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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Klimasystems für eine Datenverarbeitungsanlage, die mindestens eine Reihe von Server-Schaltschränken aufweist, wobei die Reihe von Server-Schaltschränken einen Kaltgang begrenzt, der gegenüber einem, der Kaltgangseite abgewandten Warmgang abgeschottet wird, wobei von wenigstens einem Klimagerät Warmluft angesaugt, gekühlt und in den Kaltgang eingeblasen wird, und wobei von wenigstens einem der Server-Schaltschränke Kaltluft aus dem Kaltgang abgesaugt und in den Warmgang oder in den umgebenden Raum gefördert wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Datenverarbeitungsanlagen bestehen in der Regel aus einer Vielzahl von Server-Schaltschränken, in die einzelne Elektronik-Einschübe (so genannte Racks) mit eigenen Lüftern mit Kaltluftansaugungen und Warmluftausgängen zur Kühlung eingebaut sind.
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Die Server-Schaltschränke sind in mehreren Reihen angeordnet und dabei derart ausgerichtet, dass sich die Kaltluftansaugungen bzw. die Warmluftausgänge der einzelnen Server-Schaltschränke jeweils gegenüber befinden und zwischen den Server-Schaltschränken abwechselnd entsprechende Kaltgänge und Warmgänge ausgebildet sind. Bei einer zweireihigen Anordnung von Server-Schaltschränken ist in der Regel zwischen den beiden Server-Schaltschrankreihen ein Kaltgang ausgebildet. Die Warmluftausgänge der Server-Schaltschränke befinden sich dabei an der Außenseite dieser Anordnung und blasen die Warmluft in den umgebenden Raum ab.
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Zur Klimatisierung bzw. insbesondere zur Kühlung dieser Datenverarbeitungsanlagen sind unterschiedliche Konzepte aus dem Stand der Technik bekannt.
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So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die von den Server-Schaltschränken ausgeblasenen Warmluft zentral von einem Klimasystem angesaugt, gekühlt und die Kaltluft in den Kaltgang eingeblasen wird. Um die Effizienz der Kühlung zu erhöhen, ist in der Regel der Kaltgang gegenüber den Warmgängen bzw. dem umgebenden Raum seitlich und von oben abgeschottet. In den Schriften
WO 03/083631 A1 und
US 6,859,366 B2 sind beispielsweise derartige Anordnungen beschrieben.
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Hinsichtlich einer besonders effektiven Klimatisierung derartiger Anordnungen haben sich so genannte Inline-Klimageräte bewährt, die zwischen den Server-Schaltschränken in bestimmten Abständen, abhängig von der abzuführenden Verlustleistung der Datenverarbeitungsanlage, angeordnet sind. Diese Klimageräte weisen Lüfter auf, die die Warmluft aus den Warmgängen oder aus der umgebenden Luft über Warmluftansaugungen ansaugen, mittels eines oder mehrerer mit Wasser/Kältemittel durchströmten Wärmetauscher kühlen und über Kaltlufteinblasungen in die abgeschotteten Kaltgänge einblasen.
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Im Produktkatalog „RITTAL Handbuch 32/IT-Solutions”, Seite 726ff. sowie in der Informationsbroschüre „RITTAL IT-Cooling Solutions”, 03/08 sind beispielsweise entsprechende Klimageräte unter dem Namen „LCP Inline” aufgeführt. LCP steht für Liquid Cooling Package und beschreibt Klimageräte, welche innerhalb der Datenverarbeitungsanlagen zwischen Server-Schaltschränken platziert werden können und Wärmetauscher mit einer Wasserkühlung aufweisen.
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Hinsichtlich einer optimalen Rechnerleistung sowie im Hinblick auf die Betriebszuverlässigkeit ist es erforderlich, dass eingangsseitig den Racks in den Server-Schaltschränken eine Zuluft mit einer bestimmten maximalen Lufttemperatur angeboten wird. Wird diese Temperatur erreicht oder sogar überschritten, kann die Lebensdauer der verbauten Komponenten drastisch reduziert werden, was hohe Servicekosten mit sich bringt. Daher ist es erforderlich, dass die Zuströmung an Kaltluft jeder Zeit dem Bedarf der individuell arbeitenden Racks angepasst wird. Derzeit wird dafür eine Temperatur gesteuerte Regelung der Lüfterleistung eingesetzt. Erhöht sich das luftseitige delta T, wird die Lüfterleistung erhöht. Es hat sich aber herausgestellt, dass eine derartige Regelung aufgrund des vergleichsweise trägen Ansprechens der Regelung Nachteile beispielsweise bei plötzlich auftretenden Defekten oder beim Auftreten von sprunghaft ansteigendem Kaltluftbedarf mit sich bringt.
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In der
DE 37 03 401 C2 ist ein Ventilator für eine Raumklimaanlage beschrieben. Dabei wird als Ventilator ein Radialgebläse eingesetzt, das über einen Riemen und einem Motor angetrieben wird. Der Ventilator ist von einem Gehäuse umgeben, dessen Ausblasstutzen durch eine luftdichte Wand geführt ist. Ausblasseitig ist ein Plenum vorgesehen, in dem ein Drucksensor untergebracht ist. Weiterhin ist ein Drucksensor im Bereich der Ansaugseite des Ventilators angeordnet. Die
DE 37 03 401 C2 schlägt vor, aus den Messwerten der beiden Drucksensoren den Differenzdruck zu ermitteln, um die Volumenleistung einer raumtechnischen Anlage zu ermitteln.
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Eine ähnliche Anordnung geht auch aus der
EP 1 628 087 B1 als bekannt hervor, wobei mittels einer Druckmesseinrichtung sowohl der Druck im zu klimatisierenden Raum als auch in der Umgebung ermittelt wird. Mittels einer Rechen- und Steuereinheit wird die Luftzufuhr in den Raum so geregelt, dass ein Unterdruck von 5 Pa entsteht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Regelverfahren bereitzustellen, welches eine verbesserte bedarfsgerechte Versorgung mit Kaltluft gewährleistet sowie die Effizienz des Klimasystems steigert.
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Regelung der Luftfördermenge des Klimagerätes mittels einer Druckregelung durchgeführt wird, wobei als Eingangsgröße der Druckregelung eine gemessene Druckdifferenz zwischen einem Drucksensor im Kaltgang oder im Warmgang und einem Drucksensor im umgebenden Raum außerhalb des Kaltgangs oder Warmgangs verwendet wird.
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Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Klimagerät eine Regelungseinheit aufweist oder mit einer übergeordneten Regelungseinheit in Verbindung steht, die eingangsseitig mit mindestens einem Drucksensor und mindestens einem zweiten Drucksensor und ausgangsseitig mit einem oder mehreren Lüftern des Klimagerätes in Verbindung steht, wobei mittels der gemessenen Druckdifferenz zwischen dem Drucksensor, der im Kaltgang oder im Warmgang angeordnet ist, und dem Drucksensor, der im nicht abgeschotteten Raum außerhalb des Kaltgangs oder Warmgangs angeordnet ist, ein Signal zur Steuerung der Lüfterdrehzahl ableitbar ist.
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Mit dem Verfahren und der Vorrichtung kann erreicht werden, dass einerseits eine optimale und zugleich energiesparende Kühlung derartiger Datenverarbeitungsanlagen bereitgestellt wird. Gegenüber dem Stand der Technik wird gerade soviel Luftdurchsatz angeboten, wie er von den einzelnen Server-Schaltschränken als Kaltluft abgesaugt wird. Diese bedarfsgerechte Regelung hilft damit, Energiekosten zu sparen und vor allem auch die Lebensdauer der Lüfter zu verlängern, da diese immer im optimalen Arbeitsbereich betrieben werden können. Andererseits wird die Betriebssicherheit erhöht, da Druckschwankungen infolge von Ausfällen eines oder mehrerer Lüfter oder Störungen bei der Luftförderung sich unmittelbar bemerkbar machen und somit mittels der Vorrichtung detektiert werden können. Gegenüber eines Temperatur geregelten Klimasystems bietet dieses System den Vorteil einer extrem kurzen Reaktionszeit.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass bei einem einen maximalen Differenz-Druckvorgabewert übersteigenden Überdruck im Kaltgang die Luftfördermenge des Klimageräts oder der Klimageräte reduziert wird und bei einem einen minimalen Differenz-Druckvorgabewert untersteigenden Unterdruck im Kaltgang die Luftfördermenge des Klimagerätes erhöht wird.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Luftfördermenge des Klimagerätes durch die Veränderung der Drehzahl eines dem Klimagerät zugeordneten Lüfters verändert wird. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Proportionalregelung der Lüfterdrehzahl realisiert werden.
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In einer Anlagenvariante ist es auch denkbar, dass der umgebende Raum von dem Warmgang gebildet ist. Prinzipiell kann ein derartiges Verfahren für einen abgeschotteten Kaltgang vorgesehen sein, bei dem der Differenzdruck zwischen Kaltgang und dem nicht abgeschotteten Bereich des Raums für die Regelung der Lüfterleistung verwendet wird. Denkbar ist aber auch ein abgeschotteter Warmgang, der die von den Server-Schaltschränken eingeblasene Warmluft sammelt, die dann mittels des Klimageräts absaugt, kühlt und wieder als Kaltluft eingangsseitig den Server-Schaltschränken zur Verfügung gestellt. Dabei kann ebenfalls das zuvor beschriebene Regelverfahren sowie die entsprechende Vorrichtung verwendet werden.
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Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem abgeschotteten Kaltgang oder Warmgang und dem umgebenden Raum außerhalb auf einen bestimmten Druckdifferenzbereich geregelt, wobei der Druck im Kaltgang gegenüber dem umgebenden Raum entsprechend erhöht oder der Druck im Warmgang gegenüber dem umgebenden Raum entsprechend erniedrigt gehalten wird. Somit ist sichergestellt, dass zum einen genügend Kaltluft bzw. ein geringer Überschuss an Kaltluft dem Kaltgang zur Versorgung der Server-Schaltschränke angeboten wird und andererseits, bei einem abgeschotteten Warmgang, genügend Warmluft abgesaugt wird, so dass kein Wärmestau entstehen kann.
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Bei plötzlicher Überschreitung oder Unterschreitung dieses Druckdifferenzbereichs kann ein optisches und/oder ein akustisches Warnsignal und/oder eine Warnmeldung an eine übergeordnete Überwachungsanlage der Datenverarbeitungsanlage ausgegeben werden. Ein Ausfall oder Teilausfall an Lüfterleistung kann somit sehr schnell detektiert werden. Zudem kann sofort die Lüfterdrehzahl bzw. der Volumenstrom der noch intakten Lüfter entsprechend erhöht werden, um eine ausreichende Kühlung der Server-Schaltschränke zu gewährleisten.
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Aber auch allmähliche Druckabfälle bzw. Druckanstiege können detektiert werden, was insbesondere auf schleichende Verschlechterungen der Volumenstromförderung, beispielsweise infolge zugesetzter Luftfilter oder Lagerverschleiß, schließen lässt.
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Eine besonders genaue Regelung und Detektion von Störungen kann erreicht werden, wenn auf einen Druckdifferenzbereich zwischen 5 und 30 Pa geregelt wird.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante werden zur Druckbestimmung im Kaltgang oder im Warmgang zwei oder mehrere Drucksensoren und/oder im umgebenden Raum zwei oder mehrere Drucksensoren verwendet. Dies bietet den Vorteil, dass eine Redundanz vorhanden ist, falls ein Drucksensor fehlerhafte Messwerte liefern würde.
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Andererseits kann damit auch die Auswertung gegenüber Druckschwankungen betriebsstabiler ausgelegt werden, wenn aus den Messwerten der Drucksensoren im abgeschotteten Kaltgang oder Warmgang und aus den Messwerten der Drucksensoren außerhalb der Abschottung jeweils ein Mittelwert gebildet und mit diesen Mittelwerten für den jeweiligen Druck ein Differenzdruck bestimmt wird.
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Sind die Drucksensoren im abgeschotteten Bereich sowie im Bereich außerhalb der Abschottung außerhalb einer direkten Anströmung einer Kaltluftströmung und/oder einer Warmluftströmung angeordnet, kann gewährleistet werden, dass insbesondere bei dieser feinen Regelung keine Verfälschungen der Messergebnisse infolge zusätzlichem Unterdruck infolge von Luftströmungen und/oder Stauüberdruck auftreten. Dies könnte dann besonders fehlerhafte Messwerte liefern, wenn beispielsweise die Drucksensoren direkt vor Ausblas- oder Ansaugbereiche der Lüfter der Server-Schaltschränke oder der Klimageräte angeordnet wären.
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Eine besonders vorteilhafte Vorrichtungsvariante ergibt sich, wenn die Drucksensoren im abgeschotteten Bereich und außerhalb des abgeschotteten Bereichs als Differenzdrucksensor ausgebildet sind.
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Zum einen wird der Installationsaufwand reduziert, da nur ein Sensor angeschlossen wird. Weiterhin kann eine gegenseitige Überwachung der beiden Teilsensoren realisiert werden, da die beiden Teilsensoren direkt mit einer Signalaufbereitung korrespondieren und somit sofort ein Signal an die Regeleinheit generieren können, wenn beispielsweise einer der beiden Teilsensoren fehlerhafte Werte liefert.
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Um die Betriebssicherheit derartiger Anlagen zu erhöhen, ist vorgesehen, dass das Klimagerät ausgangsseitig mit einer optischen und/oder akustischen Warneinrichtung und/oder mit einer übergeordneten Überwachungsanlage der Datenverarbeitungsanlage verbunden ist. Somit kann ein Ausfall eines Lüfters durch einen optischen bzw. akustischen Alarm angezeigt oder, wenn beispielsweise dauerhaft der voreingestellte Druckregelbereich überschritten wird, eine entsprechende Warnung bei einer Schaltwarte generiert werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung weist diese weitere Merkmale auf, die zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens erforderlich sind. Dies sind beispielsweise entsprechende Komparatoren und Differenzverstärker, Leistungssteller bzw. Drehzahlsteller für die Lüftermotoren sowie elektronische Komponenten zur Signalaufbereitung der Messsignale von den Drucksensoren. Zusätzlich können Überwachungseinrichtungen zur Überwachung der Drucksensoren sowie Plausibilitätsüberwachungen zur Vermeidung von Fehlalarmen vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Datenverarbeitungsanlage bestehend aus zwei Reihen von Server-Schaltschränken in einer perspektivischen Darstellung,
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2 einen Grundriss einer Datenverarbeitungsanlage mit Server-Schaltschränken und mehreren Klimageräten und
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3 in schematischer Darstellung eine Regelungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens.
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1 zeigt ausschnittsweise eine eingangs erwähnte Datenverarbeitungsanlage 1, die aus mehreren Server-Schaltschränken 40 aufgebaut ist. Dabei sind die Server-Schaltschränke 40 üblicherweise in zwei Reihen beabstandet angeordnet, dass ein Kaltgang 50 ausgebildet ist. Der Kaltgang 50 ist mit Platten für eine Deckenabschottung 51 sowie mit Türabschottungen 52 gegenüber dem umgebenden Raum abgeschottet. Zur Kühlung ist ein Klimagerät 10 vorgesehen, welches zwischen den Server-Schaltschränken 40 platziert ist und Warmluft aus dem umgebenden Raum außen ansaugt, diese kühlt und als Kaltluft in den Kaltgang 50 bläst. Jeder der Server-Schaltschränke besitzt eine Vielzahl von Systemeinschüben mit eigenen, voneinander unabhängig arbeitenden Lüftern, die die Kaltluft im Kaltgang 50 ansaugen. Die durch die Verlustleistung erwärmte Luft wird anschließend an den die Datenverarbeitungsanlage 1 umgebenden Raum abgegeben.
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An dieser Stelle sei der Hinweis erlaubt, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung auch auf eine Server-Schaltschrankanordnung bezieht, die nur aus einer Reihe von Server-Schaltschränken besteht und mit einer den Kaltluftansaugungen oder den Warmluftausgängen der Server-Schaltschränke gegenüber befindlichen Wand einen Kaltgang oder einen Warmgang bildet und diese mittels Abschottungen gegenüber dem umgebenden Raum abgetrennt sind.
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2 zeigt einen Grundriss einer Datenverarbeitungsanlage 1 mit mehreren Server-Schaltschränken 40 und mehreren, zwischen den Server-Schaltschränken 40 angeordneten Klimageräten 10, wie sie beispielsweise unter dem Namen „LCP Inline” der Anmelderin bekannt sind.
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Die Server-Schaltschränke 40 sind in zwei Reihen angeordnet, wobei zwischen den Reihen ein Kaltgang 50 ausgebildet ist, der mittels Türabschottungen 52 und Deckenabschottungen 51 (in dieser Ansicht nicht sichtbar) vom umgebenden Raum annähernd hermetisch getrennt ist. Mittels der Klimageräte 10 wird über eine Warmluftansaugung 11 Warmluft aus dem umgebenden Raum mittels Lüfter 13 angesaugt und mittels Wärmetauscher 12 gekühlt. Die Wärmetauscher 12 werden dabei mit Kühlwasser durchströmt. Die so gekühlte Luft wird als Kaltluft über Kaltlufteinblasungen 14 dem Kaltgang 50 zugefördert.
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Die Server-Schaltschränke 40 besitzen an der dem Kaltgang 50 zugewandten Seite Kaltluftansaugungen 41, über die die Kaltluft aus dem Kaltgang 50 individuell, entsprechend den installierten Systemkomponenten und dem aktuellen Bedarf an Kaltluft, angesaugt werden kann. Die durch die Verlustleistung erwärmte Luft wird über entsprechende Warmluftausgänge 42 wieder dem, die Datenverarbeitungsanlage 1 umgebenden Raum zugeführt.
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Die verschieden schattierten Pfeile symbolisieren dabei eine entsprechende Kaltluft- und Warmluftströmung 60, 70.
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Erfindungsgemäß ist bei dieser Anordnung mindestens ein Drucksensor 20 im Kaltgang 50 und ein weiterer Drucksensor 30 außerhalb des abgeschotteten Kaltgangs 50 vorgesehen, die mit einer hier nicht dargestellten Regelungseinheit 15 signaltechnisch verbunden sind. Diese Regelungseinheit 15 kann Bestandteil eines jeden Klimageräts 10 oder Bestandteil einer übergeordneten Überwachungsanlage sein.
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3 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dargestellt ist ein schematischer Querschnitt der in 2 dargestellten Datenverarbeitungsanlage 1.
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Gezeigt sind ein Klimagerät 10 sowie ein Server-Schaltschrank 40, welche durch den Kaltgang 50 getrennt gegenüberliegend angeordnet sind. Der Kaltgang 50 ist nach oben mit einer Deckenabschottung 51 und zur Seite mit Türabschottungen 52 (in dieser Ansicht nicht sichtbar) nahezu hermetisch abgeschlossen.
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Die Kaltluft- und die Warmluftströmungen 60, 70 sind in der Figur als Blockpfeile dargestellt. Die Warmluft wird aus dem umgebenden Raum über die Warmluftansaugung 11 des Klimageräts 10 mittels ein oder mehrerer Lüfter 13 angesaugt, wobei üblicherweise eingangsseitig noch Luftfilter vorgesehen sind, die aber hier nicht gezeigt sind. Die warme Luft wird anschließend durch den Wärmetauscher 12 geleitet und die Luft dabei abgekühlt. Der Wärmetauscher 12 besitzt im gezeigten Beispiel einen Kühlwasserkreislauf 16, über den die, der Luft entzogene Wärme abtransportiert werden kann. Denkbar sind auch Kühlkreisläufe, durch die ein Kältemittel oder eine Kühlsole strömt. Die Kaltluft wird dann über die Kaltlufteinblasung 14 dem Kaltgang 50 zugeführt.
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Die in den Server-Schaltschränken 40 installierten Datenverarbeitungskomponenten (Racks) saugen die Kaltluft über entsprechende Kaltluftansaugungen 41 an. Die erwärmte Luft strömt dann durch entsprechende Warmluftausgänge 42, die den Kaltluftansaugungen 41 gegenüber liegen, in den die Anordnung umgebenden Raum.
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Zur Luftmengenregelung ist erfindungsgemäß eine Regelungseinheit 15 vorgesehen, die im gezeigten Beispiel Bestandteil des Klimageräts 10 ist. Dieser sind eingangsseitig ein oder mehrere Drucksensoren 20 aufgeschaltet, die sich im Inneren des Kaltgangs 50 befinden und vorzugsweise an einer strömungsarmen Stelle montiert sind, um Fehlmessungen infolge starker Strömung oder eines Staudrucks zu vermeiden. Außerhalb des abgeschotteten Kaltgangs 50 sind weitere Drucksensoren 30 montiert, welche sich ebenfalls an einer strömungsarmen Steile befinden. Ausgangsseitig ist die Regelungseinheit 15 mit dem oder mit den Lüftern 13 verbunden.
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Weiterhin ist im gezeigten Beispiel ausgangsseitig der Regelungseinheit 15 noch eine Warneinrichtung 80 (z. B. Warnlicht, Hupe und/oder übergeordnete Überwachungsanlage) zugeordnet, welche mit der Regelungseinheit 15 signaltechnisch verbunden ist.
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Fördern die Klimageräte 10 mehr Luftvolumenstrom als vom Server-Equipment in den Server-Schaltschränken 40 abgenommen bzw. benötigt wird, entsteht ein Überdruck im Kaltgang 50. Diese Druckdifferenz wird mit den verschiedenen Drucksensoren 20, 30 bestimmt und in der Regelungseinheit 15 ausgewertet. Aufgrund dessen wird die Lüfterdrehzahl der Lüfter 13 in den Klimageräten 10 reduziert.
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Fördern hingegen die Klimageräte 10 weniger Luftvolumenstrom als vom Server-Equipment aktuell benötigt wird, entsteht ein Unterdruck im Kaltgang 50. Aufgrund dessen wird die Lüfterdrehzahl der Lüfter 13 angehoben. Dabei wird die Druckdifferenz zwischen dem abgeschotteten Kaltgang und dem umgebenden Raum außerhalb auf einen bestimmten Druckdifferenzbereich (typischerweise 5 bis 30 Pa) geregelt, wobei der Druck im Kaltgang gegenüber dem umgebenden Raum entsprechend erhöht gehalten wird.
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Bei Ausfall eines Lüfters 13 sinkt der Druck im Kaltgang 50 sofort unter den eingestellten Druckdifferenzbereich ab, so dass die noch funktionstüchtigen Lüfter 13 in den Klimageräten 10 bzw. die noch funktionstüchtigen Klimageräte 10 unmittelbar die Lüfterdrehzahl bzw. den Volumenstrom erhöhen können. Zugleich kann ein Warnsignal an die Warneinrichtung 80 und/oder die übergeordnete Überwachungsanlage generiert werden.
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Mit dem Verfahren und der Vorrichtung kann erreicht werden, dass einerseits eine optimale und zugleich energiesparende Kühlung derartiger Datenverarbeitungsanlagen 1 bereitgestellt wird. Andererseits wird die Betriebssicherheit erhöht, da Ausfälle oder Defekte bei der Luftförderung unmittelbar detektiert werden können.
