Rechenzentren und die Bedeutung der Klimatisierung

Rechenzentren und die Bedeutung der Klimatisierung
13 Sep 2017

Wo Abwärme entsteht, muss auch gekühlt werden. In genau diesem Bereich kennen sich Rechenzentren besonders gut aus: In einem Rechenzentrum verrichten Hunderte von Switches, CPUs, RAM-Riegel im Terabyte-Bereich und auch stromhungrige GPUs ihren Dienst. Ohne entsprechende Fachkenntnisse droht eine entsprechend schlechte Klimatisierung von Server-Racks & Co. – und das kann schnell teuer werden.

Die Bedeutung der Klimatisierung im Rechenzentrum

Auch aus ökonomischer Sicht ist die Klimatisierung großer Rechenzentren in Unternehmen inzwischen von großer Bedeutung – denn auch Kühllösungen benötigen ihrerseits Strom. Eine maximale Effizienz der Klimatisierung garantiert, dass Server-Racks, Netzwerkhardware und weitere Komponenten bei optimalen Temperaturen ihren Dienst verrichten. Die damit verbundene Einsparung der Kosten ist laut einer Umfrage unter IT-Entscheidern in deutschen Unternehmen sehr wichtig: 20 % aller Unternehmen suchen nach Wegen, die operativen Kosten in Rechenzentren zu senken. Neben den Betriebskosten sind auch die folgenden Punkte wichtig:

a) Komponenten, die außerhalb der Spezifikationen arbeiten, fallen schneller aus. Eine effiziente Klimatisierung trägt somit einen großen Teil dazu bei, die Verfügbarkeit von Servern und Netzwerk-Komponenten sicherzustellen.

b) Die Senkung der Betriebskosten entsteht nicht nur durch eine Optimierung der vorhandenen Klimatisierung im Rechenzentrum, sondern auch durch die erwähnte geringere Ausfallquote: Hardware, die länger arbeitet, ist günstiger.

c) Durchdachte Konzepte für die Klimatisierung können so designt sein, dass sie auch auf Änderungen der Konfiguration des Rechenzentrums Rücksicht nehmen. Skalierbare Lösungen sind daher immer vorzuziehen.

Ohne eine exzellente Klimatisierung sind Rechenzentren heute praktisch nicht mehr umsetzbar – aber wie sieht eine gute Kühllösung im Detail aus?

Gestaltung einer effizienten Klimatisierung

Die „perfekte“ Klimatisierung, die einfach in allen Rechenzentren die optimale Lösung darstellt, gibt es nicht. Um die Komponenten der Server ausreichend zu kühlen, sind immer maßgeschneiderte Lösungen notwendig. Deren Qualität kann aber schwanken: Beispielsweise muss eine Kühllösung für ein Rechenzentrum, das 99,9 % Verfügbarkeit garantieren muss, deutlich besser geplant und umgesetzt werden als vergleichbare Lösungen in Zentren mit einer geringeren Verfügbarkeit von beispielsweise 95 %. Zwei grundlegende Fragen lauten daher:

a) Welche Verfügbarkeit steuere ich innerhalb der Rechenzentren für die vorhandene Hardware an?
b) Welche Ziele verfolge ich hinsichtlich der Energieeffizienz?

Die Antworten auf diese beiden Fragen beeinflussen maßgeblich die Lösungen, die Unternehmen vorgestellt werden.

Konzeptionierung der Klimatisierung

Auch hier stehen am Anfang wieder zwei Fragen im Raum: Wie soll die Kälte für das Rechenzentrum überhaupt generiert werden und welche Art von Luftführung ist für die vorhandene Infrastruktur optimal? Die Beantwortung der ersten Frage ist oftmals eine Sache der Kosten. Im zweiten Punkt werden schon tiefergehende Analysen notwendig. Durch eine thermische Analyse vor Ort lassen sich beispielsweise Temperaturspitzen und damit Orte erkennen, die besonders auf eine verbesserte Klimatisierung angewiesen sind (oftmals entweder veraltete Server mit stromhungriger Hardware oder moderne Server, die eine besonders hohe Last tragen müssen).

Auf Basis der ermittelten Messwerte kann dann ein Konzeptaufbau erfolgen. Er hat zum Ziel, den Energieverbrauch so stark wie möglich zu senken und gleichzeitig die Verfügbarkeit aller Server-Racks durch eine angemessene Kühlung zu garantieren – ein Balanceakt. Oftmals kommt es dabei aufs Detail an:

a) Ein schlechtes Konzept ist immer dann gegeben, wenn beispielsweise Umluft-Kühlgeräte weit von den Server-Racks mit der höchsten Leistungsdichte entfernt stehen. Auch eine zu niedrige Höhe der doppelten Böden (unbedingt notwendig für die Luftzirkulation) ist tödlich für einen effizienten Luftstrom. Klingt nach Anfängerfehlern, tritt „in freier Wildbahn“ aber immer wieder auf.

b) Wichtig ist beispielsweise eine gleichmäßige Auslastung der Kühlung: Server-Racks, die gleichmäßig bestückt sind, zerstören nicht den vorhandenen Luftstrom. Unterschiede in der Bestückung erschweren die Zirkulation und sorgen damit für erhebliche Temperaturanstiege in den weniger gut belüfteten Arealen.

c) Nicht in jedem Rechenzentrum besteht eine permanente Auslastung aller Server. Für den Teillastbetrieb sind Klimatisierungen empfehlenswert, die etwa die Drehzahl von Lüftern in Abhängigkeit der tatsächlichen Temperatur regulieren. Dies sorgt für eine längere Lebensdauer der Lüfter, einen niedrigeren Geräuschpegel und – am wichtigsten – einen geringeren Strombedarf.

Dies sind nur einige der Aspekte, die es zu beachten gilt. Die tatsächliche Planung fällt natürlich deutlich umfangreicher aus.

„Ganz schön kalt hier…“

Richtig – und das ist auch gut so! Gut geplante Klimatisierungen von Rechenzentren setzen es sich zum Ziel, fast ausschließlich die lokal entstehende Abwärme abzuführen. Jene Wärme sollte nur von vorhandenen Servern generiert werden. Durch einen erhöhten Außenluftanteil wird zwar das Klima im Inneren des Raums für Menschen angenehmer, gleichzeitig steigen aber die Kosten für die Kühlung immens. Um sich wohlzufühlen, gibt es viele andere, schönere Orte. Als Faustregel gilt: Der Außenluftanteil muss so gering wie möglich ausfallen und gleichzeitig DIN EN 13779 erfüllen (eine Norm, welche die Klimatisierung in Räumen regelt, die von Menschen gelegentlich besucht, aber nicht bewohnt werden). Mit anderen Worten: Kälte mag für uns nicht angenehm sein – aber für Server-Racks ganz bestimmt.

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Julia Nitsch

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