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Klimatisierung von Serverräumen

Die Klimatisierung von Serverräumen spielt eine große Rolle in der IT Security. Viele Administratoren vergessen Ihre Serverräume richtig zu kühlen. Auch die Art der Kühlung spielt eine große Rolle.

Einleitung

Neben vielen anderen zu beachtenden Aspekten spielt die Klimatisierung in Serverräumen eine sehr wichtige Rolle. Viele Administratoren, die nie mit der speziellen Planung von Serverräumen vertraut gemacht worden sind, vergessen sehr oft, den Raum richtig zu kühlen. Dies kann zur schnelleren Abnützung der Hardware und früheren Hardwaredefekten führen, dies ist aber den meisten Administratoren leider nicht bekannt. Nachfolgend werden verschiedene Aspekte der Klimatisierung, die Funktionsweise und ein Praxisbeispiel erläutert, um das Thema einmal erneut zu beleuchten.

Gründe für eine Klimaanlage

Allen dürfte wohl die Klimaanlage aus dem Heimbereich ein Begriff sein. Zumeist wird sie in Büros von Firmen eingesetzt, um die Köpfe der Mitarbeiter kühl zu halten und so bessere Arbeitsleistungen zu erzielen. So ähnlich verhält es sich auch im Serverraumumfeld. Server brauchen eine bestimmte Temperatur, bei der die Hardware optimal arbeiten kann. Der große Unterschied ist, dass in solch einem Umfeld jedoch viel mehr und genauere Bedingungen gestellt werden, als in einem Büro.

Komfort- und Präzisionsklima

Grundsätzlich kann man zwischen Komfort- und Präzisionsklima unterscheiden. Die Komfortklimatechnik wird speziell im Heimbereich oder in Büros eingesetzt und sorgt für eine angenehme Atmosphäre. Das Präzisionsklima hingegen muss viel genauer gesteuert werden können. Hier spielt nicht nur Temperatur, sondern auch Luftfeuchtigkeit, Luftführung und Luftverteilung eine wichtige Rolle.
Während Komfortgeräte ca. 50% ihrer Energie für die Entfeuchtung einsetzen, wird bei Präzisionsgeräten darauf geachtet, mehr als 95% der Energie für die Kühlleistung zu verwenden.
Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, verarbeitet ein Präzisionsklimagerät dreimal so viel Luft, wie ein herkömmliches Komfortklimagerät. So kann bei geschickter Planung auch der letzte Winkel des Serverraumes erreicht und verschiedene Punkte mit Wärmespitzen vermieden werden. Wie oben schon erwähnt, müssen Präzisionsgeräte um einiges genauer arbeiten, als normale Komfortklimageräte. Abweichungen werden nur minimal geduldet, da größere Temperaturunterschiede und wechselnde Verhältnisse Auswirkungen auf die Hardware und somit die Lebensdauer der einzelnen Serverkomponenten haben können.

Verfügbarkeit von Klimaanlagen

Temperaturdifferenzen

Präzisionsgeräte erlauben eine Temperaturdifferenz von maximal +/- 1 Grad Celsius. Komfortklimageräte hingegen Temperaturspannen von +/- 3 Grad Celsius. Diese Differenz ist schon sehr beträchtlich, vor allem, wenn man sich in Erinnerung ruft, dass zum Beispiel schon bei einer Differenz von 3 Grad Celsius nach oben die Lebensdauer einer Festplatte um 50% sinkt. Die Normaltemperatur in einem Serverraum sollte ungefähr 22 Grad Celsius betragen. Würde die Temperatur auf 25 Grad Celsius steigen, liegt die Lebensdauer der Festplatten nur noch bei 50%, bei 28 Grad Celsius sogar nur mehr 25% der originalen Lebensdauer. Schon alleine diese Zahlen sollten einem Administrator klar vor Augen führen, welche wichtige Stellung eine adäquate Klimatisierung einnimmt.

Auf keinen Fall darf vergessen werden, dass es unter Umständen auch zu kalt  werden kann in einem Serverraum. Für solche Fälle besitzen Klimaanlagen auch eine Heizfunktion und können so im Notfall auch auf andere Umgebungsbedingungen reagieren.

Luftfeuchtigkeit

Jedoch nicht alleine die Temperatur ist für das Arbeitsklima im Serverraum wichtig. Auch die Luftfeuchtigkeit spielt eine wichtige Rolle. Trockene Luft bewirkt elektrostatisch Aufladung, feuchte Luft hingegen Kondensation und Korrosion. So ist es eine zusätzliche Aufgabe der Klimaanlage, für die richtige Luftfeuchtigkeit zu sorgen. Präzisionsgeräte arbeiten hier in einem Toleranzfeld von +/- 5% relativer Luftfeuchtigkeit.

Verfügbarkeit

Eine weitere wichtige Anforderung, die an Klimageräte in Serverräumen gestellt wird, ist die Verfügbarkeit. Komfortklimageräte werden hauptsächlich im Sommer und jeweils nur für ein paar Stunden am Tag benötigt. Präzisionsklimageräte hingegen müssen 24/7 bereit stehen und ständig die Bedingungen im Raum regeln. Sollte es einmal nicht mehr möglich sein,
gewisse Bereiche zu regulieren, so muss der Zuständige automatisch und zeigerecht alarmiert werden.
Nachdem nun die Gründe für eine Klimaanlage dargelegt und die Gründe, warum eine normale Komfortklimaanlage für den Serverraum nicht ausreicht, erläutert wurden, wird im nächsten Kapitel auf die grundsätzliche Funktionsweise einer solchen Anlage eingegangen.

Funktionsweise einer Klimaanlage

Funktionsweise einer Klimaanlage


Die grundlegende Funktionsweise einer Klimaanlage kann mit einem Gefriergerät, wie einem herkömmlichen Kühlschrank verglichen werden. Natürlich ist die Leistungsfähigkeit eines Raumklimagerätes um ein Vielfaches größer. Zudem bestehen komplexe Klimaanlagen meist aus einem Innen- und Aussenteil. Ziel des Klimatisierungsprozesses ist es, Wärme von einem Ort (Serverraum) zu einem anderen Ort (Aussenbereich) zu transportieren. Bei der Funktionsweise von Klimaanlagen müssen zwei Arten von Modellen unterschieden werden:
• Modell, dass ausschließlich kühlen kann
• Modell, das kühlen kann und zudem in der Lage ist, Wärme zu pumpen und Luft zu entfeuchten.
Grundsätzlich ist der Klimatisierungsprozess ein hermetisch abgeriegelter Kreislauf. Kern dieses Prozesses ist das zirkulierende Kältemittel, das überflüssige Wärme aus einem Raum heraustransportiert. Abbildung 4 zeigt die grundlegende Funktionsweise.

Zirkulationskreislauf


1. Im ersten Schritt wird das (vom Kreislauf einkommende) gasförmige Kältemittel von einem Kompressor angesaugt. Dieser verdichtet das Kältemittel stark, sodass es auf hohe Temperaturen erhitzt wird.
2. Das nun heiße, aber immer noch gasförmige Kältemittel wird nun vom Kompressor weitergepumpt zum sogenannten Verflüssiger oder Kondensator. Der Verflüssiger kühlt das Kältemittel mithilfe der Aussenluft soweit ab, dass es kondensiert und seinen Aggregatszustand wechselt: zu flüssig.
3. Das nun flüssige Kältemittel steht immer noch unter großem Druck und wird mithilfe des Expansionsventils in den Verdampfer zurückgeführt.
4. Der Verdampfer kümmert sich um die eigentliche Kälteerzeugung. Das flüssige Kältemittel verdampft ! die dazu notwendige Wärme wird der Raumluft entzogen. Dazu saugt der Verdampfer mithilfe eines Ventilators warme Raumluft an, lässt diese über den Verdampfer blasen und gibt somit die abgekühlte Luft wieder frei.
5. Die somit abgekühlte Luft wird dem Raum zugeführt und das verdampfte (und wieder gasförmige) Kältemittel gerät zurück in den Kreislauf.
Durch die hermetische Abriegelung des Klimasystems geht kein Kältemittel verloren. Am Verdampfer kondensiert aber Wasserdampf aus der Luft. Dieses Wasser sammelt sich für gewöhnlich in einer Kondensatwanne und muß abgeführt werden, beispielsweise durch eine Rohrleitung. Die genaue Zusammensetzung des Kältemittels wird in Kapitel 4 behandelt.

Typen von Klimaanlagen


• Mobile Geräte: Kühlleistung von ca. 2kW, nicht für EDV geeignet.
• Kompakt/Fenstergeräte: Kühlleistung von ca. 7kW, werden direkt in die Wand eingebaut.

Anlagendimensionierung


• Splitgeräte: Besteht aus einem Außen- und Innenteil. Die Verbindung erfolgt über eine isolierte Kupferrohrleitung, die das Kältemittel transportiert. Es können Kühlleistungen bis zu 15kW erreicht werden.
• Klimaschränke: Speziell für Server, haben sehr großer Leistung (bis 90kW).

Autoren: Thomas Hackner und Philipp Winter