Ab einer bestimmten Leistungsdichte reicht Luft nicht mehr. Dann kommt Wasser ins Rack, und damit ein Gewerk, das in IT-Projekten selten mitgeplant wird: Zulauf, Rücklauf, Kondensatableitung, Leckageschutz. Ein Fachbetrieb für Heizung Sanitär Heidelberg legt diese Leitungen – nur erfährt er davon oft erst, wenn die Racks schon stehen und die Wand zu ist.

Einen Serverschrank kühlen heißt deshalb mehr, als ein Klimagerät aufzustellen. Kühllast, Luftführung und Leitungswege gehören in eine gemeinsame Planung, und zwar bevor gebaut wird.

Warum Kühlung im Serverschrank kein Selbstläufer ist

Ein modernes Rack mit vollständig bestückten Einschüben erzeugt Abwärme in einem Ausmaß, das sich für Außenstehende selten intuitiv erschließt. Einzelne Server kommen auf Verlustleistungen von mehreren hundert Watt, ein vollbestücktes 42-Höheneinheiten-Rack schnell auf mehrere Kilowatt. Diese Wärme muss vollständig abgeführt werden, sonst steigen die Temperaturen im Rack innerhalb weniger Minuten auf kritische Werte.

Die Herausforderung liegt dabei in der Verteilung, nicht nur in der Menge. Abwärme entsteht punktuell an Prozessoren, Netzteilen und Laufwerken. Im Rack sammelt sie sich an bestimmten Stellen, vor allem oben, wo die aufsteigende Warmluft sich staut. Ein Kühlkonzept, das nur auf Raumtemperatur setzt, greift deshalb zu kurz.

Welche Anforderungen an Serverräume dieser Größe gelten, beschreibt das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik im Baustein INF.2 Rechenzentrum sowie Serverraum. Er gilt ausdrücklich auch für kleinere Installationen.

Die Rolle der Einbaureihenfolge

Bevor externe Kühltechnik ins Spiel kommt, lohnt ein Blick auf die Anordnung im Rack selbst. Geräte mit hohem Wärmeeintrag sollten so platziert werden, dass sie die Kühlung der darüber oder darunter liegenden Geräte nicht beeinträchtigen. Netzteile gehören in der Regel nach oben, wo die Luft bereits wärmer ist und der zusätzliche Eintrag weniger schadet.

Leerfelder im Rack sind ein thermisches Problem, kein ästhetisches. Ohne Blindpanele entsteht ein Kurzschluss im Luftstrom: Warme Abluft strömt von hinten nach vorne und mischt sich dort mit der Kaltluft, bevor sie die Geräte erreicht. Jedes offene Segment ohne Abdeckung verschlechtert die Kühleffizienz messbar. Die Lösung kostet wenig und wird trotzdem regelmäßig vergessen.

Hotspots erkennen, bevor sie zum Problem werden

Temperaturmessung innerhalb des Racks geschieht am besten an mehreren Punkten gleichzeitig: Einlasstemperatur vorne unten, Auslasstemperatur hinten oben, und mindestens ein Messpunkt in der Mitte. Geräte, die ihre Betriebstemperatur über IPMI oder ähnliche Schnittstellen ausgeben, liefern weitere Daten. Wer diese Werte zusammenführt, erkennt Hotspots, bevor sie zu Ausfällen führen.

Eine Faustregel aus der Praxis: Liegt die Differenz zwischen Einlass- und Auslasstemperatur bei mehr als zehn Kelvin, deutet das auf unzureichende Kühlleistung oder eine gestörte Luftführung hin. Das ist kein Normwert, sondern eine Orientierung. Herstellervorgaben für einzelne Geräte haben Vorrang.

Die gängigen Methoden im Überblick

Beim Serverschrank kühlen stehen mehrere Ansätze zur Verfügung, die sich in Aufwand, Wirksamkeit und Investitionskosten erheblich unterscheiden.

Welcher passt, hängt von drei Größen ab: der installierten Kühllast, dem verfügbaren Raum und den baulichen Gegebenheiten. Je höher die Leistungsdichte pro Rack, desto näher muss die Kühlung an die Wärmequelle heran.

Wie das in der Praxis aussieht, zeigt ein Beitrag über die Kühlung eines Rechenzentrums mit CoolWall sowie Kalt- und Warmgängen.

 

 

Die Prinzipien sind dieselben wie im kleinen Technikraum, nur die Dimension unterscheidet sich.

Raumkühlung

Die einfachste Variante ist die Kühlung des gesamten Serverraums. Ein Klimagerät hält die Raumtemperatur konstant, und die Server ziehen die gekühlte Luft durch ihr Gehäuse. Das funktioniert bei geringer Dichte, also wenigen Racks mit moderater Auslastung.

Der Nachteil: Die gesamte Raumluft wird gekühlt, unabhängig davon, wo die Wärme entsteht. Das ist energetisch ineffizient und wird zum Problem, sobald die Kühllast steigt.

Für die Luftführung gilt eine Grundregel: Kaltluft von unten oder vorne einbringen, Warmluft oben abführen. Klimageräte, die Kaltluft von oben einblasen, erzeugen oft Strömungen, die an den Racks vorbeigehen.

Kalt- und Warmgang-Trennung

Sobald mehr als zwei oder drei Racks im selben Raum stehen, lohnt eine strukturiertere Luftführung. Das Prinzip stellt sicher, dass Kaltluft ausschließlich von vorne in die Racks gelangt und Warmluft ausschließlich nach hinten abgeführt wird. Dazu stehen die Racks in Reihen, die abwechselnd mit ihren Frontseiten zueinander (Kaltgang) oder mit ihren Rückseiten zueinander (Warmgang) zeigen.

Trennelemente aus Acrylglas oder Vorhängen verhindern die Vermischung. Diese Maßnahme verbessert die Kühleffizienz erheblich und lässt sich bei bestehenden Installationen oft nachrüsten, ohne die Raumstruktur zu verändern.

Rack-interne Kühlung und In-Row-Kühlung

Bei sehr hohen Kühllastdichten reicht die Raumkühlung nicht mehr aus. In-Row-Kühlgeräte stehen direkt zwischen den Racks und kühlen die Luft dort, wo sie gebraucht wird: unmittelbar vor der Rackfront. Der Weg der Kaltluft ist minimal, die Effizienz entsprechend hoch.

Eine Stufe weiter gehen rackintegrierte Systeme, bei denen der Wärmetauscher in der Tür des Schranks sitzt. Sie eignen sich für sehr hohe Packungsdichten und benötigen in der Regel eine Wasserversorgung.

Damit steigen die Anforderungen an die Gebäudetechnik: Leitungsführung, Entwässerung bei Kondensatanfall und Absicherung gegen Leckagen. Diese Punkte gehören früh geklärt, weil sie in die Bauzeichnung einfließen müssen.

Flüssigkeitskühlung

Wasser leitet Wärme deutlich effizienter ab als Luft. Flüssigkeitsgekühlte Systeme nutzen das, indem sie Kühlwasser direkt an die Wärmequellen führen, entweder über Kühlplatten auf den Prozessoren oder über Rückwandkühler an der Rackrückseite. Letztere eignen sich für nachträgliche Installationen, weil sie keine Eingriffe in die Server erfordern.

Die Investition liegt höher als bei reiner Luftkühlung. Dafür sinkt der Energiebedarf, und die Abwärme fällt in einer Form an, die sich weiterverwenden lässt.

Typische Fehler beim Kühlen eines Serverschranks

Viele Kühlprobleme entstehen durch Planungslücken, die sich über die Zeit aufgeschichtet haben, nicht durch fehlende Technik. Die häufigsten Ursachen:

• Fehlende Blindpanele in ungenutzten Höheneinheiten, die Warmluft zurück in den Kaltbereich leiten
• Kabeltrassen, die den Luftstrom blockieren, weil sie quer durch die Rückseite geführt wurden
• Klimageräte, die zwar die Raumtemperatur halten, aber die Luft nicht bis an die Racks führen
• Erweiterungen des Racks ohne Anpassung der Kühlleistung
• Temperaturmonitoring, das nur an einer Stelle misst und Hotspots übersieht
• Klimaanlagen, die im Winter in den Heizbetrieb wechseln und dabei die Sensoren täuschen

Der letzte Punkt verdient Aufmerksamkeit. Serverräume mit schwankender Last brauchen ein System, das kühlen und vor zu tiefen Temperaturen schützen kann. Zu niedrige Temperaturen schaden Hardwarekomponenten ebenso wie zu hohe.

Planung vor der Installation

Bevor ein Kühlsystem installiert wird, sind drei Fragen zu beantworten: Wie hoch ist die tatsächliche Kühllast? Was passiert bei einem Ausfall? Und welche Gewerke sind beteiligt?

Alle drei beeinflussen die Technikwahl erheblich, und alle drei lassen sich später nur mit Aufwand korrigieren.

Kühllast berechnen

Die Kühllast ergibt sich aus der Summe der Verlustleistungen aller Geräte. Herstellerangaben nennen die maximale Leistungsaufnahme, die tatsächliche Abwärme liegt im Normalbetrieb darunter. Für die Dimensionierung empfiehlt sich die durchschnittliche Auslastung im Betrieb, zuzüglich eines Puffers für Lastspitzen.

Rechnen Sie außerdem den Raum mit: Fenster, Außenwände, Beleuchtung und angrenzende Räume erhöhen die Wärmelast zusätzlich. Ein schlecht isolierter Serverraum erzeugt im Sommer allein durch Sonneneinstrahlung eine erhebliche Zusatzlast.

Die VDI 2054 zur Raumlufttechnik in der Datenverarbeitung beschreibt das Vorgehen im Detail. Wer die Berechnung extern vergeben will, findet dort die Grundlage, auf die sich Planer beziehen.

Redundanz und Ausfallsicherheit

Ein einzelnes Klimagerät ohne Redundanz ist ein Risiko. Fällt es aus, steigen die Temperaturen im Rack innerhalb kurzer Zeit auf kritische Werte. Für produktive Umgebungen gilt: mindestens zwei Einheiten, von denen jede allein die volle Last übernehmen kann.

Redundanz bedeutet auch, dass beide Einheiten regelmäßig laufen. Ein Klimagerät, das jahrelang nur als Reserve steht, muss genau dann einspringen, wenn das erste ausgefallen ist. Nur ein Wechselbetrieb stellt sicher, dass die Reserve funktioniert.

Gebäudetechnik frühzeitig einbeziehen

Wassergekühlte Systeme, Klimageräte mit Kondensatableitung und jede Form von Rohrleitungsführung berühren das Haustechnikgewerk direkt.

Ziehen Sie einen Fachbetrieb für Sanitär- und Klimatechnik deshalb in die Planungsphase, nicht in die Umsetzung. Leitungsführung, Druckprüfung und Entwässerungsplanung müssen früh in die Bauzeichnung einfließen. Werden diese Gewerke erst einbezogen, wenn die IT-Infrastruktur steht, entstehen Kompromisse, die vermeidbar gewesen wären.

Ein praktischer Punkt dabei: Kondensat fällt an jedem Umluftkühlgerät an und muss abgeführt werden. Wo kein Gefälle vorhanden ist, braucht es eine Pumpe, und die gehört ins Monitoring.

Abwärme nutzen statt nur abführen

Die Wärme, die aus dem Serverraum kommt, ist Energie. Bei wassergekühlten Systemen fällt sie auf einem Temperaturniveau an, das sich für die Gebäudeheizung oder die Warmwasserbereitung nutzen lässt.

Wie das in größerem Maßstab funktioniert und wo die Grenzen liegen, zeigt ein Beitrag über die Nutzung industrieller Abwärme.

 

 

Für Betreiber ist das inzwischen mehr als eine Option. Das Energieeffizienzgesetz enthält Vorgaben für Rechenzentren, die der Bitkom in seiner Übersicht zum Energieeffizienzgesetz für Rechenzentren zusammenfasst. Welche Schwellenwerte für kleinere Installationen gelten, lohnt die Prüfung im Einzelfall.

Praktisch heißt das: Wer ohnehin neu plant und ein wassergeführtes System einsetzt, sollte die Abwärmenutzung mitdenken. Nachträglich ist der Aufwand deutlich höher.

Betrieb und Monitoring

Eine gut geplante Kühlung ist kein statischer Zustand. Serverräume verändern sich: Neue Hardware kommt dazu, Lasten verschieben sich, Außentemperaturen stellen im Sommer höhere Anforderungen. Wer die Kühlung nur beim Einbau prüft, übersieht frühe Warnsignale.

Kontinuierliches Temperaturmonitoring erfasst Temperatur und Luftfeuchtigkeit an mehreren Punkten und meldet Grenzwertüberschreitungen. Sinnvoll ist die Protokollierung über Zeit: Steigt die durchschnittliche Auslasstemperatur über Wochen langsam an, deutet das auf zunehmende Last oder nachlassende Kühlleistung hin, lange bevor ein Gerät ausfällt.

Klimageräte brauchen regelmäßige Wartung. Filter verstopfen, Kondensatpumpen fallen aus, der Kältemitteldruck verändert sich. Halten Sie die Herstellerintervalle ein. Ein ungewartetes Gerät fällt früher aus, und der Schaden kostet mehr als der reguläre Service.

Das Umweltbundesamt ordnet in seinem Beitrag zum Energieeffizienzgesetz ein, welche Effizienzkennzahlen dabei eine Rolle spielen.

Fazit

Einen Serverschrank kühlen ist eine Planungsaufgabe, keine nachträgliche Korrektur. Wer Kühllast, Luftführung und Redundanz von Anfang an mitdenkt, vermeidet die häufigsten Ursachen von Hardwareausfällen.

Drei Maßnahmen wirken zusammen am stärksten: konsequente Kalt-Warmgang-Trennung, Temperaturmonitoring an mehreren Punkten im Rack, und ein Klimasystem mit echter Redundanz.

Beginnen Sie mit einer Bestandsaufnahme: Summieren Sie die Leistungsaufnahme aller Geräte, prüfen Sie, ob Blindpanele fehlen, und messen Sie an Einlass und Auslass. Was Sie dabei finden, zeigt den größten Handlungsbedarf.

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