Serverkühlung: Umluft-Klimageräte und Raumklimageräte im Vergleich

Serverräume mit Raumklimageräten kühlen? Für manche Rechenzentrums-Betreiber klingt das verführerisch. Zwar sind Raumklimaanlagen ursprünglich nicht für den Einsatz in Technikräumen vorgesehen; hierfür wurden Präzisionsklimasysteme entwickelt, welche die Raumtemperatur weit genauer regulieren können. Doch Raumklimageräte sind deutlich günstiger und erbringen in Tests zuweilen ähnlich gute Resultate wie ihre Verwandten. Was also sollte dagegen sprechen, sich die Investition in eine teure Präzisionsklimaanlage zu sparen und stattdessen auf Raumklimasysteme zu setzen?

Die Antwort lautet: eigentlich alles. Denn Raumklimaanlagen liegt ein völlig anderes Klimatisierungskonzept zugrunde als Präzisionsklimasystemen. Während diese zu etwa 90 % mit sensibler Kühlung arbeiten, die Raumtemperatur also tatsächlich absenken, nutzen Raumklimageräte zu etwa 40 % die sogenannte latente Kühlung. Bei dieser Klimatisierungstechnik wird nicht etwa die Raumtemperatur gesenkt, sondern vielmehr die Luft entfeuchtet – rein physikalisch gesehen findet also eigentlich gar keine Kühlung statt.

Das scheint zunächst absurd, hat aber sehr wohl seinen Sinn. Denn Raumklimageräte sollen ein Raumklima schaffen, das Menschen als komfortabel empfinden. Das menschliche Temperaturempfinden aber hängt mit der Luftfeuchtigkeit zusammen. Nimmt diese ab, wird ein und dieselbe Temperatur von Menschen als kühler wahrgenommen. Diese Differenz von tatsächlicher und gefühlter Raumtemperatur machen sich Raumklimasysteme zunutze: Sie entziehen der Luft zunächst Feuchtigkeit und gehen erst dann zur physikalisch nachweisbaren sensiblen Kühlung über, wenn der Effekt der Entfeuchtung allein nicht mehr ausreicht.

Klimatisierung von Technikräumen

In Räumen, in denen sich Menschen aufhalten, hat sich dieser Klimatisierungsansatz bewährt. Wendet man ihn jedoch auf Technikräume an, wird gewissermaßen am Bedarf vorbei klimatisiert. Das beginnt schon beim Betriebspunkt: Während in Technikräumen ein Raumklima von 24 °C und 50 % r.F. angestrebt wird, sind Raumklimageräte darauf ausgelegt, im Sommer (Kühlbetrieb) ein Raumklima von 27 °C und 48 % r.F. zu erzeugen. Bei der Kühlung von Technikräumen weichen sie somit vom optimalen Betriebspunkt ab, was ihre Energieeffizienz verringert und überhöhte Stromkosten verursacht.

Ein weiteres Problem ist die latente Kühlung: Speziell in Serverräumen ist die Luft so trocken, dass oft Luftbefeuchter eingesetzt werden, um elektrostatische Entladungen zu verhindern. Klimatisiert man solche Räume mit Raumklimageräten, die der Luft zunächst einmal Feuchtigkeit entziehen, konterkariert man diese Bemühungen. Hinzu kommt, dass bei zu niedriger Luftfeuchtigkeit der Wärmetauscher der Raumklimaanlage trockenfällt. Dadurch verkleinert sich die Wärmeübertragungsfläche, und der Wärmetauscher büßt im Ergebnis mehr als 25 % seiner Wirkung ein. Dieser Effizienzverlust kann den Wärmetransport über das Kältemittel so nachhaltig verringern, dass sich die Anlage aufgrund zu niedriger Verdampfungstemperaturen zwischenzeitlich ausschaltet und ihre Arbeit erst bei steigender Luftfeuchtigkeit wieder aufnimmt. Ergebnis dieses On-Off-Betriebes sind enorme Temperaturschwankungen im Serverraum, die zur Überhitzung und damit zur Beschädigung des IT-Equipments führen können.

Doch es ist nicht nur die hohe Lufttrockenheit, die es als wenig sinnvoll erscheinen lässt, in Serverräumen Raumklimageräte einzusetzen. Auch im Hinblick auf die Luftumwälzung, die in solchen Räumen erforderlich ist, sind Raumklimasysteme keine geeignete Lösung. Mit Blick auf das menschliche Wohlbefinden konzipiert, sollen sie keine unangenehmen Luftströmungen (Zugluft) erzeugen und bewegen deshalb so wenig Luft wie möglich. Pro Stunde wälzt eine Raumklimaanlage bei Luftaustrittsgeschwindigkeiten zwischen 0,2 und 0,5 m/s ein Luftvolumen zwischen 200 und 2.000 m³ um. Diese Luftbewegung genügt jedoch nicht, um die konzentrierten Wärmelasten leistungsstarker Server verlässlich abzutransportieren und so die Entstehung von Wärmenestern konsequent zu unterbinden. Diese Hot-Spots, die das IT-Equipment irreparabel beschädigen können, lassen sich nur mit Volumenbewegungen zwischen 3.000 und 30.000 m³ pro Stunde und Luftaustrittsgeschwindigkeiten zwischen 2 und 3 m/s verhindern.

Beide Leistungen werden letztlich nur von Präzisionsklimasystemen erbracht, die allein schon aus diesem Grund die einzig sinnvolle Lösung für die Klimatisierung von Serverräumen darstellen. Darüber hinaus realisieren sie konsequent eine sensible, physikalisch nachweisbare Temperaturabsenkung und entfeuchten die Räumlichkeiten allenfalls bei Bedarf. Die Gefahr elektrostatischer Entladungen wird so nicht unnötig erhöht; auch steht nicht zu befürchten, dass sich die Anlage zwischenzeitlich ausschaltet. Die Raumtemperatur bleibt somit konstant und lässt sich zudem weit genauer einregeln als mit Raumklimageräten.

Bei einer Präzisionsklimatisierung beträgt die Abweichung von der eingestellten Temperatur nicht mehr als 1 °C. Auch bei der Energieeffizienz der Anlage müssen keine Abstriche gemacht werden, da sie von vorneherein darauf ausgelegt ist, das in Technikräumen angestrebte Raumklima zu erzeugen. Die Investition in ein Präzisionsklimasystem lohnt sich also in jeder Hinsicht. Wer trotz allem auf eine Raumklimatisierung setzt, erlebt oft spätestens in den Wintermonaten mit ihrer generell trockenen Luft eine böse Überraschung. Es hat denn auch schon so mancher Sparfuchs, der sich von niedrigen Anschaffungskosten und guten ersten Resultaten blenden ließ, seine Entscheidung später bereut.

Leistungsart	Präzisionsklimasystem	Raumklimasystem
Katalogleistung	10 kW (24 °C/50% r.F.)	10 kW (27 °C/50% r.F.)
Kälteleistung (24 °C/50 % r.F.)	10 kW	9 kW
Latente Leistung (Entfeuchtung)	0,5 kW (max.)	2,5 kW
Sensible Leistung (Absenkung der Raumtemperatur)	9,5 kW	6,5 kW
Luftmenge	1.500-30.000 m3/h (300 m3/kW)	200-2.000 m3/h (100 m3/kW)
Luftaustrittsgeschwindigkeit	2-3 m/s	0,15-0,5 m/s

About the author

Dipl.-Ing. (FH) Markus Trautwein ist Head of Technology Integration bei STULZ. Er verfügt über eine mehr als 20-jährige Berufserfahrung in der Kälte-Klima-Lüftungsbranche.