Zur Serverschrank-Technik ... Tipps, Interessantes und Neues

Serverschrank richtig wählen u. kühlen

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ZETBOX Onlineshop
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DIE Empfehlung zum Thema Serverschrank Anbieter: Das Unternehmen ZETBOX GmbH, einer der führenden Anbieter von 19"-Schrank-Technik. Ursprünglich in 2006 gegründet, findet man bei Zetbox alles zum Thema 19"-Serverschränke.

Im Produktspektrum sind z.B. Serverschränke mit Klimatisierung, Netzwerkschränke, Akustikschränke, Colocation Racks, offene Racks, Wandgehäuse etc.. Ein großes Lager gewährleistet eine schnelle Lieferfähigkeit. Mehr dazu hier... .

Serverschrank richtig kühlen ...

Serverschrank mit einer 2 KW Klimaanlage
Serverschrank mit einer 2 KW Klimaanlage

Ein oft unterschätztes Problem ist ein Serverschrank in dem hohe Temperaturen entstehen können (durch äußeren Einfluss und durch die eingebauten aktiven Komponenten). Eine geräteverträgliche Temperatur im Schrank liegt bei ca. 25° bis 30° C. Wird es im Schrank wärmer, sollte man sich Gedanken über den Wärmeabfluss machen.

Besondere Problemfelder im Schrank selbst sind so genannte Hotspots. Punkte in einem Schrank wo es besonders heiß wird. Im Schrank selbst ist die Durchschnittstemperatur unter Umständen i.O., aber in einzelnen Schrankbereichen (z.B. oberhalb eines Servers) wird die kritische Temperatur jedoch überschritten.

Eins vorweg: Kälte kann man nicht erzeugen – nur Wärme abführen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten die Temperatur im Schrank zu senken.

1: Passive Klimatisierung von Serverschränken (oder Schaltschränken)
Annahme 1: Der Serverschrank ist geschlossen: Wird im Schrank relativ wenig Wärmeleistung abgegeben, kann es unter Umständen ausreichend sein, dass die Wärme passiv über die „Schrankaußenhaut“ abgeführt wird.

Annahme 2: Ein Serverschrank mit Lochblechtüren ermöglicht es den eingebauten Komponenten Raumluft anzusaugen und nach hinten wieder abzuführen. Der Schrank ist auch in diesem Fall „passiv“.

Zusammengefasst: Passive Klimatisierung bedeutet "natürliche Wärmeabfuhr ohne Hilfe von Zusatzgeräten". Bei geschlossenen Gehäusen ist es die Wärmeabfuhr durch die Gehäuseflächen. Bei relativ offenen Gehäusen findet primäre ein Luftaustausch Lüftungsschlitze statt ("natürliche Konvektion"). Ein wichtige Prämisse: die Umgebungstemperatur muss niedriger sein als die gewünschte Innentemperatur.

2: Aktive Klimatisierung von Serverschränken (oder auch Schaltschränken)
2.1: Kühlung durch Lüftersysteme
Die einfachste Möglichkeit ist der Einbau eines 19zoll Einschublüfters Dieser kann ohne großen Aufwand auch nachträglich eingebaut werden. Der Einschublüfter hat die Aufgabe die Luft in einem Schrank umzuwälzen u. die Temperatur über die "Schrankaußenhaut" abzugeben. Wichtig: Der Einschublüfter muss so eingebaut werden, dass es zu einer Luftzirkulation im Schrank kommt. Er darf nicht von oben oder unten zugebaut werden (würde zum Leistungsverlust oder Beschädigung des Lüfter führen). Grundlage für diese Funktionsweise: Die Luft außen muss kühler sein als die umgewälzte Luft im Schrank, denn nur so kann ein Wärmeabgabe erfolgen. Falls die Steuerung über ein Thermostat erfolgt - der die Lüfter bei einer bestimmten Temperatur einschaltet - sollte beachtet werden, dass die Messung der Temperatur am heißesten Punkt im Schrank erfolgen sollte.

Eine zweite einfache Möglichkeit die Schranktemperatur zu senken ist der Einbau eines Dachlüfters. Der Dachlüfter hat die Aufgabe die kalte Luft von außen (i.d.R. über den Schrankboden/Schranksockel) einzusaugen, durch den Schrank zu führen u. über das Dach wieder hinauszublasen. Grundlage für diese Funktionsweise: Die angesaugte Luft von außen muss kühler sein als die Temperatur im Schrank. Je größer der Temperaturunterschied desto effektiver die Kühlung.

Bei Schränken mit hoher Dichtigkeit und dem Einsatz von Lüftern muss darauf geachtet weden, dass die eingesetzten Filterlüfter und Austritsfilter (Technik aus der Industrie) auch eine hohe Dichtigkeit haben (optimalerweise min. IP 54). Wichtig: Ist auch nur eine Öffnung am Schrank die nicht die IP Vorgabe erfüllt (sei es ein Lüfter der „nicht dicht“ ist, oder eine Kabelführung die nicht entsprechend abgedichtet wurde), verliert der Schrank seine vorgegebene IP Schutzart.

Lüftertechnik kann es auch in besonders leiser Ausführung geben. Diese ist auch für den Einsatz in einer Büroarbeitsumgebung möglich.

2.2: Kühlung durch Kompressor-Klimageräte mit Kältemittel
Ein klassisches Schrank-Klimagerät sollte i.d.R. nur an Schränke mit mindestens IP54 installiert werden (=hohe Dichtigkeit). Ein Klimagerät funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank. Die Außentemperatur kann höher sein als die geforderte Schrankinnetempeartur (allerdings nicht höher als ca. 50-55°C, da das eingesetzte Kühlmittel die Luft dann nicht mehr runter kühlen kann). Ist der gekühlte Serverschrank nicht besonders Dicht, wird bei einem zu großen Unterschied zwischen Außen- u. Innentemperatur im Schrank Kondenswasser entstehen. Kondenswasser im Schrank hätte zur Folge, dass die eingebauten Geräte sehr schnell ausfallen würden. Die Kühlleistung von einem Kühlgerät kann bis zu 10.000 Watt betragen. Beim Einsatz am Serverschrank sind die gängigen Klimageräte zwischen 1 und 4KW stark. Darüber hinaus ist häufig die Wärmeabfuhr aus dem Raum sehr problematisch. Auch die Lautstärke ist hier zu beachten.
Vorteil dieser Lösung: Stand-Alone-System ohne besonderen Installationsaufwand.

2.3: Kühlung durch Luft/Wasserwärmetauscher in Kombination mit Flüssigkeits-Rückkühlern
Die effektivste Art der Kühlung ist die Luft/Wasserwärmetauscher. Der Luft/Wasserwärmetauscher ist am Schrank, der Rückkühler kann in einem anderen Raum stehen oder im Outdoorbereich.

Vorteile dieser Technik: Sehr hohe Leistungen möglich (auch über 20KW). Es entsteht keine Abwärme im Schrankraum. Nachteil dieser Technik: Kostenintensiv mit hohem Installationsaufwand.

2.4: Weitere Techniken und spezielle Ausführungen
Eine weitere Technik ist die Kühlung mit einem Luft/Luftwärmetauscher. Diese Technik besteht aus zwei autonomen „Lüfterkreisläufen“. Ein Kreislauf ist im Schrank, der andere im Raum. Dies ist die Alternative zum Filterlüfter und hat den Vorteil, dass es beim Luft/Luftwärmetauscher idR. keinen Filter gibt der getauscht werden müsste.

Spezielle Anwendungen sind z.B. Kühler oder Wärmetauscher in 19zoll Gehäusen oder "Explosion Proof" Kühler, Kühler / Wärmetauscher in Edelstahlausführung oder Kühler / Wärmetauscher für den Outdoorbereich.


3. Zur Redundanz von Kühlsystemen: Können Serverschränke mit Kompressor-Kühlern redundant aufgebaut werden?

Definition Redundanz (Technik) aus wikipedia.de: Der Begriff Redundanz (von lateinisch redundare ‚überlaufen‘, ‚sich reichlich ergießen‘) bezeichnet allgemein in der Technik das zusätzliche Vorhandensein funktional gleicher oder vergleichbarer Ressourcen eines technischen Systems, wenn diese bei einem störungsfreien Betrieb im Normalfall nicht benötigt werden. [...] In aller Regel dienen diese zusätzlichen Ressourcen zur Erhöhung der Ausfall-, Funktions- bzw. Betriebssicherheit.

Bezogen auf die Serverschrank Klimatisierung heißt das: Ja, man kann an einen Serverschrank 2 Klimageräte installieren. Fällt einer der Kühler aus, springt der andere Kühler „im Notfall" an. Technisch spricht nichts gegen eine solche Lösung. Serverschranküberwachungssysteme (Alarmsysteme) die via SMS, Email oder Netzwerk Fehlermeldungen raus senden, können unterstützend eingesetzt werden.

Kompressor Klimageräte haben nach unseren Erfahrungswerten eine relativ geringe Ausfallquote, aber auch das sind nur Maschinen. In besonders sensiblen Bereichen macht daher eine redundante Auslegung der Kühlsysteme durchaus Sinn.

Die gleiche Redundanz kann man auch bei Luft-/Wasserwärmetauscher-Systemen aufbauen. Für eine vollständige Redundanz sollte man auch die Rückkühlung doppelt auslegen. Das gleiche gilt auch bei Luft-/Luftwäremtauschern u. Lüftersystemen.


Weiterführende Infos und Produkte zum Thema Serverschrank Klimatisierung siehe hier.

Joachim Hennig, 2017

Allgemeine Tipps u. Hinweise zur 19"-Schrank-Wahl

  • Schrankgröße ausreichend wählen. Haben Sie genügend Platz sollte immer ein größerer Schrank gewählt werden. Die Standardgrößen sind 42HE und 24HE (sogenannte "halbe Höhe"). Beim Netzwerkschrank i.d.R. 800mm x 800mm BxT, beim Serverschränken 600mm x 1000mm oder 800mm x 1000mm. Der 800mm breite Schrank hat den Vorteil, dass man links u. rechts von 19"-System mehr Platz z.B. für die Kabel hat.
  • Immer für "gute Temperatur" im Schrank sorgen (optimalerweise 25° bis 30°C). Sollen Schranklüfter verwendet werden? (bei Schränken mit Lochblechtüren NICHT notwendig). Ist vielleicht doch der Einsatz von einem Lüftern/Wärmetauschern/Klimageräten notwendig? Passende Lösung wählen. Selbst eine relativ teure Kühlgerätetechnik am Schrank ist meistens günstiger als der Ausfall von Geräten / System (Folge: Hardwaredefekte, Arbeitsausfall, Produktionsstopp, Neuinstallation etc.) .
  • Schrank sollte abschließbar sein (mit einem Schlüsselsystem, Zahlencode etc.) falls er nicht in einem separaten abschließbaren Raum steht.
  • Werden mehrere 19"-Schränke in Reihe gestellt werden kann auf Seitenwände verzichtet werden. Man benötigt dann nur Seiten für den Abschluss der Reihe.
  • Sind die Geräteböden ausreichend dimensioniert in Tiefe und Traglast)?
  • Sonstiges Zubehör nicht vergessen, z.B. Stromleisten, Schrauben, Beleuchtung, Schwenkrahmen, Kabelmanagement etc.).
  • Potentialausgleichsschiene sollten im Schrank integriert sein.
  • Sauberes Kabelmanagement berücksichtigen (über Kabelabfangschienen u. Kabelbügel usw.). Erleichtert später die Arbeit am Schrank (z.B. bei einem Ändern oder Nachrüsten der Konfiguration) Sauberer Aufbau ist auch immer eine gute Visitenkarte des für den Schrank Verantwortlichen.
  • Unbedingt beachten: USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) im Schrank einbauen oder an ein vorhandenes USV-System anschließen um Systemausfälle zu vermeiden bzw. ein sauberes runter fahren zu gewährleisten. Bei Stromausfall drohen Hardwaredefekte oder Softwaredefekte (Datenbanken).
  • Bei hoch sensiblen Systemen kann auche eine Gaslöschung im Schrank wichtig sein. Optimalerweise sollte eine Löscheinheit nicht höher als 1HE hoch sein.
  • Muss es ein Schrank mit hoher Dichtigkeit (Schutzart IP) sein? Hohe Schrankdichtigkeit ist mit einem höheren Preis verbunden. In sauberer Umgebung nicht notwendig (Büros, Serverräume etc.). Ein dichter Schrank ist in schmutziger, feuchter Umgebung zwingend um die verbauten Geräte zu schützen. Auch bei einem Einsatz von Kühlgerten Voraussetzung.
  • Soll ein Schranksystem zu einem späteren Zeitpunkt erweitert werden, sollte ein Markenprodukt gekauft werden, dass es langfristig am Markt gibt. Einen Noname-Schrank und das Zubehör dazu können Sie evtl. in ein oder zwei Jahren gar nicht mehr kaufen.
  • Es gibt High-End Schränke die durchaus ihre Berechtigung haben (besonderes Design, breites Zubehörprogramm etc.), aber in den meisten Fällen reicht ein solider Schrank mit einem guten Preis/Leistungsverhältnis aus. Umgekehrt sollte man aber auch nicht nur auf den Preis schauen, da die billigsten Lösungen sich oft negativ auf die Qualität auswirken können (schwache Konstruktion, geringe Traglast, Passungenauigkeiten, wenig Zubehör etc.).
  • Joachim Hennig 2006-2017

Wozu Outdoorschränke?

Outdoorschrank
Outdoorschrank

Ein Outdoorschrank ist ein Schrank für den Außeneinsatz bei jedem Wetter (Schnee, Regen, Hitze, Kälte, Staub etc.). Der Outdoorschrank soll die im inneren verbauten Geräte und Komponenten vor den Außeneinflüssen schützen. So ein Außengehäuse muss nicht nur vor ungünstigen Witterungsverhältnissen schützen sondern auch vor
Eingriffen von unbefugten Personen (=Vandalismusschutz). Aber so ein Outdoorschrank ist kein Hochsicherheitssafe.

Eine sehr wichtige Aufgabe eines Außengehäuses ist es im Inneren für bestimmte thermische Bedingungen zu sorgen. Je nach verbauten Geräten können diese unterschiedlich sein. Häufig sind Außenschränke daher klimatisiert (durch Lüfter oder Klimatechnik (Kompressor-Klimaanlagen , Luft/Luft - oder Luft/Wasser-Wärmetauscher)). Da Outdoorschränke häufig doppelwandig aufgebaut sind, ist bereits die passive Kühlung besser als z.B. bei Schaltschränken oder Serverschränken.

Die Konstruktion eines Außengehäuses ist sehr stabil und ermöglicht zudem eine individuelle Ausführung. Diese erlaubt es, dass so ein Outdoorschrank auch überall dort eingesetzt werden kann, wo der Schutz für die teils unter extremen Bedingungen betriebenen Außenanlagen erforderlich ist. Outdoorschränke können z.B. an Straßen, auf dem Berg, in der Wüste, an Bahngleisen, an Autobahnen, auf Bohrplattformen, in Pumpwerken für Gas, Heizkraftwerken, Stadtwerken, Raffinerien, Zementwerken, Bergwerken sowie zum Schutz von Steueranlagen für Straßenbeleuchtung usw. stehen.

Outdoorschränke können aus Aluminium, Edelstahl oder Kunststoffen gefertigt werden. In den seltensten Fällen aus Stahlblech da hier die Rostgefahr zu große. Wenn Stahlblech da für eine kurze Einsatzzeit und aus Kostengründen.

Die richtige USV?

Eine Unterbrechungsfreie Strom Versorgung (USV) (englisch: Uninterruptible Power Supply (UPS)), wird eingesetzt, um bei Störungen im Stromnetz die Versorgung kritischer elektrischer Lasten sicherzustellen (Wikipedia). Eine USV sorgt dafür, dass elektrische Geräte weiter funktionieren oder zumindest sauber heruntergefahren werden.
Die erste Frage die sich stellt lautet: Wie sensibel sind die verbauten Geräte?
Erst dann kann entschieden werden ob eine USV überhaupt gebraucht wird und wenn ja, welcher USV Typ mit welcher Leistung ausgewählt werden sollte.

Zur Leistungswahl:
Der erforderliche minimale Leistungswert der USV ist richtig ermittelt, wenn er der Summe der Leistungen aller anzuschließenden Einzelverbraucher entspricht. Plus eine kleine Reserve (in VA oder Watt angegeben).

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die gewünscht Überbrückungszeit: Sollen die Rechner, Geräte sofort runter fahren oder sollen Sie evtl. noch einige Minuten laufen (vielleicht ist der Stromausfall ja nur kurz).

Im Grunde gibt es drei unterschiedliche USV Typen:

Die LINE-INTERACTIVE-USV-ANLAGE ist in der Ausgangsspannung unabhängig von der Netzspannung oder entsprechender Änderungen (Spannung stabilisiert).

Die Line-Interacitve-USV-Anlagen sind besonders geeignet für einfache Anwendungen der Datentechnik und für Stromnetze, die mit durchschnittlichen Spannungsschwankungen und Spannungsspikes belastet sind. Zudem sind diese USVs interessanter in geräuschsensibler Umgebung (z.B. für Akustikschränke)

Diese USVs leiten den Netzstrom direkt an die Verbraucher weiter, während sie die Akkus laden und auf hohem Spannungsniveau halten. Spezielle Filter können aber Stromschwankungen abfangen. Somit liefern diese Geräte gleichmäßigeren Strom als Offline-Modelle. Zudem können sie Schwankungen kurzzeitig ohne Hilfe der Akkus ausgleichen. Das sorgt für Zeitgewinn beim Umschalten auf die Akkus.

Die ONLINE-USV-ANLAGE ist in der Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung unabhängig von Netzfrequenz und Netzspannung oder entsprechender Änderungen.

Wird eingesetzt bei stark gestörtem Stromnetz oder bei sehr empfindlichen Anwendungen.

Die Online-USV bietet angeschlossenen Geräten ununterbrochen und gleichmäßigem Strom. Sie wandeln die Netzspannung kontinuierlich in Gleichstrom um, führen diesen in die Batterien und wandeln ihn anschließend wieder in Wechselstrom zurück. Die Batterie ist somit ständig im Einsatz und dient als aktiver Puffer. Ganz gleich, welche Spannung das Netz bietet, die angeschlossenen Geräte bekommen von Netzschwankungen nichts mit.

Der hohe technische Aufwand von Online-USVs führt bei den Geräten teilweise zur Wärmeentwicklung und macht einen Lüfter notwendig. Damit können diese USVs in akustisch sensibler Umgebung als störend empfunden werden.

Die OFFLINE-USV-ANLAGE ist in der Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung abhängig von Netzfrequenz und Netzspannung oder entsprechender Änderungen. Eins vorweg: Offline-Anlagen sind für den professionellen Einsatz wenig interessant, eher für den Privatanwender.

Durch die einfache Technik und die langsameren Umschaltzeiten auf den Akkubetrieb eignen sich Offline-USVs für robuste (und weniger wichtige Geräte), die erst auf größere Stromschwankungen reagieren und leichte Abweichungen unbeschadet überstehen.

Wie lange sollen Geräte bei einer Stromunterbrechung weiter laufen?
Eine USV bietet im Standard so viel Stromreserve, wie notwendig ist, um die angeschlossenen Komponenten sicher runter zu fahren. Plus ein wenig Reserve die man nutzen kann um auf die eventuelle Wiederkehr des Stroms zu warten. Unter Volllast stehen meistens fünf bis zehn Minuten als Backupzeit zur Verfügung.

Diese Zeit kann man idR. mit zusätzlichen Batterien erweitern.

Läuft die USV nicht unter Vollast können sich die Zeiten entsprechend verlängern.

Die USV kann u.U. einen Befehl an die Komponenten senden damit die Komponenten automatisch runter fahren ohne Eingriff durch eine Nutzer.

Noch etwas zum Schluss: Auch die Gehäuseform der USV kann gewählt werden. Es gbt USVs im 19"-Standard oder als Desktop Variante. Wird eine USV in einem 19"-Serverschrank verbaut ist die 19"-Variante die platzsparendere Lösung.

Letzte Änderung am Freitag, 2. Juni 2017 um 10:12:04 Uhr.