Tipps für IT-Systemdesigner Kühlung mit Wasser oder Kältemittel?

Rackkühlung mit Splitsystem LCU DX: Das Split-Kühlgerät auf Kältemittelbasis bestehend aus einer Inneneinheit (Verdampfer) und einer Außeneinheit mit invertergeregeltem Kompressor sorgt für effiziente Kühlung ohne Raumverlust.
Rackkühlung mit Splitsystem LCU DX: Das Split-Kühlgerät auf Kältemittelbasis bestehend aus einer Inneneinheit (Verdampfer) und einer Außeneinheit mit invertergeregeltem Kompressor sorgt für effiziente Kühlung ohne Raumverlust.

Beim Ausbau einer kleinen IT-Umgebung, die bislang mit Luftkühlung arbeitet, hin zu einer Infrastruktur mit mehreren IT-Schränken, wird oft ein neues Kühlkonzept benötigt – eine Lösung, die entweder mit Wasser oder mit einem Kältemittel arbeitet.

Prinzipiell ist auch in kleineren IT-Umgebungen die Kühlung mit Wasser möglich. Hierfür ist jedoch eine entsprechende Wasserzufuhr notwendig, die gegebenenfalls in Fabrikhallen, in der Regel aber nicht in einem Bürogebäude zur Verfügung steht. Daher muss ein Kaltwassersatz (Rohre, Pumpe, Freikühler, Chiller) bei den Investitionen berücksichtigt werden. Dieser Investition stehen aber geringere Betriebskosten gegenüber, da zu einem großen Teil des Jahres das Wasser über die kalte Außenluft gekühlt werden kann. Es empfiehlt sich also, eine Vollkostenrechnung (TCO) durchzuführen, die neben den Investitionen auch die Betriebskosten berücksichtigt.

Das richtige Kühlmittel

Mit deutlich geringerem Investitionsaufwand gelingt die IT-Klimatisierung durch die DX-Kühlung. DX steht für Direct Expansion und beschreibt die klassische kältemittelbasierte Klimatisierung über ein Split-Gerät plus einen Kompressor (siehe Bild). Die Kälte wird hierbei über einen geschlossenen Kältemittelkreislauf mit Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil erzeugt. Das Prinzip ist einfach: Über den Verdampfer wird ein Kältemittel verdunstet, das hierbei die Wärme aufnimmt. Der Kompressor saugt das Kältemittel an und verdichtet das Gas unter hohem Druck. Im Kondensator wird das Kältemittel wieder verflüssigt, wodurch die Wärme abgegeben wird. Über eine Drossel oder ein elektronisches Expansionsventil wird das Kältemittel entspannt und der Kreislauf kann von vorne beginnen. Das Funktionsprinzip dieser Kältemaschine findet sich auch in Kühlschränken und Gefriertruhen wieder.

Die Anschaffung von Kühlsystemen mit Kältemitteln ist in der Regel niedriger, da Wanddurchbrüche für dünnere Kupferleitungen günstiger herzustellen sind als für Wasserleitungen. Allerdings sind unter Umständen die laufenden Betriebskosten im Vergleich zu einer Wasserkühlung höher, da das System kontinuierlich Strom für den Kompressor benötigt.

Augen auf beim Klima-Kauf

In der IT-Klimatechnik setzen viele Hersteller als Kältemittel R-410A oder R134a ein. Diese verfügen über eine hohe volumetrische Kälteleistung. Daher wird auch mit kleinen Verdichtern eine hohe Kälteleistung erzielt, wodurch die Entwicklung sehr kompakter Klimageräte möglich wird.

Beim Einsatz von Kältemitteln müssen Hersteller und Kunden die Kältemittelverordnung beachten, die in Europa je nach Land unterschiedlich ausfallen kann. Die Verordnung definiert unter anderem, welche Mengen von welchem Klimamittel unter welchen Bedingungen an welchen Aufstellorten verwendet werden dürfen. Details über Art und Menge des Kältemittels liefern die Sicherheitsdatenblätter, die jeder Hersteller für seine Produkte bereitstellen muss.

Darüber hinaus sollten Unternehmen auf IT-gerechte Systeme achten: Nur moderne Geräte regeln kontinuierlich die Kompressorleistung über die Temperatur der Server-Zuluft und arbeiten mit einem Inverter-geregelten Verdichter, mit dem das Kühlgerät die Kaltluft konstant auf der eingestellten Server-Zulufttemperatur hält. So wird auch ein Einblasen zu kalter Luft - was zur Kondensation führen könnte – vermieden. Sinnvoll ist der Einsatz von drehzahlgeregelten EC-Ventilatoren (bürstenloser Gleichstrommotor), da diese den Luftvolumen sehr bedarfsgerecht steuern können. Außerdem arbeiten diese Lüfter äußerst sparsam im niedrigen Energiebereich.