Blogartikel zur Schallreduktion beim CyberCool 2

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Schalloptimierte Kaltwassersätze für Rechenzentren: Die Kälte kommt auf leisen Sohlen

Für Rechenzentren in der Nachbarschaft bewohnter Gebiete ist die Einhaltung der Lärmschutzvorschriften von großer Bedeutung. Als Problemfall können sich dabei die Klimatisierungssysteme erweisen. Vor allem Kaltwassersätze ab einer Klimatisierungsleistung von 500kW erzeugen oft erhebliche Betriebsgeräusche. Schalloptimierte Lösungen von Stulz gewährleisten hier die erforderliche Reduktion der Emissionswerte.


So lange Rechenzentren vorwiegend außerorts auf der sprichwörtlichen "grünen Wiese" errichtet wurden, stellten Schallemissionen kein großes Problem dar. Da inzwischen aber selbst Großrechenzentren immer näher an bewohnte Gebiete errichtet werden, kommen RZ-Betreiber nicht mehr umhin, sich mit dem Thema Schalloptimierung auseinanderzusetzen. Das gilt auch und gerade in Deutschland, wo insbesondere in den Abend- und Nachtstunden strenge Lärmschutz-Auflagen zu erfüllen sind: Industrie- und Dienstleistungsunternehmen, aber auch die Betreiber von Konzerthallen und Sportanlagen wissen häufig ein Lied von Konflikten mit Anwohnern zu singen, die sich durch Lärmeinflüsse belästigt fühlen. Bei einem RZ, das ganzjährig im 24-stündigen Dauerbetrieb läuft, besteht dann erst recht Anlass zur Vorsicht.


Kritische Grenzbereiche von vorneherein vermeiden

Um möglichen Konflikten von vorneherein aus dem Weg zu gehen, sollten RZ-Betreiber konsequent auf Lösungen setzen, deren Schallemissionen erst gar nicht in die Nähe der kritischen Grenzbereiche kommen. Das betrifft selbstverständlich auch die Klimasysteme, deren Kompressoren, Pumpen und Ventilatoren nicht unerheblichen Lärm verursachen können. Hier empfiehlt es sich, nur Systeme und Systemkomponenten zu verbauen, die so leise sind, dass ihr Betrieb insbesondere auch in den Nachtstunden unproblematisch ist. Doch was in der Theorie gut klingt, ist in der Praxis nicht immer einfach umzusetzen. Ein klassischer Problemfall sind Kaltwassersätze, die ab ca. 500 kW eingesetzt und auf oder neben einem RZ platziert werden. Die geringste Schallemission würden hier grundsätzlich schallgekapselte Kompressoren und großdimensionierte Ventilatoren verursachen, welche den erforderlichen Luftstrom auf Basis vergleichsweise geringerer Drehzahlen erbringen und zudem die Geräuschentwicklung niedrig halten könnten. In der Regel sind schallgekapselte Kompressoren wie auch größer dimensionierte Ventilatoren jedoch mit den standardisierten Baugrößen von Kaltwassersätzen schwer in Einklang zu bringen. Deshalb werden durch die Begrenzung von Länge und Breite der Kaltwassersätze in der Regel kleinere Ventilatoren verbaut. Diese erbringen zwar die erforderliche Leistung, aber jedoch nur um den Preis höherer Drehzahlen, was sowohl die Schallemissionen als auch die Energiekosten steigert.

Der Anstieg der Wärmelasten, der mit der zunehmenden Erhöhung der Wärmedichte in modernen Rechenzentren einhergeht, hat dieses Problem noch einmal verschärft: Um die entstandene Wärmemenge geräuscharm und effizient zu bewältigen, müssten an vielen RZ-Standorten heute eigentlich noch weitere Kaltwassersätze installiert werden. Dafür jedoch fehlt zum Teil bereits der Platz, sodass die vorhandenen Systeme letztlich noch stärker ausgelastet werden als ohnehin schon. Das Ergebnis sind höhere Stromkosten sowie eine hohe Lärmbelästigung.

Um RZ-Betreibern einen Ausweg aus diesem Dilemma zu eröffnen und den Einsatz von Kaltwassersätzen auch in Wohngebieten zu ermöglichen, statten etliche Hersteller die Ventilatoren mit schallmindernden Diffusoren aus. Der Hamburger Präzisionsklimaspezialist Stulz hingegen hat einen anderen Weg eingeschlagen und bei seinen Kaltwassersätzen vom Typ Cyber Cool 2 von vorneherein gezielt auf eine Reduktion des Schallpegels hingearbeitet. Kompressoren, Ventilatoren und Pumpen wurden schon in der Entwicklungsphase konsequent auf ihre Schallemissionen bei laufendem Betrieb hin untersucht. Auf der Grundlage dieser Testergebnisse wurden daraufhin systematisch Maßnahmen zur Minimierung der Geräuschentwicklung getroffen.


Schallgekapselte Kompressoren, baugrößenmaximierte Ventilatoren

Erster Ansatzpunkt der Schallreduktion waren die Kompressoren. Sie liegen bei manchen Kaltwassersätzen so weit offen, dass sich die Betriebsgeräusche weitgehend ungefiltert in die Umwelt ausbreiten. Auch Kompressorgehäuse sind oftmals nicht schalloptimiert und können Geräusche je nach Bauart sogar noch verstärken. Bei Stulz hingegen sind die Kompressoren in einer speziellen, schallgekapselten Kammer untergebracht. Ihre Innenwände sind ähnlich wie die Wände eines Tonstudios vollständig mit geräuschdämmenden Materialien verkleidet, sodass möglichst wenige Geräusche nach außen dringen. Schon dieser erste Schritt führte zu einer enormen Reduzierung der Schallemissionen.

War die Entwicklung einer schallgekapselten Kompressorkammer noch eine Lösung, bei der man in puncto Schallisolierung auch auf Erfahrungen aus anderen Branchen zurückgreifen konnte, gestaltete sich das Vorhaben, die Schallentwicklung der Ventilatoren zu optimieren, deutlich komplexer. Hier galt es, eine kompakte Konstruktion zu entwerfen, die innerhalb der standardisierten Oberflächenmaße von Kaltwassersätzen eine Optimierung der Schall- und Effizienzwerte ermöglichte. Diese schwierige Aufgabe löste STULZ durch die Integration von baugrößenmaximierten Ventilatoren. Sie nutzen den vorhandenen Platz optimal aus und sind so eng aneinandergereiht, dass zwischen sie kaum noch das sprichwörtliche Blatt Papier passt. Mit Durchmessern von 910 Millimetern sind sie letztlich so groß, dass sie die abzutransportierenden Luftmengen bei gemäßigten Drehzahlen bewegen können und somit geräuscharm und energieeffizient arbeiten. Damit dieses neue Ventilatorsystem seine Stärken vollständig ausspielen konnte, wurde die komplette Luftführung von der Ansaugung über die Wärmetauscher bis hin zu den Ventilatoren neu konzipiert.

 

CC2-Ventilatoren mit Diffusoren, die aufmontiert werden

Die baugrößenmaximierten Ventilatoren von STULZ Cyber Cool 2 – hier mit aufgesetzten Diffusoren – nutzen die verfügbare Fläche optimal aus.

Großflächige Freikühlregister als weiterer wichtiger Faktor

Doch das Schalloptimierungskonzept von STULZ beschränkt sich nicht nur auf geräuschisolierte Kompressorkammern und baugrößenmaximierte Ventilatoren mit neuer Luftführung. Im Hinblick auf die Verringerung von Schallemissionen ebenso wichtig sind die großflächigen Freikühlregister, die auf der Grundlage aufwändiger strömungsmechanischer Analysen technisch optimiert wurden. Hierbei ging es STULZ von vorneherein darum, eine maximale Ausnutzung der Registerfläche zu gewährleisten, da die freie Kühlung nur unter dieser Voraussetzung ihre höchste Effektivität erreicht. Bereiche, in denen sich Luftturbulenzen bilden, durfte es angesichts dieser Zielsetzung ebenso wenig geben wie Registerzonen, die nicht angeströmt werden. Die Lösung bestand in speziellen Luftleitblechen, die für eine optimale Anströmung der inneren Registerelemente sorgen. Die solcherart strömungsoptimierten Freikühlregister ermöglichen es, so früh als irgend möglich auf Mischbetrieb von Frei- und Kompressor-Kühlung umzustellen oder – je nach Außentemperatur – sogar einen reinen Freikühlbetrieb zu realisieren. Das hält die Gesamtlaufzeit der Kompressoren niedrig und reduziert somit die kompressorbedingten Schallemissionen deutlich. Die optimierte Luftführung hilft zudem, die Drehzahl der Ventilatoren zu senken und trägt somit auch auf dieser Ebene zur Reduktion von Betriebsgeräuschen und Energiekosten bei. Gleichsam nebenbei profitiert das CW-System außerdem auch im DX-Betrieb von den großflächigen Registern, da sie niedrige Kondensationstemperaturen sowie eine geringere Luftstromgeschwindigkeit sicherstellen.


Fazit

Mit Kaltwassersätzen wie Stulz Cyber Cool 2 haben RZ-Betreiber heute Lösungen zur Hand, die für eine effektive Reduktion der Schallemissionen des Klimatisierungssystems stehen – und das sogar Hand in Hand mit einer Verbesserung der Energieeffizienz. Voraussetzung für die optimale Funktionalität dieser und ähnlicher Lösungen ist freilich immer, dass das komplette Kältesystem als Einheit betrachtet und analysiert wird und die verschiedenen Optimierungsschritte systematisch aufeinander aufbauen. Wird diese Regel eingehalten, kann die Lösung auch in anderen Bereichen als dem reinen Rechenzentrumsumfeld interessant werden. Das Stulz Konzept etwa hat mittlerweile jenseits der RZ-Sparte auch in verschiedenen Industriebereichen Aufmerksamkeit geweckt und sich somit den Status einer echten Cross-Industry-Innovation erarbeitet.

 

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