Kühlungssystem des Rechenzentrums

Das Kühlungssystem des Rechenzentrums ist ein Komplex aus Anlagen, die die Wärme von den Servern abführen und den zulässigen Temperatur- und Feuchtigkeitsmodus im Rechenzentrum aufrechterhalten. Es verhindert eine Überhitzung, die zu Ausfällen und einer verkürzten Lebensdauer der Geräte führt.

Was ist ein Kühlungssystem des Rechenzentrums

Kühlungssystem des Rechenzentrums — das ist eine technische Infrastruktur, die die von der Serverausrüstung erzeugte Wärme abführt und die vorgegebenen Mikroklimaparameter aufrechterhält. Ein Rack mit Servern erzeugt dutzende Kilowatt Wärme, daher überhitzt die Ausrüstung ohne Kühlung, verliert an Leistung und fällt aus. Die wichtigsten Parameter, die das System kontrolliert, sind die Lufttemperatur am Eingang der Server (in der Regel 18–27 °C) und die Feuchtigkeit (40–60%), die statische Elektrizität und Kondensat verhindert. Moderne Rechenzentren nutzen das Schema mit Kalt- und Warmgängen, das die kalte Zuluft und die warme Abluft trennt.

Arten von Kühlungssystemen

Nach dem Funktionsprinzip unterscheidet man Luftkühlung, Flüssigkeits- (Wasser-) kühlung und ihre Kombinationen. Die Luftkühlung ist die am weitesten verbreitete Variante: Präzisionsklimageräte (CRAC/CRAH) führen die kalte Luft unter den Doppelboden oder von oben zu, und die warme Luft wird in den Warmgang abgegeben. Bei hoher Dichte der Racks reicht die Luft nicht aus, und man setzt die Flüssigkeitskühlung ein: Die kalte Flüssigkeit wird über Rohre direkt an die Server geführt (Hintertür-Wärmetauscher, Immersionskühlung). Moderne Rechenzentren nutzen häufig die Freikühlung (Free Cooling), bei niedrigen Außentemperaturen die Außenluft verwendet wird, was Strom spart.

Wie funktioniert die Luftkühlung

Klassisches Schema: Die kalte Luft wird über den Doppelboden in den Kaltgang geführt, von den Servern von vorn angesaugt, läuft durch die Ausrüstung, erwärmt sich und wird hinten in den Warmgang abgegeben. Präzisionsklimageräte nehmen die warme Luft auf, kühlen sie mit Wärmetauschern und führen sie erneut in den Kaltgang. Die Klimageräte nutzen einen Kältekreislauf (Kompressor, Verdampfer, Kondensator) und sind mit luft- oder wassergeführter Wärmeabfuhr nach außen erhältlich. Den Prozess steuert die Automatik, die die Temperatur mit Sensoren an verschiedenen Punkten des Maschinenraums überwacht. Bei einem Ausfall eines Klimageräts setzen die Reserveaggregate (N+1, 2N) die Kühlung ohne Unterbrechung des Dienstes fort.

Flüssigkeitskühlung dichter Racks

Wenn die Leistung des Racks die Möglichkeiten der Luft überschreitet (zum Beispiel 20–30 kW und mehr), geht man zur Flüssigkeitskühlung über. Im Schema mit Hintertür-Wärmetauschern zirkuliert das kalte Wasser in den Platten hinter den Racks und nimmt die Wärme am Ausgang auf. Die Immersionskühlung taucht die Server vollständig in eine dielektrische Flüssigkeit und führt die Wärme maximal effektiv ab, erfordert aber spezielle Racks und verringert den Wartungskomfort. Flüssigkeitssysteme verwenden Kaltwassersätze und Trockenkühler zur Wärmeabfuhr nach außen. Die Verteilung des kalten Wassers, die Redundanz der Pumpen und die Lecküberwachung sind kritische Aufgaben beim Betrieb einer solchen Kühlung.

Warum Kontrolle und Redundanz wichtig sind

Ein Kühlungsausfall führt schnell zu einem Temperaturanstieg und zur Notabschaltung der Server selbst bei intakter Stromversorgung. Daher werden Kühlungssysteme mit Redundanz geplant: Kälteleistungsreserve (N+1), unabhängige elektrische Speisungen und die Doppelung von Pumpen und Kaltwassersätzen. Das Kühlungsmonitoring ist Teil des Rechenzentrums-Managementsystems und bewertet Temperatur, Feuchtigkeit und Energieverbrauch je Rack. Die Energieeffizienz wird mit dem PUE-Wert gemessen: Je näher er an 1 liegt, desto weniger Energie verbraucht die Infrastruktur für Kühlung und sonstige Bedürfnisse relativ zur Nutzlast.