen, in denen ein Gebäudewassersystem vorhanden ist, sind gute Kandidaten für diese Lösung.
• Durch den Anschluss an einen Außenflüssigkeitskühler wie einen Trockenkühler. Glykolgekühlte Direktverdampfungssysteme verbinden mehrere CRAC-Einheiten in Innenräumen mit einem Trockenkühlerkreislauf und einem Pumpensystem, die eine warme Wasserglykol-Frostschutzlösung zur Kühlung des Kältemittels zirkulieren lassen. Kleine und mittelgroße Räume können von diesen Arten von Systemen profitieren, aber es muss genügend Platz auf dem Dach vorhanden sein, um den Trockenkühler und die Pumpen unterzubringen.
• Durch die Verwendung einer speziellen Flüssigkeit zur direkten Kühlung des Geräts. Die Flüssigkeitskühlung entwickelt sich zu einer weiteren Option für das IT-Wärmemanagement. Wenn Sie jemals einen Finger stark verbrannt haben, wissen Sie, dass Luft (d. h. auf ihn blast) oft nicht ausreicht, um die Verbrennung zu lindern. Sie müssen Ihren Finger zur Linderung unter kaltem Wasser laufen lassen. Bahnbrechende Flüssigkeitskühlsysteme, wie Vertiv™ Liebert® XDU und Vertiv™ Liebert® XDM, verwenden eher Flüssigkeit als Luft, um IT-Geräte für bessere Ergebnisse zu kühlen. Eine kühle Flüssigkeit wird in Kühlplatten-Wärmetauscher zirkuliert, die in die IT-Ausrüstung eingebettet sind. Dies sorgt für eine äußerst effiziente Kühlung, da das Kühlmedium direkt an die IT-Anlage geleitet wird, anstatt den gesamten Raum zu kühlen. Es erfordert jedoch spezielle IT-Ausrüstung mit integrierten Flüssigkeits-/Flüssigkeitswärmetauschern. Die Flüssigkeitskühlung ist am praktischsten für High-Density- oder Performance-Computing-Anwendungen, bei denen die Wärme am intensivsten ist.

Zusätzliche Komponenten des Wärmemanagementsystems

Zusätzlich zu den Innengeräten und den Wärmeableitungskomponenten beinhalten Wärmemanagementlösungen oft andere kritische Komponenten oder können in Verbindung mit anderen Hardware- und Softwarekomponenten arbeiten, um die Kühlstrategie zu optimieren. Zu diesen Komponenten gehören:

• Steuerungssystem: Die meisten Wärmemanagementsysteme verfügen über ein grundlegendes Kontrollniveau, mit dem Rechenzentrumsmitarbeiter Temperatur, Feuchtigkeit und Luftstrom im IT-Raum einstellen und überwachen können. Fortschrittliche oder intelligente Steuerungen können verwendet werden, um mehrere Einheiten in einem Raum sowohl für Redundanz- als auch für Effizienzzwecke miteinander zu vernetzen. Wenn Kühlgeräte vernetzt sind, „kämpfen“ oder arbeiten sie nicht gegeneinander, d. h. einige Geräte erwärmen und befeuchten, während andere kühlen und entfeuchten, was dabei Energie verschwendet. Stattdessen arbeiten vernetzte Einheiten als Team zusammen, um die Kühl- und Energieleistung zu optimieren. Die vernetzten Einheiten erhöhen auch die Systemzuverlässigkeit. Sollte eine Einheit Probleme haben, nehmen die anderen im Team die Lücke auf und bieten ein zusätzliches Maß an Schutz für IT-Geräte.
• Sensoren: Strategische Sensorplatzierungen in IT-Bereichen helfen Rechenzentrumsmanagern, die genaue Temperatur der Zuluft für IT-Geräte im Auge zu behalten. Diese Daten werden verwendet, um sicherzustellen, dass das Wärmemanagementsystem nur so viel Kühlung wie nötig bietet, wodurch der Energieverbrauch reduziert und eine Überversorgung verhindert wird.
• Zentrale und dezentrale Überwachung und Alarmierung: Die richtige Überwachungshardware und -software hält das Personal des Rechenzentrums über die Bedingungen in IT-Räumen auf dem Laufenden, was besonders wichtig ist bei entfernten oder verteilten Einrichtungen oder wenn das IT-Personal außerhalb des Standorts arbeitet. Mit der richtigen Lösung können IT-Mitarbeiter alle Standorte innerhalb ihres Netzwerks von einer zentralen Einrichtung aus überwachen. Darüber hinaus umfassen viele Lösungen Benachrichtigungs- und Alarmsysteme, die Teammitglieder auf Komponentenausfälle oder Umgebungsbedingungen aufmerksam machen, die sich möglicherweise außerhalb des angegebenen Betriebsbereichs bewegen, sodass sie Situationen proaktiv angehen können, bevor ein Problem auftritt.

Was sind einige der wichtigsten Funktionen einer Wärmemanagementlösung für Rechenzentren?

Kühlsysteme müssen zwar zuverlässig funktionieren, aber es wird auch erwartet, dass sie so effizient wie möglich funktionieren. IT-Wärmemanagementsysteme machen etwa 38 % des Gesamtenergieverbrauchs in einem typischen Rechenzentrum aus. Es ist unerlässlich, ein Präzisionskühl- oder Wärmemanagementsystem zu wählen, das sowohl auf Zuverlässigkeit als auch auf Effizienz ausgelegt ist.

Zu den Funktionen, nach denen Sie suchen sollten, gehören:

• Lüfter und Kompressoren mit variabler Kapazität. Komponenten, die sich an die tatsächlichen Bedingungen im Raum anpassen können, um nur so viel Kühlung und Luftstrom wie nötig zu bieten, sind der Schlüssel zur Kontrolle des Energieverbrauchs und der Ausgaben, um Nachhaltigkeit zu gewährleisten. Beispielsweise können Lüftertechnologien mit variabler Drehzahl automatisch nach oben und unten modulieren, von 25-100 % je nach System. Durch die Anpassung der Luftstromleistung an die Lastanforderungen im Raum im Gegensatz zum Betrieb bei Spitzenlast zu 100 % der Zeit können diese Lüfter den Energieverbrauch des Lüfters um bis zu 76 % reduzieren.
• Zwei Kompressoren und Netzteil für Redundanz. Präzise Klimaanlagen oder Wärmemanagementsysteme sollten so konstruiert sein, dass sie rund um die Uhr funktionieren und vor möglichen Komponentenausfällen schützen. Suchen Sie nach integrierter Redundanz für Schlüsselkomponenten. Networking-Einheiten können gemeinsam als Team auch dazu beitragen, eine 100%ige Verfügbarkeit der Ausrüstung zu gewährleisten.
• Ökonomisierungssysteme. Optionale Ökonomisierungssysteme ermöglichen es Kühleinheiten, die kühleren Außenlufttemperaturen zu nutzen, um die Anforderungen an die Kühlung im Innenbereich zu erfüllen. So kann beispielsweise ein Gepumpter Kältemittelvorwärmer in einem luftgekühlten System verwendet werden, wobei eine kleine Pumpe kaltes Kältemittel zirkuliert, wenn die Umgebungstemperaturen im Freien niedrig genug sind. Ökonomisierung ist auch eine Option in wassergekühlten und glykolgekühlten Direktverdampfungssystemen, wenn die Wasser- oder Glykoltemperatur aufgrund kalter Außentemperaturen sinkt. Unabhängig von der Art des Systems reduziert die Ökonomisierung die Menge an mechanischer Kühlung oder Kühlung, was den Energieverbrauch erheblich reduziert.
• Optionaler Luftbefeuchter. Um elektrostatische Entladungen zu vermeiden, die Server beschädigen können, oder um die Kühlkapazität bei Verwendung eines Verdunstungskühlsystems zu erhöhen, kann ein Luftbefeuchter die erforderliche Feuchtigkeit in ein Rechenzentrum oder einen IT-Raum bringen.
• Hocheffiziente Luftfilterung. Dies fördert die Luftreinheit im Raum und verhindert, dass Staub und Schmutz die Leistung empfindlicher IT-Geräte beeinträchtigen.

Auswahl der richtigen Wärmemanagementlösung für Ihre Anwendung

Wie dieser Artikel veranschaulicht, gibt es viele Faktoren, die bei der Auswahl einer Präzisionskühlungs- oder IT-Wärmemanagementlösung zu berücksichtigen sind. In den meisten Anwendungen ist die Wahl jedoch auf drei Schlüsselfaktoren beschränkt:

1. In den Raum laden. Das Kühlsystem muss so bemessen sein, dass es die Last im Raum bewältigen kann. Die Last ist die Summe aller IT-Geräte im Raum, plus Lichter und alle Lasten, die durch die Einführung von Außenluft oder Wärmemigration durch Außenwände verursacht werden. Wärmemanagementgeräte sind in verschiedenen Kapazitäten erhältlich. Vertiv bietet Systeme von 2,5 bis 400 kW für alle Arten von Anwendungen.
2. Raumgröße und Logistik. Die Kühlung eines großen Rechenzentrums ist offensichtlich eine andere Herausforderung als die Kühlung eines kleinen Netzwerkschranks, und der Platz selbst bestimmt die Art der von Ihnen gewählten Lösung. Große, traditionelle Rechenzentren mit Doppelböden können größere Präzisionsklimaanlagen aufnehmen, die am Umfang des Raums oder in den Reihen installiert werden können. Kleinere IT-Räume benötigen möglicherweise eine Einheit, die im Rack oder an der Decke montiert werden kann.
3. Methode zur Wärmeabgabe. Wie Sie Wärme aus dem Raum entfernen, ist normalerweise der entscheidende Faktor bei der Wahl des Kühlsystems. Die beste Option hängt davon ab, welche Gebäudesysteme verfügbar sind (Können Sie sich an eine bestehende Kaltwasseranlage oder ein Kühlturmsystem binden?) und von der Architektur der Anlage (Ist es möglich, die Wärme im Freien abzulehnen?) Auch die Bodenfläche und die verfügbaren Außen- und Dachflächen sind wichtig. Wenn Sie eine Anwendung mit sehr hoher Dichte haben, lohnt es sich möglicherweise, sich neue Flüssigkeitskühlungslösungen anzusehen, die gut für diese Umgebungen geeignet sind. Wenn Sie all diese Probleme sowie Effizienz, Betriebskosten und Umweltbedenken berücksichtigen, können Sie bestimmen, welche Art von Präzisions-Cooing oder IT-Wärmemanagementsystem in Ihrem Raum am besten funktioniert.

Die folgende Tabelle kann Ihnen dabei helfen, die verschiedenen verfügbaren Lösungstypen zu vergleichen, und enthält Beispiele für jede dieser Lösungen:

Übernehmen Sie die Kontrolle über Ihre IT-Umgebung

Letztendlich bietet ein echtes und umfassendes Wärmemanagementsystem mehr als nur eine Möglichkeit, Wärme in einem IT-Raum zu sammeln und abzuleiten. Während eine präzise Temperaturkontrolle – die Temperatur innerhalb von ein bis zwei Grad zu halten – nicht das Problem ist, das sie einst war, spielt das Wärmemanagement weiterhin eine entscheidende Rolle beim Betrieb eines Rechenzentrums oder IT-Raums. Das richtige Wärmemanagementsystem, bestehend aus intelligenten Steuerungen und fortschrittlichen Sensoren, effizienzsteigernden Funktionen und einer Überwachungslösung, bietet Rechenzentrumsmitarbeitern die Möglichkeit, die Umgebung effizient zu verwalten und die Anlagenleistung rund um die Uhr zu optimieren, um sie vor Systemausfällen und kostspieligen Ausfallzeiten für das Unternehmen zu schützen.