Luft-Wasser-Wärmetauscher im Rack
Effektive Serverkühlung
Mit der zunehmenden Verlustleistung der Komponenten in elektronischen Baugruppen, stößt die konventionelle Luftkühlung immer häufiger an ihre Grenzen. Ab etwa 8 kW Verlustleistung pro Schrank ist es kaum mehr möglich, nur mit Luft zu kühlen. Besonders bei leistungsfähigen Servern ist diese Grenze schnell erreicht.
Serverbasierende Systeme bilden im Telekommunikationsbereich die Kernelemente der
Netzwerkinfrastruktur. Im "Testcenter" bei Siemens Networks in München (siehe auch Artikel auf
Seite 38) sind unter anderem so genannte IMS Application Server (IMS = IP Multimedia Subsysteme) in
Schränken installiert. Mit neuen Systemen wie dem FCM (Fixed Mobile Convergence) sind Netzbetreiber
in der Lage, Multimediadienste homogen und kosteneffizient für alle Netze einzuführen, die der
Betreiber unterstützt. Beispiel sind GSM, UMTS, WLAN, DSL oder Kabel. Dem Nutzer stehen damit in
unterschiedlichen Netztypen unabhängig vom gerade verwendeten Endgerät die gleichen Funkti-onen zur
Verfügung. Technische Basis für den einfachen Netzwechsel und die Bereitstellung von
Multimedia-Services ist das IMS.
Die bisher eingesetzte Schranktechnik mit raumabhängigen Kühlkonzepten und Luftkühlung ist für
diese neuen Hochleistungssysteme nicht mehr ausreichend. Bei einem voll bestückten Schrank sind
dann die Grenzen der Luftkühlung schnell erreicht. Ab 1500 W/m² ist es meist nicht mehr
wirtschaftlich, raumabhängige Kühlkonzepte einzusetzen. Eine Alternative stellt die kombinierte
Luft-Flüssigkeitskühlung mit Wasser als Medium dar. Wasser hat eine um einen Faktor 4000 höhere
spezifische Wärmekapazität als Luft (volumenbezogen) und eignet sich somit wesentlich besser zur
Kühlung kritischer Komponenten. Die höhere Dichte des Wassers erlaubt wesentlich mehr Wärme aus dem
Schrank abzuführen. Durch den geschlossenen Kreislauf eines Luft-Wasser-Wärmetauschers entsteht
außerdem eine raumunabhängige Entwärmungslösung (Bild 1).
20 kW Verlustleistung pro Schrank
Schroff hat unter der Bezeichnung "Varistar LHX20" ein raumunabhängiges Entwärmungskonzept als
Schrankkomplettsystem entwickelt. Das System ist in der Lage installierte Verlustleistungen bis
20kW abzuführen. Der Luft-Wasser-Wärmetauscher wird als komplettes Modul seitlich links oder rechts
in den Schrank eingeschoben, dadurch ist die 19-Zoll-Ebene in voller Höhe (42 HE) nutzbar. Der
Wärmetauscher befindet sich im geschlossenen Luftkreislauf des Schranks mit einer Luftfördermenge
bis 3000 m3/h. Luftführungselemente und sechs über die Höhe verteilt angebrachte Ventilatoren
sollen für die gleichmäßige Entwärmung aller im Schrank eingebauten Komponenten sorgen. Das
Kühlwasser strömt durch den externen Wasserkreislauf und den Wärmetauscher, erwärmt sich dabei und
fließt zurück zur Rückkühlanlage. Dort wird das Wasser wieder auf die gewünschte Vorlauftemperatur
heruntergekühlt (Bild 2).
Die Temperaturregelung im Schrank erfolgt über eine Microcontroller. Ein Dreiwegeventil und ein
Bypass mischen den Wasservor- und Rücklauf. Die Schranktemperatur wird vorrangig über die Regelung
des Wasserkreislaufs konstant gehalten. Um im Kühlbetrieb möglichst energiesparend zu arbeiten,
laufen die Ventilatoren mit der geforderten Mindestdrehzahl, bis das Dreiwegeventil zu 100 Prozent
geöffnet ist. Erst regelt das System die Drehzahl der Ventilatoren auf den Maximalwert hoch. Sinkt
dann die Schranktemperatur, werden die Lüfter wieder heruntergefahren und dann der Wasserkreislauf
reguliert.
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