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Zur Klimatisierung von Serverschränken ... verschiedene Ansätze kurz erläutert

Tipp Hardware Peripheriegeräte

Mitglied: zetboxit

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28.04.2013, aktualisiert 17:57 Uhr, 5758 Aufrufe

Ein oft unterschätztes Problem ist ein Serverschrank in dem hohe Temperaturen entstehen können (durch äußeren Einfluss und durch die eingebauten aktiven Komponenten). Eine geräteverträgliche Temperatur im Schrank liegt bei ca. 25° bis 30° C. Wird es im Schrank wärmer, sollte man sich Gedanken über den Wärmeabfluss machen.

Besondere Problemfelder im Schrank selbst sind so genannte Hotspots. Punkte in einem Schrank wo es besonders heiß wird. Im Schrank selbst ist die Durchschnittstemperatur unter Umständen i.O., aber in einzelnen Schrankbereichen (z.B. oberhalb eines Servers) wird die kritische Temperatur jedoch überschritten.

Eins vorweg: Kälte kann man nicht erzeugen – nur Wärme abführen

Serverschrank richtig kühlen: Es gibt verschiedene Möglichkeiten die Temperatur im Schrank zu senken.

1: Passive Klimatisierung von Serverschränken (oder auch Schaltschränken)
Annahme 1: Der Serverschrank ist geschlossen: Wird im Schrank relativ wenig Wärmeleistung abgegeben, kann es unter Umständen ausreichend sein, dass die Wärme passiv über die „Schrankaußenhaut“ abgeführt wird.

Annahme 2: Ein Serverschrank mit Lochblechtüren ermöglicht es den eingebauten Komponenten Raumluft anzusaugen und nach hinten wieder abzuführen. Der Schrank ist auch in diesem Fall „passiv“.

Zusammengefasst: Passive Klimatisierung bedeutet "natürliche Wärmeabfuhr ohne Hilfe von Zusatzgeräten". Bei geschlossenen Gehäusen ist es die Wärmeabfuhr durch die Gehäuseflächen. Bei relativ offenen Gehäusen findet primäre ein Luftaustausch Lüftungsschlitze statt ("natürliche Konvektion"). Ein wichtige Prämisse: die Umgebungstemperatur muss niedriger sein als die gewünschte Innentemperatur.


2: Aktive Klimatisierung von Serverschränken (oder auch Schaltschränken)
2.1: Kühlung durch Lüftersysteme
Die einfachste Möglichkeit ist der Einbau eines Einschublüters. Dieser kann ohne großen Aufwand auch nachträglich eingebaut werden. Der Einschublüfter hat die Aufgabe die Luft in einem Schrank umzuwälzen u. die Temperatur über die "Schrankaußenhaut" abzugeben. Wichtig: Der Einschublüfter muss so eingebaut werden, dass es zu einer Luftzirkulation im Schrank kommt. Er darf nicht von oben oder unten zugebaut werden (würde zum Leistungsverlust oder Beschädigung des Lüfter führen). Grundlage für diese Funktionsweise: Die Luft außen muss kühler sein als die umgewälzte Luft im Schrank, denn nur so kann ein Wärmeabgabe erfolgen. Falls die Steuerung über ein Thermostat erfolgt - der die Lüfter bei einer bestimmten Temperatur einschaltet - sollte beachtet werden, dass die Messung der Temperatur am heißesten Punkt im Schrank erfolgen sollte.

Eine zweite einfache Möglichkeit die Schranktemperatur zu senken ist der Einbau eines Dachlüfters. Der Dachlüfter hat die Aufgabe die kalte Luft von außen (i.d.R. über den Schrankboden/Schranksockel) einzusaugen, durch den Schrank zu führen u. über das Dach wieder hinauszublasen. Grundlage für diese Funktionsweise: Die angesaugte Luft von außen muss kühler sein als die Temperatur im Schrank. Je größer der Temperaturunterschied desto effektiver die Kühlung.

Bei Schränken mit hoher Dichtigkeit und dem Einsatz von Lüftern muss darauf geachtet weden, dass die eingesetzten Filterlüfter und Austritsfilter (Technik aus der Industrie) auch eine hohe Dichtigkeit haben (optimalerweise min. IP 54). Wichtig: Ist auch nur eine Öffnung am Schrank die nicht die IP Vorgabe erfüllt (sei es ein Lüfter der „nicht dicht“ ist, oder eine Kabelführung die nicht entsprechend abgedichtet wurde), verliert der Schrank seine vorgegebene IP Schutzart.

Lüftertechnik kann es auch in besonders leiser Ausführung geben. Diese ist auch für den Einsatz in einer Büroarbeitsumgebung möglich.

2.2: Kühlung durch Kompressor-Klimageräte mit Kältemittel
Ein klassisches Schrank-Klimagerät sollte i.d.R. nur an Schränke mit mindestens IP54 installiert werden (=hohe Dichtigkeit). Ein Klimagerät funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank. Die Außentemperatur kann höher sein als die geforderte Schrankinnetempeartur (allerdings nicht höher als ca. 50-55°C, da das eingesetzte Kühlmittel die Luft dann nicht mehr runter kühlen kann). Ist der gekühlte Serverschrank nicht besonders Dicht, wird bei einem zu großen Unterschied zwischen Außen- u. Innentemperatur im Schrank Kondenswasser entstehen. Kondenswasser im Schrank hätte zur Folge, dass die eingebauten Geräte sehr schnell ausfallen würden. Die Kühlleistung von einem Kühlgerät kann bis zu 10.000 Watt betragen. Beim Einsatz am Serverschrank sind die gängigen Klimageräte zwischen 1 und 4KW stark. Darüber hinaus ist häufig die Wärmeabfuhr aus dem Raum sehr problematisch. Auch die Lautstärke ist hier zu beachten.
Vorteil dieser klimatisierten Serverschränke: Stand-Alone-System ohne besonderen Installationsaufwand.

2.3: Kühlung durch Luft/Wasserwärmetauscher in Kombination mit Flüssigkeits-Rückkühlern:
Die effektivste Art der Kühlung ist die Luft/Wasserwärmetauscher. Der Luft/Wasserwärmetauscher ist am Schrank, der Rückkühler kann in einem anderen Raum stehen oder im Outdoorbereich.

Vorteile dieser Technik: Sehr hohe Leistungen möglich (auch über 20KW). Es entsteht keine Abwärme im Schrankraum. Nachteil dieser Technik: Kostenintensiv mit hohem Installationsaufwand.

2.4: Weitere Techniken und spezielle Ausführungen:
Eine weitere Technik ist die Kühlung mit einem Luft/Luftwärmetauscher. Diese Technik besteht aus zwei autonomen „Lüfterkreisläufen“. Ein Kreislauf ist im Schrank, der andere im Raum. Dies ist die Alternative zum Filterlüfter und hat den Vorteil, dass es beim Luft/Luftwärmetauscher idR. keinen Filter gibt der getauscht werden müsste.

Spezielle Anwendungen sind z.B. Kühler oder Wärmetauscher in 19zoll Gehäusen oder "Explosion Proof" Kühler, Kühler / Wärmetauscher in Edelstahlausführung oder Kühler / Wärmetauscher für den Outdoorbereich.

Joachim Hennig
2013



Bsp. Serverschrank mit Lochblechtüren / passive Kühlung:
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Bsp. Dachlüfter für Serverschrank / Netzwerkschrank:
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Bsp. Serverschrank mit Kompressor Kühler:
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Zeichnung Funktionsweise Luft-/Wasserwärmetauscher:
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Zeichnung Funktionsweise Luf-/Luftwärmetauscher:
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