Überwachen und Regulieren der Temperatur im RZ
Hitzewelle
Veröffentlicht in Ausgabe 07/2023 - SCHWERPUNKT
Eine der wichtigsten Methoden zur Überwachung der Temperatur im Rechenzentrum sind Temperatursensoren. Diese sollten Sie an verschiedenen Stellen im RZ installieren, um die Temperatur an jedem Punkt zu messen. Die Sensoren sind entweder an eine zentrale Überwachungseinheit angeschlossen oder lassen sich über ein spezielles Sensor-Managementsystem verwalten. Wichtig ist, dass Sie darauf achten, dass die Sensoren besonders kritische Bereiche genauso überwachen wie Orte im Rechenzentrum, die normalerweise nicht so warm oder kalt werden. Informationen sind ein wichtiger Faktor für die Kühlung, denn Sie müssen schlussendlich wissen, wo und wann welche Temperaturen herrschen, um ordnungsgemäß kühlen zu können. Außerdem lassen sich in diesem Fall die Luftströme messen, um die Temperatur effektiv regeln zu können.
Montoring von Temperaturen
Sensor-Managementsysteme sind unverzichtbare Werkzeuge, um die Überwachung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und anderen wichtigen Parametern effektiv zu gestalten. Solche Systeme spielen eine genauso wichtige Rolle wie die Überwachung der Sensoren von Servern oder Netzwerkgeräten. Ein Beispiel für eine Open-Source-Software, die als Sensor-Managementsystem dienen kann, ist Nagios. Dazu liefert die Software eine breite Palette von Plug-ins und Erweiterungen.
Eine zusätzliche Möglichkeit für die Überwachung der Temperatur sind Wärmebildkameras. Diese visualisieren die Temperaturverteilung im gesamten RZ und erkennen Abweichungen vom Normalwert. Dadurch lassen sich potenzielle Überhitzungsprobleme frühzeitig erkennen und beheben. Es ist durchaus sinnvoll, mit Wärmebildkameras parallel zu Sensoren zu arbeiten.
Eine der wichtigsten Methoden zur Überwachung der Temperatur im Rechenzentrum sind Temperatursensoren. Diese sollten Sie an verschiedenen Stellen im RZ installieren, um die Temperatur an jedem Punkt zu messen. Die Sensoren sind entweder an eine zentrale Überwachungseinheit angeschlossen oder lassen sich über ein spezielles Sensor-Managementsystem verwalten. Wichtig ist, dass Sie darauf achten, dass die Sensoren besonders kritische Bereiche genauso überwachen wie Orte im Rechenzentrum, die normalerweise nicht so warm oder kalt werden. Informationen sind ein wichtiger Faktor für die Kühlung, denn Sie müssen schlussendlich wissen, wo und wann welche Temperaturen herrschen, um ordnungsgemäß kühlen zu können. Außerdem lassen sich in diesem Fall die Luftströme messen, um die Temperatur effektiv regeln zu können.
Montoring von Temperaturen
Sensor-Managementsysteme sind unverzichtbare Werkzeuge, um die Überwachung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und anderen wichtigen Parametern effektiv zu gestalten. Solche Systeme spielen eine genauso wichtige Rolle wie die Überwachung der Sensoren von Servern oder Netzwerkgeräten. Ein Beispiel für eine Open-Source-Software, die als Sensor-Managementsystem dienen kann, ist Nagios. Dazu liefert die Software eine breite Palette von Plug-ins und Erweiterungen.
Eine zusätzliche Möglichkeit für die Überwachung der Temperatur sind Wärmebildkameras. Diese visualisieren die Temperaturverteilung im gesamten RZ und erkennen Abweichungen vom Normalwert. Dadurch lassen sich potenzielle Überhitzungsprobleme frühzeitig erkennen und beheben. Es ist durchaus sinnvoll, mit Wärmebildkameras parallel zu Sensoren zu arbeiten.
Cloudbasierte Überwachung
Es gibt verschiedene cloudbasierte Überwachungssysteme, die automatisch Alarme senden, wenn die Temperatur in kritischen Bereichen bestimmte Grenzwerte überschreitet. Diese Systeme können automatisch Anpassungen an der Klimatisierung vornehmen, um die Temperatur im Rechenzentrum auf einem optimalen Niveau zu halten.
Die Firma AKCP [1] bietet zum Beispiel verschiedene cloudbasierte Systeme an, die in Rechenzentren Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Rauchentwicklung und weitere Parameter überwachen. Ein weiterer Anbieter in diesem Umfeld ist Schneider Electric [2], das Werkzeuge anbietet, die Umgebungsparameter in Echtzeit überwachen. Und Infraspeak [3] liefert ein Facilitymanagement aus der Wolke, das die Temperatur im RZ, den Energieverbrauch und die Wartung von Geräten überwacht.
Management von Klimaanlagen
Eine Klimaanlage hält die Temperatur im RZ auf einem konstanten Niveau – unabhängig von externen Temperaturschwankungen. Es gibt verschiedene Arten von Klimaanlagen für unterschiedliche Größen und Anforderungen im RZ, so zum Beispiel Präzisionsklimaanlagen, Split-Klimaanlagen oder Kaltwassersysteme. Außerdem lassen sich mehrere miteinander kombinieren und über zentrale Steuereinheiten gemeinsam verwalten.
Die zentrale Steuerung von Klimaanlagen ist entscheidend für die effiziente Kühlung. So ist es möglich, die Klimaanlagen im Rechenzentrum optimal zu koordinieren und die Kühlung entsprechend den aktuellen Anforderungen anzupassen, etwa Kühleinheiten dynamisch zu- oder abzuschalten. Zudem lassen sich die Klimaanlagen so einstellen, dass sie eine gleichmäßige Luftverteilung im Raum erreichen und Hotspots vermeiden.
Die Luftströmung ist ein wichtiger Faktor bei der Temperaturüberwachung. Eine schlechte Luftströmung kann dazu führen, dass die Temperatur in bestimmten Bereichen des RZ höher ist als in anderen. Deshalb ist es wichtig, diese Strömung zu überwachen und zu optimieren. Dabei helfen Sensoren (unter Umständen in Verbindung mit Wärmebildkameras), die zeigen, ob es Anomalien gibt, die die Kühlung beeinträchtigen.
Darüber hinaus gibt es verschiedene Methoden, um RZ-Klimaanlagen zentral zu steuern und zu vernetzen. Mit Building-Managementsystemen, die der Steuerung von Gebäudetechnik dienen, lassen sich oft auch die Klimaanlagen im RZ zentral verwalten und überwachen. Spezielle Software für das Kühlungsmanagement kann Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren einbinden und die Klimaanlagen entsprechend automatisiert anpassen.
Intelligente Kühlung mit Free Cooling
Ein Beispiel für eine intelligente Kühlung von Rechenzentren ist "Free Cooling". Hierbei kommt kalte Außenluft zum Einsatz, um die Temperatur zu senken, anstatt die Klimaanlagen mit Kältemitteln zu betreiben. Die zentrale Steuerung kann dabei die Einbringung von Außenluft genau kontrollieren und die Luftzufuhr entsprechend der Bedarfslage anpassen. Dadurch reduzieren Unternehmen den Energieverbrauch und somit auch die Betriebskosten der Klimaanlagen deutlich.
Eine Variante des Free Cooling ist die direkte Kühlung. Hierbei nutzt das System kalte Außenluft und leitet diese in das Rechenzentrum, um die Temperatur zu senken. Diese Methode ist besonders effektiv in Gebieten mit kühlem Klima und hoher Luftfeuchtigkeit. Sie sollten beim Einsatz dieser Technologie aber darauf achten, dass Sie die Außenluft filtern, um Staub- und Schmutzpartikel zu minimieren, die in das Rechenzentrum gelangen.
Eine andere Methode ist die indirekte Kühlung. Hierbei leitet die Klimaanlage die kalte Außenluft über einen Wärmetauscher, bevor diese in das RZ gelangt. Das System trennt die kalte von der warmen Luft, um eine optimale Luftqualität im Rechenzentrum zu gewährleisten. Bei dieser Methode ist die regelmäßige Reinigung des Wärmetauschers wichtig, um eine effektive Kühlung sicherzustellen.
Eine weitere Variante ist die hybride Kühlung, bei der ein Mix aus Kaltwasser- und Freikühlung zum Einsatz kommt. Dabei nutzt die Anlage in den kühleren Monaten die Freikühlung und wechselt in den wärmeren Monaten auf Kaltwasser. Achten Sie darauf, dass in diesem Fall der Wechsel der beiden Kühlsysteme reibungslos funktioniert. Probleme hierbei zeigen sich in erhöhten Temperaturen im Rechenzentrum.
Bei der Implementierung aller vorgestellten Varianten ist es wichtig, die Witterungsbedingungen und die Geographie des Standorts zu berücksichtigen. Eine hohe Luftfeuchtigkeit oder ein sehr staubiges Umfeld können den Betrieb beeinträchtigen. Zudem kann auch die Wartung solcher Systeme sehr aufwendig sein.
Containment-Systeme trennen Luftströme
Containment-Systeme sind physische Barrieren, die die heiße und kalte Luft voneinander trennen, um eine effektivere Kühlung zu ermöglichen. Hierbei fassen IT-Verantwortliche Serverracks und andere Infrastrukturkomponenten in abgeschlossenen Kammern zusammen, die von der übrigen Umgebung abgegrenzt sind. Die Klimaanlagen kühlen diese Kammern gesondert, um eine maximale Effizienz zu erreichen. Das bedeutet, dass generell nur die Bereiche besondere Kühlung erfordern, die tatsächlich Wärme abgeben, während die nicht aktiven Bereiche keine oder nur wenig Kühlung erhalten. Das Ergebnis ist eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs und somit auch der Kosten für den Betrieb der Klimaanlagen. Die Systeme lassen sich oft mit Free Cooling kombinieren.
Es gibt verschiedene Containment-Ansätze: Hot-Aisle-Containment-Systeme trennen die heiße Luft, die Server abgeben, von der kühlen Luft, die die Klimaanlagen in den Serverraum blasen. Die heißere Luft wandert dabei durch einen abgeschlossenen Gang und ein Kühlsystem senkt in diesem Bereich die Temperatur und leitet die Luft zurück in die Klimaanlage. Im Gegensatz dazu trennen Cold-Aisle-Containment-Umgebungen die kühle von der heißen Luft. Die Server stehen dabei in einem abgeschlossenen Gang und eine Klimaanlage in diesem Bereich senkt die Temperatur, bevor die Luft zurück in den Rechenraum gelangt.
Ein Chimney-Containment-System verwendet einen Schornstein oder Kamin, um die heiße Luft abzuleiten. Die Server befinden sich in diesem Fall in einem abgeschlossenen Gang, ähnlich wie bei einem Cold-Aisle-Containment-System. Der Schornstein leitet die heiße Luft vom Dach des Rechenzentrums ab, was eine effektive Kühlung ermöglicht.
Zusätzlich gibt es noch Hybrid-Containment-Systeme, die eine Kombination aus Hot Aisle und Cold Aisle verwenden, um die Kühlleistung zu optimieren. Diese Systeme sind besonders effektiv in großen Rechenzentren mit vielen Servern und hohem Kühlbedarf.
Kabeldurchführungen beachten
Kabeldurchführungen sind ein wichtiger Aspekt der Kühlung in Rechenzentren, da sie eine potenzielle Quelle für Luftlecks darstellen. Wenn kalte Luft aus dem Klimatisierungssystem in das RZ gepumpt wird, kann sie durch undichte Kabeldurchführungen entweichen, bevor sie die Server erreicht. Dies kann dazu führen, dass nicht ausreichend gekühlt und unnötig Energie verschwendet wird. Vor allem in Bezug auf Containment-Systemen oder Free-Cooling ergeben sich hieraus Probleme bei der Kühlung.
Um die Kabeldurchführungen zu optimieren, besteht eine Möglichkeit darin, abgedichtete Kabeldurchführungen zu verwenden. Spezielle Dichtungen verhindern, dass kalte Luft entweicht und warme Luft eindringt. Bei Änderungen an den Kabeln sollten Sie diese Dichtungen überprüfen lassen, da bei Modernisierungsmaßnahmen schnell Undichtigkeiten entstehen. Eine andere Option sind Bürstenleisten, die Sie um die Kabel herumlegen. Sie dichten die Kabeldurchführungen ab und verhindern Luftlecks, ohne die Bewegung der Kabel zu beeinträchtigen. Eine alternative Methode sind Luftstrommanagement-Systeme, die die Luft so durch das RZ führen, dass kalte Luft gezielt zu den Servern gelangt und nicht durch undichte Kabeldurchführungen entweicht.
Abwärme aktiv nutzen
Die bisher genannten Systeme können Sie auch mit Produkten kombinieren, die die Abwärme nicht nur herunterkühlen, sondern sie aktiv nutzen. So dient ein Wärmerückgewinnungssystem dazu, die Abwärme des RZ auf Wasser oder Luft zu übertragen. Beides lässt sich dann in andere Teile des Gebäudes leiten, um die Heizkosten zu senken.
Ein weiterer Ansatz sind Kaltwassersysteme, die die Abwärme des RZ verwerten. Das System leitet das warme Wasser durch einen Wärmetauscher und kühlt dadurch. Anschließend leitet die Anlage das gekühlte Wasser zurück ins RZ, ähnlich wie bei hybriden Free-Cooling-Systemen. In einigen Fällen können Sie die Abwärme des Rechenzentrums auch direkt nutzen, um die Temperatur in anderen Teilen des Gebäudes zu erhöhen. Hierfür können zum Beispiel Radiatoren oder Fußbodenheizungen zum Einsatz kommen. Durch die direkte Nutzung der Abwärme sparen Sie nicht nur Energiekosten, sondern schonen auch die Umwelt.
KI optmiert Effizienz
Je komplexer ein Rechenzentrum in dessen Kühlung ist, desto sinnvoller ist der Einsatz künstlicher Intelligenz, um Luftströme, Kühlung und hybride Ansätze optimal zu steuern. Ein Beispiel dafür ist iCooling@AI [4] von Huawei. Das System sammelt kontinuierlich Daten über die Temperaturen, die Luftfeuchtigkeit und die Luftströmung und verwendet diese, um die Kühlung automatisch zu optimieren und Energie zu sparen. Das System kann auch Vorhersagen treffen und Warnungen ausgeben, wenn es Abweichungen von den normalen Betriebsbedingungen feststellt.
Ein weiterer Anbieter ist MeteoViva [5] mit "MeteoViva Climate". Dieses System nutzt Wettervorhersagen und maschinelles Lernen, um die Kühlung zu optimieren und die Energieeffizienz zu verbessern. Es berücksichtigt dabei verschiedene Faktoren wie die Außentemperatur, Sonneneinstrahlung und Luftfeuchtigkeit, um die Kühlung in Echtzeit anzupassen.
Neue Ansätze
Wie in vielen Bereichen der IT sind die größten Cloudanbieter auch in Sachen Kühlung Avantgardisten. Microsoft zum Beispiel verwendet verschiedene Technologien, um seine Rechenzentren zu kühlen und die Energieeffizienz zu verbessern. Ein Ansatz, den Microsoft in einigen seiner RZ verwendet ist die "Direct to Chip"-Kühlung. Dabei gelangt kaltes Wasser direkt auf die Prozessoren, um sie zu kühlen. Dies reduziert den Bedarf an Klimaanlagen und ermöglicht es, die Abwärme der Server zur Beheizung von Gebäuden zu nutzen. Außerdem nutzt Microsoft ein System namens "Smart Energy Aware Computing" (SEAC), das auf Echtzeitdaten zugreift, um die Kühlung und die Energieeffizienz zu verbessern.
AWS und Google setzen in ihren Data Centern auf "Adiabate Luftbefeuchtung", die die Luft durch die Verdunstung von Wasser kühlt. Dieses System arbeitet in trockenen Regionen mit niedriger Luftfeuchtigkeit besonders effektiv. Parallel dazu nutzt AWS Wärmerückgewinnung, um Wasser zu erwärmen, das wiederum für das Heizen von Gebäuden oder für andere Zwecke zum Einsatz kommt. AWS setzt darüber hinaus auf die Automatisierung der Kühlung in einer Kombination aus Sensoren und Algorithmen, um die Kühlung in Echtzeit zu steuern und zu optimieren. Google arbeitet wiederum an innovativen Technologien wie der "Indirekten Verdunstungskühlung", die Luft durch Verdunstung von Wasser kühlt; hier jedoch indirekt durch Wärmetauscher, was das Risiko von Feuchtigkeitsproblemen reduziert.
Fazit
Die RZ-Kühlung ist mittlerweile weit mehr als das Aufstellen einer Klimaanlage. Intelligente Sensoren und Wärmebildkameras messen zuverlässig die Temperatur und Überwachungsanwendungen binden diese Informationen in das allgemeine Monitoring ein. Die Kühlung wird intelligenter und mit vernetzten Klimaanlagen, Containment-Systemen, Free-Cooling und KI gibt es zahlreiche Ansätze, die in Kombination unter dem Strich die Kühlung verbessern und gleichzeitig Strom sparen.
(jp)
Link-Codes
[1] AKCP: https://www.akcp.com/
[2] Schneider Electric: https://www.se.com/de/de/
[3] Infraspeak: https://infraspeak.com/en
[5] MeteoViva: https://meteoviva.com/