Stage-Bild für Temperaturregelung in Rechenzentren

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Temperaturregelung im Rechenzentrum

In Rechenzentren mit Klimatisierung mittels Präzisions-Umluftklimageräten unterscheidet man prinzipiell zwei Hauptregelungsarten: die Regelung der Klimageräte in Abhängigkeit von der Lufteintrittstemperatur (die sogenannte Rücklufttemperatur-Regelung) und die Regelung der Klimageräte in Abhängigkeit von der Luftaustrittstemperatur (die sogenannte Zulufttemperatur-Regelung).

Die Rücklufttemperatur-Regelung ist die bekannteste und auch die am weitesten verbreitete Regelungsart. Die CRAC oder CRAH sind mit Temperatursensoren (in der Regel kombinierte Temperatur- und Feuchtesensoren) im Bereich des Lufteintritts ausgestattet. Es wird ein Sollwert für die Rücklufttemperatur eingestellt und die Geräteregelung sorgt dafür, dass dieser Sollwert stabil gehalten wird. Die Schwankungen der Wärmelast im Rechenzentrum beeinflussen, sofern die Luftmenge konstant ist, die Zulufttemperatur.

Die Zulufttemperatur ist die Temperatur der Luft beim Verlassen des Klimagerätes. Sie ist in etwa gleich der Servereintrittstemperatur. Wird zum Beispiel der Sollwert für die Rückluft auf 33 °C eingestellt und ist das Klimasystem des Rechenzentrums auf eine Temperaturdifferenz von 15 K ausgelegt, so würde sich unter Volllast eine Zulufttemperatur von 18 °C ergeben. Da nun in der Regel in einem Rechenzentrum selten der Volllastfall erreicht wird, sondern üblicherweise eine Teillast von 40 % bis 60 % vorliegt, würde sich – bei konstanter Luftmenge – eine Zulufttemperatur von 24 °C bis 27 °C einstellen.

Diagramm 1 zeigt die Zulufttemperaturen, die sich bei einer Rücklufttemperatur von 33 °C, konstanter Luftmenge und einer Temperaturdifferenz von 15 K bei Volllast für verschiedene Teillast-Szenarien ergeben.

 

Rücklufttemperatur-Regelung - Diagramm

Die Zulufttemperatur-Regelung erfährt in den letzten Jahren eine immer größere Beliebtheit, da immer öfter die Servereintrittstemperatur als konstante Regelgröße gefordert wird. Bei konstanter Luftmenge und der Zulufttemperatur bzw. Servereintrittstemperatur als Sollwert variiert dann die Rücklufttemperatur bei schwankenden Wärmelasten. Ist der Sollwert für die Zulufttemperatur z. B. auf 18 °C eingestellt und das Klimasystem auf eine Temperaturdifferenz von 15 K ausgelegt, so würde sich bei Volllast eine Rücklufttemperatur von 33 °C ergeben. Bei Teillast von 40 % bis 60 % und konstanter Luftmenge würden sich Rücklufttemperaturen von 24 °C bis 27 °C einstellen.

Diagramm 2 zeigt die Rücklufttemperaturen, die sich bei einer Zulufttemperatur von 18 °C, konstanter Luftmenge und einer Temperaturdifferenz von 15 K bei Volllast für verschiedene Teillast-Szenarien ergeben.

 

Zulufttemperatur-Regelung - Diagramm

Bei Regelungen, die auch die Luftmenge bedarfsgerecht der Teillast anpassen, ändert sich die Temperaturdifferenz nicht oder nur gering, die Rücklufttemperatur und die Zulufttemperatur bleiben in etwa gleich, während die Luftmenge variiert. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass die Kühlleistung u. a. das Produkt aus Luftmenge und Temperaturdifferenz ist.

Die Entscheidung, ob eine Rücklufttemperatur-Regelung oder Zulufttemperatur-Regelung eingesetzt wird, sollte auch im Zusammenhang mit dem Klimasystem getroffen werden. Die gewählte Regelungsart – Rücklufttemperatur-Regelung oder Zulufttemperatur-Regelung – hat bei Systemen mit freier Kühlung Einfluss auf die Effizienz des Klimasystems. Die ausschlaggebende Größe hierfür ist die Zulufttemperatur.

Systeme mit Zulufttemperatur-Regelung haben systembedingt eine schlechtere Effizienz. Dies liegt daran, dass die (niedrige) Zulufttemperatur konstant gehalten wird, also alle Maßnahmen zur Nutzung der freien Kühlung unterhalb dieses Temperaturniveaus stattfinden.

Systeme mit Rücklufttemperatur-Regelung hingegen haben eine Zulufttemperatur, die bei Teillast ansteigt. Das bedeutet, dass diese gestiegene Zulufttemperatur auch per freier Kühlung bei einer entsprechend höheren Außenlufttemperatur "produziert" werden kann. Wenn zum Beispiel die freie Kühlung 1 K "länger" genutzt werden kann, sind das mal eben einige hundert Stunden mehr Freie Kühlung.

Beide Regelungsarten haben ihre Daseinsberechtigung und man muss im Einzelfall entscheiden, welche Art für das jeweilige Rechenzentrum die sinnvollere ist.

 

Über den Autor

Über den Autor

Benjamin Petschke wurde 1969 in Deutschland geboren. Nach dem Physikstudium begann er 1996 für STULZ zu arbeiten. Seit dem war Herr Petschke in verschiedenen Positionen in der Entwicklung, dem Export und der Marketingabteilung beschäftigt. Mit über 19 Jahren Erfahrung im Bereich Rechenzentren hat er sich auf das Design von Rechenzentrumsklimasystemen, Energieeffizienzoptimierung sowie Akustik spezialisiert.

Herr Petschke arbeitet eng mit dem Joint Research Centre der Europäischen Kommission für den Code of Conduct on Data Centre im Bereich Best Practices zusammen sowie kürzlich auch mit der deutschen DKE bei der Erarbeitung der DIN EN 50600, Information technology – Data Centre facilities and infrastructures.

Er hat mehrere White Paper zu Themen wie "Data Center Cooling – Best Practice" und "Effiziente Klimatisierung von Rechenzentren – Dynamic Free Cooling" verfasst.

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