Wie die Luft im Bereich unter dem Hebezugangsboden eines Gebäudes gesteuert wird

Wie die Unterboden-Druckluftkammer als druckbeaufschlagte Luftkammer funktioniert

Das Luftmanagementsystem in Unterboden-Plenums nutzt den Raum unterhalb der erhöhten Bodenplatten als Druckkammer für den Luftstrom. Wenn die Luft in den CRAC-Einheiten konditioniert wird, zirkuliert sie auf eine Weise durch den Bereich, die einen Zustand des Druckgleichgewichts mit der Luft in der Kammer erzeugt. Aufgrund der Anordnung der Unterboden-Plenums verhindert das System die Bildung von Temperatur-Hotspots im Raum, indem es die konditionierte Luft über strategisch platzierte perforierte Bodenplatten gezielt an die gewünschten Stellen leitet. Das System ist für einen optimalen Druckbereich ausgelegt und gewährleistet ohne signifikante Änderungen des Luftstroms die bestmögliche Kühlleistung sowie eine stabile Umgebung für das IT-Management.

Physik und Leistung: Druckdifferenzgesteuerte Luftzufuhr zu den Servereintritten

Gezielte Kühlung funktioniert nach dem Prinzip der Druckänderung innerhalb des Plenums und am Lufteinlass des Servers. Dies beruht auf einem nahezu unbekannten physikalischen Prinzip, dem sogenannten Bernoulli-Prinzip. Wenn im Plenum ein Druck aufgebaut wird, strömt die Luft dorthin, wo der Druck geringer ist – also zu den Server-Lufteinlässen. In unserem Fall stieg die Luftgeschwindigkeit um 25 % im Vergleich zu herkömmlichen Überkopfkühlsystemen. Die Herausforderung besteht darin, die Bodenplatten im Rechenzentrum so zu positionieren, dass sie die Druckunterschiede optimal nutzen. Rechenzentren mit einer Druckdifferenz von durchschnittlich 0,05 Inch Wassersäule im Plenum verzeichnen laut einer Studie des Uptime Institute aus dem Jahr 2022 einen Rückgang der Einlasstemperaturen an den Servern um 4 Grad Celsius.

Unsere Zugangsböden mit verbessertem Luftstrom-Kühlwirkungsgrad liefern messbare Vorteile: Ein konkretes Beispiel zeigt eine gemessene Temperaturdifferenz von 4,3 °C, die sich auf die strategische Platzierung einer perforierten Bodenplatte zurückführen lässt.

Die Temperaturregelung der Luft, die von den Servern angesaugt wird, wird durch die optimierte Platzierung der perforierten Bodenplatten verbessert. Insbesondere wenn das Layout der Platten den Hotspots der Server-Racks entspricht, kann kalte Luft ungehindert zu den Lufteinlässen der Server geleitet werden, anstatt in einer erschöpften Luftumlaufströmung verschwendet zu werden. Mit dieser Maßnahme konnten wir signifikante Ergebnisse erzielen: Die Temperaturdifferenz zwischen der Luft, die zu den Servern hin- und von ihnen wegströmt, wurde um 4,3 °C gesenkt. Diese Verbesserung der Temperaturdifferenz ist entscheidend für die Aufrechterhaltung einer zuverlässigen Kühlung, insbesondere im Hinblick auf die stetige Weiterentwicklung der IT-Konfigurationen des Unternehmens.

CFD-gestützte Optimierung: Echtzeit-Luftstrommodellierung zur Reduzierung des PUE

Die Nutzung von Computational-Fluid-Dynamics-(CFD-)Modellierungen zeigt genau auf, an welchen Stellen Wärme sich ineffizient ansammelt, und verdeutlicht, wie Anpassungen vorgenommen werden können – beispielsweise hinsichtlich der Anzahl der Perforationen in Bodenplatten, der Platzierung der Platten sowie der Ausrichtung der Kühleinheiten. Eine 2024 vom Lawrence Berkeley National Laboratory durchgeführte Studie besagt, dass die PUE-Werte mit dieser Methode im Vergleich zu rein schätzungs-basierten Verfahren um etwa 0,15 sinken. Dies mag zunächst keine signifikante Veränderung erscheinen, doch die damit verbundenen Kühlkosten reduzieren sich um rund 18 % bis 30 %. Der eigentliche Mehrwert entsteht jedoch durch Systeme, die kontinuierlich die Luftstromvolumina überwachen und aktiv steuern, um sie den Anforderungen der Server anzupassen. Dadurch werden Hot Spots vermieden, die Geräte beschädigen könnten, und ein Umgehen warmer Luft an den gezielt neu gekühlten Stellen wird verhindert.

Beseitigung von Hot Spots durch gleichmäßige Luftverteilung

Kühlungssysteme mit erhöhtem Zugangsboden eliminieren thermische Hotspots erfolgreich – nicht durch übermäßige Kühlung, sondern durch eine gleichmäßige und gezielte Luftverteilung. Bei korrekter Planung und Umsetzung verhindern diese Systeme, dass kalte Luft Kurzschlüsse bildet und heiße Luft sich wieder einschleust; sie lösen letztlich Hotspots, die die thermischen Grenzwerte der ASHRAE um bis zu 13,66 % überschreiten.

Überwindung der thermischen Schichtung durch konsistente Unterboden-Luftströmung

Thermische Schichtung ist ein Phänomen, das durch das Aufsteigen warmer Abluft entsteht und zu einer minderwertigen Mischung der Zuluft führt. Eine Luftbewegung unter dem Boden mit einer Geschwindigkeit von rund 2,5 Metern pro Sekunde oder höher trägt dazu bei, thermische Schichten aufzubrechen. Mehrere ergänzende Maßnahmen sind erforderlich, um thermische Schichten zu durchbrechen. Dazu gehört beispielsweise das Abdichten von Kabeldurchführungen. Darüber hinaus stellt das Auffüllen leerer Räume in den Serverschränken mit Abdeckplatten eine zentrale Maßnahme dar. Diese Maßnahmen gewährleisten, dass kalte Luft ausschließlich über die perforierten Bodenplatten gemäß der Planung zugeführt wird.

Zentral gesteuerte Luftströmung: Ausrichtung der CRAC-Leistung an der Fliesen-Anordnung

Umgehungs-Luftströmung kann die Kühlkapazität eines Rechenzentrums um 25–40 % reduzieren. Dies liegt daran, dass CRAC-Einheiten die Luftströmung für konditionierte Luft verringern, die die Server nicht erreicht hat. Die numerische Strömungssimulation (CFD) hat gezeigt, dass das Problem durch eine andere Porositätskonfiguration der Fliesen entsprechend den Temperaturzonen des Racks gelöst werden kann. Fliesen mit einer Porosität über 56 % verlieren wahrscheinlich Luft an die dichtesten Racks. Zudem sollte die Luftströmungsrichtung der CRAC-Einheiten mit der Positionierung der Fliesen im gesamten Raum ausgerichtet sein. Dadurch werden die Druckdifferenzen im System maximiert, was der entscheidende Faktor für die Effizienz der Kühlanlage ist.

Kohärente Strategien für das Luftstrommanagement in Umgebungen mit erhöhtem Boden

Zugängliche Bodensysteme stellen die Infrastruktur für die meisten Kühlsysteme bereit; sie ergänzen das System jedoch besonders gut, wenn sie mit effektiven Luftstrommanagement-Strategien kombiniert werden. Bei der Anordnung in Warmgang-/Kaltgang-Konfigurationen wird eine Vermischung der warmen Rückluft mit der einströmenden Zuluft vermieden. Dadurch lässt sich eine bessere Temperaturkonstanz über den gesamten Gang hinweg erreichen. Die sachgemäße Verwendung von Abdeckplatten sowie die Abdichtung von Kabelmanagementsystemen ermöglichen eine verbesserte Druckhaltung im Zwischenbodenraum und reduzieren den Energieverbrauch um rund 30 %. Innovative Fliesenlösungen, die auf aktuellen Bedingungen basieren – ermittelt mittels Temperaturkarten und computergestützter Modellierung – führen zu einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit auf Systemänderungen.
Die Kombination dieser Methoden führt zu einer Reduzierung der Power Usage Effectiveness (PUE) um etwa 0,15–0,3 Punkte – eine tatsächliche Verbesserung der Effizienz und Zuverlässigkeit der Kühlsysteme sowie der kontrollierten Umgebung.

FAQ-Bereich

Was ist ein erhöhter Zugangsboden?
Ein erhöhter Zugangsboden ist eine angehobene Bodenkonstruktion, bei der der darunterliegende Raum für Kabelverlegung, HLK-Technik und andere Infrastruktur genutzt wird.

Wie unterstützt ein Unterboden-Plenum die Kühlung?
Ein Unterboden-Plenum ist eine unter Druck stehende Luftkammer, die eine gleichmäßige Verteilung konditionierter Luft ermöglicht, um Hotspots zu minimieren und sich an die jeweiligen Kühlbedarfe anzupassen.
Welche Vorteile bietet die Verwendung perforierter Platten in Zugangsböden?
Perforierte Platten verbessern die Kühlungseffizienz, indem sie einen besseren Luftstrom kalter Luft zu den Lufteinlässen der Server ermöglichen und so die Temperatur im Bereich der Server kontrollieren.

Was kann gegen thermische Schichtung unternommen werden?

Eine konstante Luftzirkulation unter dem Bodensystem sowie das Abdichten offener Lücken fördern eine gezielte und gleichmäßige Verteilung kalter Luft.

Was versteht man unter Umgehungs-Luftstrom (Bypass-Airflow) und wie lässt er sich vermeiden?

Bypass-Luftstrom tritt auf, wenn konditionierte Luft zu den Klimaanlagen (CRAC) zurückgeführt wird, bevor sie vollständig verteilt wurde; um dies zu vermeiden, wird empfohlen, die Austrittsrichtung der CRAC-Anlagen entsprechend dem Rasterdesign der Deckenplatten zu konfigurieren.