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27. August 2014 Autor: Dr.-Ing. Manfred Stahl

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So funktioniert die CoolWall zur Kühlung von Rechenzentren

Die effiziente Kühlung von Servern ist ein zentrales Thema beim Betrieb jedes Rechenzentrums. Neben dem gestiegenen Umweltbewusstsein spielt dabei vor allem die Wirtschaftlichkeit eine entscheidende Rolle, denn der auf die Kühlung entfallende Kostenanteil am Gesamtenergieverbrauch eines Rechenzentrums beträgt bis 50 %. In großen Serverräumen ergeben sich dadurch hohe Energiekosten, die durch eine geeignete Wahl der Kühlung dauerhaft verringert werden können. Das von der Weiss Klimatechnik GmbH, Reiskirchen, vorgestellte Flächenkühlsystem „CoolWall“ (Kühlwand) nutzt als Grundprinzip die Wände des Technikraums selbst zur Luftführung und die komplette Fläche der Trennwand zwischen IT- und Infrastrukturbereich als wasserdurchströmte Wärmeübertrager.

Der Artikel wurde im August 2017 redaktionell durchgesehen.

Abbildung 1: Die von den Servern erwärmte Luft (rote Pfeile) wird beim Durchströmen der CoolWall gekühlt, gefiltert und gelangt durch die EC-Ventilatoren über den Doppelboden zurück in die Kaltgangabschottung zwischen den Serverracks (blaue Pfeile).Abbildung 1: Die von den Servern erwärmte Luft (rote Pfeile) wird beim Durchströmen der CoolWall gekühlt, gefiltert und gelangt durch die EC-Ventilatoren über den Doppelboden zurück in die Kaltgangabschottung zwischen den Serverracks (blaue Pfeile). Die CoolWall besteht aus zwei Elementen: der ganzflächig mit Hochleistungswärmeübertragermodulen ausgestatteten Kühlwand und den EC-Radialventilatoren zum Transport der Sekundärluft (Abbildung 1).

Zur thermischen Optimierung empfiehlt sich eine Schottung, die den offenen Kaltgang zwischen den Rackreihen durch Seiten- und Deckenelemente schließt. Eine solche Abschottung trennt den Kaltluft- vom Warmluftbereich, sodass dadurch ineffiziente Luftkurzschlüsse und Durchmischungen ausgeschlossen werden. Temperatursensoren in den Kaltgängen regeln die Drehzahl der Ventilatoren und steuern somit die Luft- und Kühlleistung in Abhängigkeit vom aktuellen Kältebedarf der Server.

Große Flächen = große Wirkung und Effizienz. Die energetischen Verhältnisse eines Flächenkühlsystems lassen sich mit folgender Formel darstellen:

QK = k • A • ΔTm

mit
QK Kühlleistung (W)
k Wärmedurchgangskoeffizient (W/m²K)
A Wärmeübertragungsfläche der Kühlmodule (m²)
ΔTm mittlere Temperaturdifferenz (K) zwischen der Luft- und der Wasserseite.

Die erreichbare Kühlleistung QK ist also direkt proportional zur Größe der nutzbaren Wärmeübertragungsfläche. Je größer diese ist, umso höher ist auch die abrufbare Kühlleistung. Aufgrund dieser großen Wärmeübertragerflächen können also bei gleicher benötigter Kühlleistung höhere Wasservorlauftemperaturen zur Kühlung genutzt werden. Wird ein Freikühl-Wärmeübertrager in den Kaltwasserkreislauf eingebunden, der die dem Raum entzogene Wärme an die Außenluft abführt, ermöglicht die Kühlwand dadurch eine längere Nutzung der indirekten freien Kühlung. Teure Kompressionskälte wird minimiert, da die stromintensiven Kältemaschinen umso weniger zugeschaltet werden, je niedriger die Außenlufttemperatur und je höher die mittlere Wassertemperatur ist. Ab einer bestimmten Differenz zwischen beiden Temperaturen stellt sich 100 % freie Kühlung ein.

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Artikelnummer: cci31723

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