Kaltgang-Einhausung für Server-Racks

In unserer digitalisierten Welt sind Server und Rechenzentren unverzichtbar, jedoch steigt ihr Energiebedarf exponentiell. Diese Entwicklung stellt nicht nur eine ökologische, sondern auch eine wirtschaftliche Herausforderung dar. Die Optimierung des Energieverbrauchs ist daher von entscheidender Bedeutung. Die Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulation erweist sich dabei als entscheidendes Instrument. Sie ermöglicht präzise Modellierungen komplexer Strömungs- und Temperaturverhältnisse, um effiziente Kühlungsstrategien zu entwickeln. Diese Einleitung betont die Dringlichkeit der Energieoptimierung in Servern und Rechenzentren und zeigt auf, wie CFD-Simulationen als Schlüssel zur Lösung dieses Problems dienen können. 

Das Ziel dieser Untersuchung ist es, die Kaltgang-Einhausung für einen Serverraum mittels numerischer Simulation zu optimieren und somit durch gezielte Optimierung des Strömungsfeldes die Energiekosten zu minimieren. Die Untersuchung erfolgt in zwei Schritten: 

• Ist-Zustand: Kaltgang-Einhausung unter dem kompletten Serverraum-Raum. 

• Optimierte Geometrie: Luftzufuhr als Kanal, optimale Durchströmung der Racks. 

• Von insgesamt 18 Server-Racks sind 12 als aktiv angenommen, mit einer Wärmeleistung von jeweils Q = 7500 W 

• Die Server-Racks und der Gitterboden sind nicht detailliert betrachtet, sondern wurden als poröse Medien mit den entsprechenden Druckverlustkoeffizienten definiert. 

Bei beiden Untersuchungen ist die Eintrittstemperatur konstant mit T = 20°C definiert.  

Die Temperaturverteilung beider Varianten ist in den nachstehenden Bildern dargestellt. 

Durch die Geometrieänderungen konnte eine Reduktion des benötigten Luftmassenstroms um ca. 7% erzielt werden. Da die Luft bei der zweiten Variante direkt zum Gitterboden geführt wird, wird eine optimale Durchströmung des Serverraums erzielt. Die Racks werden gleichmäßiger gekühlt, wie sich an den Temperaturbildern erkennen lässt. 

Durch die optimierte Strömungsführung lässt sich die erforderliche Leistungsaufnahme des Klimagerätes bereits deutlich reduzieren, da zum einen weniger Luftmassenstrom gekühlt werden muss und zum anderen die Pumpleistung reduziert wird. 

Mit Hilfe der CFD Strömungssimulation konnte der benötigte Luftvolumenstrom zur Kühlung eines Serverraums bei einer gleichmäßigeren Kühlung des Serverracks um 7 % reduziert werden. Dies führt zu einer Energieeinsparung im Betrieb, da die Klimatisierung effizienter und kleiner ausgelegt werden kann. 

Betriebskosten 
CFD 
Computer 
Computerrack 
Einsparung 
Energieeinsparung 
Investitionskosten 
Kaltgang 
Klimatisierung 
Kühlung 
Luftkühlung 
Rack 
Rechenzentrum 
Schaltschrank 
Server 
Serverrack 
Serverraum 
Strömung 
Warmgang