Verstehen, wie ein Rechenzentrum funktioniert

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Verstehen, wie die Klimaanlage eines Rechenzentrums funktioniert

Mit der zunehmenden Menge an Informationen und dem Grad der Computerisierung von Arbeitsabläufen wird die Frage nach der Sicherheit dieser Informationen beim ununterbrochenen Betrieb von Servern immer akuter. Ein Ausfall in diesem Bereich kann alle Aktivitäten des Unternehmens aussetzen und führen zu de schwere Verluste. Eine der wichtigsten Voraussetzungen für einen stabilen Serverbetrieb ist die Aufrechterhaltung der optimalen Lufttemperatur im Volumen der Serverräume, was durch den Einsatz spezieller Systeme erreicht wird, die auf Klimaanlagen von Genauigkeit.

Der Betrieb eines Rechenzentrums ist energieintensiv, und das Kühlsystem verbraucht oft genauso viel (oder mehr) Energie wie die von ihm unterstützten Computer.

In diesem Artikel werden wir einige der am häufigsten verwendeten Technologien zur Kühlung von Rechenzentren sowie neue Ansätze für die CFD-Simulation untersuchen.

Kaltgang-/Warmgang-Design

Dies ist ein Rack-Layout für Rechenzentren, bei dem abwechselnd Reihen mit „kalten Gängen“ und „warmen Gängen“ verwendet werden.

Vor den Racks befinden sich Kaltluftdurchlässe (meist über Gitter), damit die Server die Luft ansaugen, dann leiten die Warmgänge die Wärme von der Rückseite der Server ab. Die Lüftungskanäle sind in der Regel mit einer Zwischendecke verbunden, die die warme Luft aus den „heißen Gängen“ zur Kühlung entnimmt und die gekühlte Luft dann über einen Zwischenboden oder Kanäle in die „kalten Gänge“ abführt (siehe lose für einige Designs).

Leere Serverracks sollten mit Blindplatten gefüllt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden und die Menge an verschwendeter Kaltluft zu reduzieren. Tatsächlich kann das Vakuum, das durch das Fehlen von Servern entsteht, aufgrund der Druckunterschiede zwischen heißen und kalten Zonen zu parasitären Luftübertragungen führen. Diese Streuluftbewegung ist verschwendete Energie.

CFD-Simulation der Temperaturverteilung zwischen heißen und kalten Gängen - Rechenzentrum

Eiswassersystem

Diese Technologie wird am häufigsten in mittleren bis großen Rechenzentren eingesetzt.

Die Luft im Rechenzentrum wird durch Luftaufbereitungssysteme zugeführt, die als Luftaufbereitung im Computerraum (CRAH), und von gekühltes Wasser (von einem Kühlsystem außerhalb der Anlage bereitgestellt) wird zur Kühlung der Lufttemperatur verwendet.

Was ist der Unterschied zwischen CRAC- und CRAH-Einheiten?

CRAC-Einheiten

CRAC-Einheiten funktionieren wie Heimklimaanlagen . Sie haben ein direktes Expansionssystem und Kompressoren , die direkt in die Einheit integriert sind. Sie sorgen für Kühlung, indem sie Luft auf einen mit Kältemittel gefüllten Kühltauscher blasen. Das Kältemittel hält seinen kalten Zustand durch einen Kompressor im Inneren des Geräts aufrecht. Die überschüssige Wärme wird dann durch eine Mischung aus Glykol, Wasser oder Luft ausgetrieben . Während die meisten CRAC-Geräte in der Regel nur ein konstantes Volumen liefern und nur einen Ein-/Aus-Betrieb ermöglichen, werden derzeit neue Modelle entwickelt, die eine Variation des Luftstroms erlauben.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, CRAC-Einheiten zu platzieren, aber normalerweise werden sie auf dergegenüberliegenden Seite der heißen Gänge eines Rechenzentrums aufgestellt. Dort geben sie gekühlte Luft durch die Perforationen des Doppelbodens (Gitter bzw. Perforationen der Bodenplatten) ab und kühlen so die Computerserver.

CRAH-Einheiten

CRAH-Geräte funktionieren wie Kaltwasser-Luftaufbereitungsgeräte, die in den meisten Bürogebäuden installiert sind. Sie sorgen für Kühlung, indem sie Luft auf einen mit Eiswasser gefüllten Kühltauscher blasen. Gekühltes Wasser wird in der Regel von „Wasserkühlungsgruppen“ bereitgestellt – sonst als Eiswasserwerk bekannt. CRAH-Geräte können die Lüftergeschwindigkeit so regeln , dass ein definierter statischer Druck aufrechterhalten wird, wodurch sichergestellt wird, dass die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur stabil bleiben.

Die Erzeugung von gekühltem Wasser kann durch direkte Expansion oder durch wesentlich energieeffizientere DRYs vom Typ adiabatische Kühlung erfolgen.

Was ist die optimale Temperatur in einem Rechenzentrum?

Serverräume und Rechenzentren enthalten eine Mischung aus warmer und kalter Luft – die Serverlüfter drücken während des Betriebs die warme Luft heraus, während die Klimaanlage und andere Kühlsysteme frische Luft zuführen, um der gesamten warmen Abluft entgegenzuwirken. Die Aufrechterhaltung des richtigen Gleichgewichts zwischen warmer und kalter Luft ist seit jeher von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit von Rechenzentren. Wenn es in einem Rechenzentrum zu heiß wird, besteht für die Geräte ein höheres Risiko, dass sie ausfallen. Dieser Misserfolg führt oft zu Ausfallzeiten, Datenverlust und Umsatzeinbußen.

In den 2000er Jahren lag der empfohlene Temperaturbereich für Rechenzentren bei 20 bis 24 °C . Dies ist die Produktreihe, die die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) als optimal für maximale Verfügbarkeit und Lebensdauer der Geräte empfohlen hat. Dieser Bereich ermöglichte eine bessere Auslastung und bot genügend Pufferraum, falls die Klimaanlage ausfallen sollte.

Seit 2005 sind neue Standards und bessere Geräte sowie verbesserte Toleranzen für höhere Temperaturbereiche verfügbar. Tatsächlich hat ASHRAE jetzt einen akzeptablen Betriebstemperaturbereich von 18° bis 27°C empfohlen.

Der Temperaturanstieg am Servereingang macht auch den Einsatz der free cooling oder free chilling (Systeme, bei denen die Außenluft genutzt wird, um frische Luft in den Raum zu blasen oder das Wasser anstelle des Kaltwassersatzes zu kühlen) gut interessanterDies gilt insbesondere für gemäßigte Regionen wie Frankreich. Denn bei Solltemperaturen von 25 °C im Raum statt 15 °C sind die Zeiträume im Jahr, in denen die freie Kühlung ohne Aktivierung der Klimaanlage genutzt werden kann, erheblich länger. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen und einer Verbesserung der PUE (Power Usage Effectiveness). Gleiches gilt für das ganzjährig häufiger einsetzbare Free Chilling zur Kühlung der Wasserkreisläufe, wobei die Temperatursollwerte jetzt auf 15 °C statt 7 °C für Wasser eingestellt sind.

Was sind die Probleme einer zu hohen Solltemperatur in einem Rechenzentrum?

Leider können höhere Betriebstemperaturen die Reaktionszeit verkürzen, wenn die Temperaturen aufgrund eines Ausfalls der Kühleinheit schnell ansteigen. Ein Rechenzentrum mit Servern, die bei höheren Temperaturen betrieben werden, ist dem Risiko von sofortigen gleichzeitigen Hardwareausfällen ausgesetzt . Die jüngsten ASHRAE-Vorschriften unterstreichen die Bedeutung einer proaktiven Überwachung der Umgebungstemperatur im Inneren von Serverräumen.

Was passiert, wenn es zu heiß ist?

Wenn die Temperatur im Inneren des Rechenzentrums zu stark ansteigt, können die Geräte leicht überhitzen. Dies kann Server beschädigen . Daten könnten verloren gehen und große Probleme für Unternehmen verursachen, die auf Rechenzentrumsdienste angewiesen sind. Deshalb müssen alle Rechenzentren über Kühlsysteme verfügen, mit denen sie eine Krisenzeit oder Wartungsarbeiten überbrücken können.

Was passiert, wenn die Klimaanlagen ausfallen?

Je nach installierter Leistungsdichte kann der Anstieg der Lufttemperaturen innerhalb des Serverraums extrem schnell erfolgen. In der Regel beobachten wir bei Ausfallsimulationen wie einem Stromausfall einen Anstieg in der Größenordnung von 1°C pro Minute. Dies führt zu einem hohen Risiko von Hardware-Schäden und Datenverlusten, wenn die Redundanz- und Sicherheitssysteme nicht richtig dimensioniert sind. Andererseits ist die Zeit, in der die Kompressoren der Klimasysteme wieder anlaufen und ihre volle Leistung erreichen, eine Herausforderung für die anspruchsvollsten Hallen. Um die Auswirkungen des Temperaturanstiegs zu verzögern, gibt es Trägheitssysteme, die Wärmeenergie für einige Minuten speichern können, um die Kurve des Temperaturanstiegs zu glätten .

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Warum eine CFD-Simulation eines Rechenzentrums durchführen?

Die CFD-Simulation liefert Informationen über die Beziehung zwischen dem Betrieb mechanischer Systeme und Schwankungen in der Wärmebelastung von Computergeräten. Mithilfe dieser Informationen können IT- und Standortmitarbeiter die Effizienz des Luftstroms optimieren und die Kühlkapazität maximieren.

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