DE102009037567A1

DE102009037567A1 - Kühlanordnung, Serverrack und Verfahren zur Steuerung einer Kühlanordnung

Info

Publication number: DE102009037567A1
Application number: DE102009037567A
Authority: DE
Inventors: Gerold Scheidler; Bernhard Schräder
Original assignee: Sinitec Vertriebs GmbH
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-15
Also published as: JP2011040039A; DE102009037567B4; US20110036554A1

Abstract

Die Kühlanordnung für ein Serverrack (1) zur Aufnahme einer Mehrzahl von Einschubkomponenten (2), umfasst einen vertikal verlaufenden Kühlluftkanal (3), der eine Mehrzahl von Luftansaugöffnungen (30) und eine gemeinsame Abluftöffnung (31) aufweist. Die Luftansaugöffnungen (30) sind jeweils mit einer Luftaustrittsöffnung (22) einer Einschubkomponente (2) verbindbar, wodurch die entsprechende Luftansaugöffnung (30) der Einschubkomponente (2) zugeordnet ist. Die Luftansaugöffnungen (30) weisen jeweils ein Drosselelement (32) zur Veränderung ihres Luftdurchtrittsquerschnitts auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Serverrack (1) mit einer solchen Kühlanordnung und ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlanordnung für ein Serverrack.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für ein Serverrack zur Aufnahme einer Mehrzahl von Einschubkomponenten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Serverrack mit einer solchen Kühlanordnung sowie einem Verfahren zur Steuerung einer Kühlanordnung für ein Serverrack.
Serverracks, auch Server- oder Computerschränke genannt, dienen der Aufnahme einer Mehrzahl von Einschubkomponenten, insbesondere Servern. Oft ist eine standardisierte Breite von 19'' für die Einschübe vorgesehen. Bezüglich ihrer Höhe orientieren sich die Einschübe üblicherweise an den ebenfalls standardisierten Höheneinheiten (u – unit), wobei 1u 1,75'' entspricht. Um eine hohe Packungsdichte von Servern, insbesondere für Anbieter von Web-Diensten, zu ermöglichen, können bis zu 40 Server und mehr der Höheneinheit 1u in einem Serverrack vorgesehen sein.
Die Kühlung der Server wird üblicherweise durch Umgebungsluft, die an der Vorderseite der Server eingesaugt und im Server über zu kühlende Komponenten, zum Beispiel eine oder mehrere CPU (central processing units) geführt wird und auf der Rückseite der Server wieder abgegeben wird, sichergestellt. Um einen entsprechenden Kühlluftstrom im Server aufzubauen, sind Ventilatoren in den Servern integriert oder in Modulen unmittelbar hinter den Servern positioniert. Pro Server ist üblicherweise eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Ventilatoren vorgesehen, die aufgrund der geringen Bauhöhe der Server ebenfalls nur einen geringen Durchmesser ihrer Rotorblätter aufweisen. Um trotz ihres geringen Rotordurchmessers einen ausreichenden Kühlluftstrom durch den Server erzeugen zu können, müssen diese Ventilatoren mit hoher Drehzahl betrieben werden. Eine hohe Drehzahl geht jedoch meist mit einem ineffizienten Betrieb der Lüfter einher, so dass beispielsweise für die oben genannten 40 Server pro Serverrack alleine etwa 3 kW elektrische Energie zum Betrieb der Lüfter eines Serverracks notwendig sind. Alternativ ist es möglich, Lüftermodule vorzusehen, die hinter den Servern angeordnet sind und sich in ihrer Höhe über mehrere Höheneinheiten, das heißt über mehrere Server, erstrecken. Solche Lüftermodule können wegen des größeren Rotordurchmessers ihrer Lüfter energieeffizienter betrieben werden, jedoch ist eine individuelle Regelung der Kühlluft für jeden Server nicht möglich, da jedes Lüftermodul mehrere Server bedient.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Kühlanordnung für ein Serverrack anzugeben, die eine effektive und individuell für Einschubkomponente regelbare Kühlung ermöglicht. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Serverrack mit einer entsprechenden Kühlanordnung und ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Kühlanordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlanordnung, ein Serverrack und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche dieser Anmeldung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Kühlanordnung für ein Serverrack zur Aufnahme einer Mehrzahl von Einschubkomponenten gelöst. Die Kühlanlage umfasst einen vertikal verlaufenden Kühlluftkanal, der eine Mehrzahl von Luftansaugöffnungen aufweist, die jeweils mit einer Luftaustrittsöffnung einer Einschubkomponente verbindbar sind, wodurch die entsprechende Luftansaugöffnung der Einschubkomponente zugeordnet ist, und der eine gemeinsame Abluftöffnung aufweist, wobei die Luftansaugöffnungen jeweils ein Drosselelement zur Veränderung ihres Luftdurchtrittsquerschnitts aufweisen.
Auf diese Weise kann ein Kühlluftstrom für mehrere Einschubkomponenten gemeinsam bereitgestellt werden, wobei die Drosselelemente eine individuelle Regelung der Kühlluftmenge für jede Komponente ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kühlanordnung sind die Drosselelemente als Lüftungsschieber mit einer feststehenden Schlitzplatte und einer verschiebbaren Schlitzplatte ausgeführt sind. In einer ebenso vorteilhaften Ausgestaltung sind die Drosselelemente als Lüftungsklappen ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kühlanordnung ist für jedes Drosselelement ein Stellantrieb zum Verstellen des Drosselelementes vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist zu jedem Stellantrieb eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Stellantriebs vorgesehen und die Steuereinheit ist zu ihrer Ansteuerung mit der Einschubkomponente elektrisch verbunden, der die entsprechende Luftansaugöffnung zugeordnet ist. Auf diese Weise kann jede der Einschubkomponenten ihre Kühlluftmenge individuell einstellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kühlanordnung ist eine Ventilatoreinheit mit der gemeinsamen Abluftöffnung des Kühlkanals zum Absaugen von Luft aus dem Kühlkanal verbunden ist. Es kann so ein oder mehrere effektive Ventilatoren mit großem Radialdurchmesser eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Drehzahlsteuereinheit mit einem Regelkreis vorgesehen ist, durch die eine Drehzahl mindestens eines Ventilators der Ventilatoreinheit in Abhängigkeit von einem gemessenen Luftdruck im Kühlkanal gesteuert wird. Besonders vorteilhaft ist wenigstens ein Drucksensor zur Messung eines Luftdruckes im Kühlluftkanal vorgesehen ist. Auf diese Weise kann ein konstanter Unterdruck im Kühlkanal eingestellt werden. Als Folge führt eine bestimmte Einstellung eines Drosselelementes zu einem definierten Külluftstrom durch eine Einschubkomponente, was zu einer die Einstellung des Drosselelementes besser Steuer- oder regelbar macht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Serverrack zur Aufnahme von einschiebbaren elektronischen Geräten gelöst, das eine Kühlanordnung wie zuvor beschrieben aufweist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung einer Kühlanordnung in einem Serverrack mit einer Mehrzahl von Einschubkomponenten gelöst, wobei die Kühlanordnung einen Kühlluftkanal mit einer Mehrzahl von Luftansaugöffnungen, die jeweils mit einer Luftaustrittsöffnung einer der Einschubkomponenten verbunden sind, und eine gemeinsame Abluftöffnung aufweist. Die gemeinsame Abluftöffnung ist mit dem wenigstens einen Ventilator derart verbunden, das der Ventilator im Betrieb Kühlluft aus der Abluftöffnung absaugt. Jede der Luftansaugöffnungen weist ein Drosselelement zur Veränderung ihres Luftdurchtrittsquerschnitts auf und es ist mindestens ein Drucksensor zur Bestimmung eines Luftdruckes im Kühlkanal und ein weiterer Drucksensor zur Bestimmung eines Umgebungsluftdrucks vorgesehen. Bei dem Verfahren wird jedes der Drosselelemente über einen Stellantrieb abhängig von Betriebsparametern der mit der entsprechenden Luftansaugöffnung verbundenen Einschubkomponente betätigt. Weiter wird der wenigstens eine Ventilator bezüglich seiner Drehzahl abhängig von dem gemessenen Luftdruck im Kühlkanal sowie dem Umgebungsluftdruck gesteuert wird.
Die Vorteile des Serverracks und des Verfahrens entsprechen denen der Kühlanordnung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von vier Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Serverracks mit einer Mehrzahl von Einschubkomponenten und einer Kühlanordnung,
2 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Kühlluftkanals einer Kühlanordnung,
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils eines Kühlluftkanals einer Kühlanordnung und
4 eine Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Steuerung einer Kühlanordnung.
1 zeigt in einer perspektivischen Schemadarstellung ein Serverrack 1, in das eine Mehrzahl, hier vierzig, Einschubkomponenten 2 eingeschoben sind. Im Bereich hinter den Einschubkomponenten verläuft ein vertikaler Kühlluftkanal 3, dessen Abluftöffnung 31 in eine oberhalb der Einschubkomponenten 2 und oberhalb des Kühlluftkanals 3 aufgesetzte Ventilatoreinheit 4 mündet. Umgebungsluft 5 tritt durch die Vorderseite der Einschubkomponenten 2 in diese ein. Sie wird als Kühlluft 6 zunächst durch die Einschubkomponenten und dann nachfolgend durch den Kühlluftkanal 3 in die Ventilatoreinheit 4 eingesaugt. Zu diesem Zweck ist die Ventilatoreinheit 4 mit zwei Ventilatoren 40 bestückt. Die Kühlluft 6 verlässt die Ventilatoreinheit 4 als Abluft 7.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Serverrack 1 beispielhaft mit 40 Servern als Einschubkomponenten 2 bestückt. Der Einfachheit halber werden diese im Folgenden als Server 2 bezeichnet. Neben Servern ist aber genauso der Einschub von Netzwerkkomponenten wie Routern oder Switches oder von Speicherkomponenten wie NAS-Modulen (network attached storage) als Einschubkomponenten 2 möglich. Ebenfalls ist eine Kombination verschiedener Einschubkomponenten innerhalb eines Serverracks 1 denkbar.
Die Server 2 im Ausführungsbeispiel weisen keine integrierten oder in Modulen hinter ihnen im Serverrack angeordneten Ventilatoren zur Erzeugung des Luftstroms 6 auf. Vielmehr ist die eine gemeinsame Ventilatoreinheit 4 vorgesehen, deren Ventilatoren 40 im Betrieb Kühlluft 6 aus dem Kühlluftkanal 3absaugen und als Abluft 7 abgeben. Der im Kühlkanal entstehende Unterdruck lässt Umgebungsluft 5 durch entsprechenden Lufteintrittsöffnungen an der Vorderseite der Server 2 in die Server 2 eintreten, die als Kühlluft 6 im Inneren der Server über zu kühlende Komponenten, zum Beispiel eine oder mehrere Recheneinheiten (CPU – central processing unit) geführt wird. Die Kühlluft 6 verlässt die Server 2 an ihrer Rückseite angeordnete und in der 1 nicht sichtbare Luftaustrittsöffnungen, die mit entsprechenden Luftansaugöffnungen des vertikal angeordneten Kühlluftkanals 3 verbunden sind.
In der Figur nicht dargestellt sind weitere Kanäle oder Schläuche, über die die Abluft 7 weitergeleitet wird, um sie beispielsweise einer Wärmerückgewinnungsanlage zuzuführen. Alternativ ist es möglich, die Abluft 7 ohne weitere Vorkehrungen aus dem Gebäude, in dem das Serverrack 1 betrieben wird, heraus zu leiten.
Im Ausführungsbeispiel der 1 sind zwei Ventilatoren 40, die in einer in der 1 nicht sichtbaren vertikalen Trennwand innerhalb der Ventilatoreinheit 4 angeordnet sind vorgesehen, um an der gemeinsamen Abluftöffnung 31 und somit innerhalb des Kühlluftkanals 3 einen Unterdruck aufzubauen, durch den die Kühlluft 6 durch die Server 2 gesaugt wird. Anstelle der zweidargestellten nebeneinander angeordneten und gleichzeitig arbeitenden Ventilatoren 40 kann alternativ vorgesehen sein, im Normalbetrieb jeweils nur einen von zwei vorhandenen Ventilatoren 40 einzusetzen, wobei der andere als redundanter Ersatz für den Fall des Ausfalls des ersten Ventilators eingeplant ist. In einer solchen Ausgestaltung sind zusätzlich Einrichtungen, zum Beispiel Verschlussklappen vorgesehen, um ein Rückströmen von Kühlluft durch einen nichtbetriebenen Ventilator zu verhindern. Alternativ ist weiterhin möglich, die Ventilatoreinheit nicht unmittelbar an dem Serverrack 1 zu positionieren, sondern stattdessen die Abluftöffnung 31 unmittelbar mit einem Abluftsystem zu verbinden, in dem entfernt angeordnete und gegebenenfalls für mehrere Serverracks zentral genutzte Ventilatoren einen Unterdruck hervorrufen.
Zur Regulierung der Menge an Kühlluft 6, die durch einen Server 2 strömt, ist jede Luftansaugöffnung des Kühlluftkanals 3, die mit der entsprechenden Luftaustrittsöffnung eines Servers 2 verbunden ist, mit einem Drosselelement ausgestattet, das ermöglicht, den jeweiligen Luftdurchtrittsquerschnitt der Luftansaugöffnung zu variabel reduzieren. Diese in der 1 nicht sichtbaren Drosselelemente werden anhand der 2 und 3 im Folgenden näher erläutert.
In 2 ist ein Teil eines Kühlluftkanals 3 in einer perspektivischen Schemazeichnung wiedergegeben. Der Kühlluftkanal 3 weist eine Mehrzahl von Luftansaugöffnungen 30 auf, von denen in der 2 nur der oberste dargestellt ist. Weitere, analog aufgebaute Luftansaugöffnungen 30 schließen sich nach unten hin an. Am oberen Ende des Kühlluftkanals 3 mündet dieser in die gemeinsame Abluftöffnung 31. Ein entsprechendes unteres Ende des Kühlluftkanals 3 ist verschlossen. Vor der Luftansaugöffnung 30 ist ein Drosselelement 32 angeordnet. Dieses umfasst eine feststehende Schlitzplatte 33 sowie eine relativ zu dieser feststehenden Schlitzplatte 33 seitlich verschiebbare Schlitzplatte 34. Beide Schlitzplatten 33, 34 weisen durch Stege getrennte Lüftungsschlitze auf. Weiterhin ist das Drosselelement 32 mit einem Stellantrieb 35 ausgestattet, der ein Verschieben der verschiebbare Schlitzplatte 34 erlaubt. Der Stellantrieb 35 ist elektrisch mit einer Steuereinheit 36 verbunden.
In der 2 ist ein Ausschnitt der vorderen, im Betrieb den Servern zugewandten Seite des Luftkanals 3 zu sehen. Bei eingeschobenem Server ist die gezeigte Luftansaugöffnung 30 mit einer entsprechend großen Luftaustrittsöffnung des Servers verbunden. Im dargestellten Beispiel ist die Luftansaugöffnung 30 leicht vorspringend stutzenförmig ausgestaltet. Eine eben an der Vorderseite des Kühlluftkanals 3 angeordnete Luftansaugöffnung ist jedoch ebenso möglich. Der Kühlkanal 3 kann in seiner Breite über die gesamte Breite der Server 2 ausgeführt sein oder auch nur über einen Teil der Server 2. Ebenso können die Luftansaugöffnungen 30 sich in der Breite über die gesamte Breite der Server 2 erstrecken oder nur üben einen Teil deren Breite, wobei die Luftansaugöffnungen 30 auch schmaler als der Kühlkanal 3 ausgeführt sein können. Auch bezüglich ihrer Höhe ist es möglich, die Luftansaugöffnungen 30 über die gesamte Höhe der Server 2 oder über einen Teil ihrer Höhe auszuführen.
An der dem Kühlkanal 3 zugewandten Rückseite der Server 2 sind üblicherweise auch die elektrischen Anschlüsse der Server 2 zu deren Stromversorgung und zum Datenaustausch angeordnet. Diese sind, abhängig von der Dimensionierung und Anordnung der Luftansaugöffnungen 30, entsprechend jeweils neben und/oder ober- beziehungsweise unterhalb der Luftansaugöffnungen 30 positioniert. Insbesondere wenn der Kühlkanal 3 breiter als die Luftaustrittsöffnungen 30 ausgeführt ist, ist eine stutzenförmige Ausgestaltung der Luftaustrittsöffnungen 30 aus Platzgründen vorteilhaft.
Das Drosselelement 32 weist mit der feststehenden Schlitzplatte 33 und der verschiebbaren Schlitzplatte 34 zwei gleichermaßen mit schlitzförmigen Öffnungen versehene Platten auf. Wenn durch Verschieben der verschiebbaren Schlitzplatte 34 die Öffnungen der beiden Platten denkungsgleich übereinander gebracht werden, weist das Drosselelement 32 den größten Luftdurchtrittsquerschnitt auf. Werden dagegen die Schlitze der verschiebbaren Schlitzplatte 34 in Deckung mit den Stegen der feststehenden Schlitzplatte 33 übereinander gebracht, weist das Drosselelement 32 den geringsten Luftdurchtrittsquerschnitt auf. Bei entsprechender Ausgestaltung der Schlitze im Verhältnis zu den zwischen ihnen verbleibenden Stegen kann die Luftansaugöffnung 30 durch das Drosselelement 32 im Wesentlichen vollständig abgesperrt werden. Alternativ zur Ausgestaltung des Drosselelements 32 in Form eines Lüftungsschiebers kann das Drosselelement 32 auch durch eine Lüftungsklappe (Drosselklappe) oder durch verstellbare Lamellen gebildet werden.
Zur elektrisch betätigten Einstellung des Drosselelements 32 ist im vorliegenden Fall der Stellantrieb 35, hier beispielhaft mit einem Schrittmotor und Gewindestangenübertragung realisiert, vorgesehen. Optional können Endschalter für die Positionierungsbewegung, zum Beispiel in Form von mechanischen Schaltern oder von optischen oder induktiven Schaltelementen an der verschiebbaren Schlitzplatte 34 angeordnet sein (in der 2 nicht dargestellt). Die Steuerung des Stellantriebs 35 und gegebenenfalls die Erfassung und Auswertung von Endschaltern übernimmt die Steuereinheit 36.
In 3 ist ein Querschnitt durch einen Abschnitt des Kühlluftkanals 3 und der davor angeordneten Server 2 dargestellt. Der gezeigte Abschnitt ist hier aus einem mittleren vertikalen Bereich des Serverracks 1 gewählt. Entsprechend schließen sich nach oben und nach unten weitere Server 2 an. Die Server 2 weisen jeweils ein Gehäuse 20 mit einer Lufteintrittsöffnung 21 an der Vorderseite und einer Luftaustrittsöffnung 22 an der Rückseite auf. Innerhalb der Server 2 befindet sich ein Main Board (Hauptplatine) 23, auf dem die zu kühlenden Komponenten montiert sind, beispielsweise eine oder mehrere CPUs und Spannungswandler. Die Server 2 sind jeweils vor einer Luftansaugöffnung 30 des Kühlluftkanals 3 positioniert, wobei jeweils eine umlaufende Dichtung 37 den Server 2 mit der Luftansaugöffnung 30 verbindet. In der Luftansaugöffnung 30 ist jeweils ein Drosselelement 32 angeordnet, wiederum umfassend eine feststehende Schlitzplatte 33 und eine verschiebbare Schlitzplatte 34. Der in 2 gezeigte Stellantrieb und die Steuereinheit sind in dieser Darstellung nicht sichtbar. In der Seitenwand des Kühlluftkanals 3 ist ein Drucksensor 38 angeordnet.
Im Betrieb der Kühlanordnung wird über die in 3 nicht sichtbaren Ventilatoren 40 der Ventilatoreinheit 4, die am oberen Ende des Kühlluftkanals 3 mit der gemeinsamen Abluftöffnung 31 verbunden sind, im Kühlluftkanal 3 ein Unterdruck eingestellt. Dieser Unterdruck kann über den Drucksensor 38 zur Regulierung der Ventilatoren 40 gemessen werden. Eine entsprechende Anordnung und ein Verfahren dazu ist im Zusammenhang mit 4 näher erläutert.
Bei ganz oder teilweise geöffnetem Drosselelement 32 führt der Unterdruck im Kühlluftkanal 3 zum Ansaugen von Umgebungsluft 5 durch die jeweiligen Lufteintrittsöffnungen 21 der Server 2, wodurch Kühlluft 6 zur Kühlung über Komponenten des Servers 2 geführt wird und durch die Luftansaugöffnung 30 in den Kühlluftkanal 3 und zur Ventilatoreinheit 4 gesaugt wird. Bei gegebenem Unterdruck im Kühlluftkanal 3, der sich aus der Differenz zwischen dem Druck im Kühlluftkanal 3 und dem Umgebungsluftdruck ergibt, kann die durch einen jeweiligen Server 2 strömende Kühlluft 6 durch Verstellung des Drosselelementes und somit Änderung des Luftdurchtrittsquerschnitts der Luftansaugöffnung 30 erfolgen. Die maximal durch einen Server 2 strömende Menge an Kühlluft 6 wird dabei von dem Strömungswiderstand im Server 2, der Strömungswiderstand der Luftansaugöffnung 30 (bei maximal geöffnetem Drosselelement 32) sowie dem Unterdruck im Kühlluftkanal 3 bestimmt. Bei entsprechender Ausgestaltung des Drosselelements 32 kann der Kühlluftstrom 6 durch eine Luftansaugöffnung 30 vollständig – bei Berücksichtigung eventueller Undichtigkeiten eines geschlossenen Drosselelements 32 nahezu vollständig – abgesperrt werden. Eine solche Einstellung ist beispielsweise bei ausgeschaltetem Server 2 sinnvoll oder wenn der Einbauschacht, dem die Luftansaugöffnung 30 zugeordnet ist, im Serverrack 1 nicht bestückt ist.
Die in den 1 bis 3 dargestellte Kühlanordnung ermöglicht somit, die Einschubkomponenten mit Hilfe von einem oder wenigen zentralen, am oder entfernt vom Serverrack 1 positionierten Ventilatoren mit großen Rotordurchmessern und folglich niedriger Drehzahl und entsprechend effektiv zu kühlen. Das an jeder Luftansaugöffnung 30 für eine Einbaukomponente 2 vorgesehene Drosselelement 32 erlaubt eine individuell auf den Kühlbedarf einer jeden Einschubkomponente 2 abgestimmte Regulierung des Kühlluftstroms.
Anhand der 4 wird im Folgenden ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Kühlanordnung näher erläutert.
4A zeigt eine Anordnung zur Steuerung eines Drosselelements 32. Bei einem zu kühlenden Server 2 ist ein Main Board 23 und eine Stromversorgungseinheit 24 dargestellt. Für die Kühlung relevante Parameter sind zum Beispiel die Temperatur T der angesaugten Kühlluft sowie der Leistungsbedarf P des Servers 2, der ein Maß für die Wärmeentwicklung im Server 2 darstellt. Die Temperatur der angesaugten Kühlluft wird im Ausführungsbeispiel an geeigneter Stelle auf dem Main Board 23 gemessen. Der Leistungsbedarf des Servers 2 wird in der Stromversorgungseinheit 24 ermittelt. Beide Parameter werden einem System Management Board 25 bereitgestellt. Anhand eines vorgegebenen Funktionszusammenhangs bestimmt das System Management Board 25 eine dem aktuellen Kühlmittelbedarf proportionale Größe f (P, T) und übermittelt diese an die außerhalb des Servers 2 angeordnete Steuereinheit 36. Diese steuert den Stellantrieb 35, um das Drosselelement 32 entsprechend dem ermittelten aktuellen Kühlbedarf einzustellen. Alternativ oder zusätzlich zu den hier eingesetzten Parametern P und T können weitere relevante Betriebsparameter, aus denen der Kühlbedarf eines Servers hervorgeht, zur Steuerung des Drosselelements 32 eingesetzt werden, beispielsweise die Temperatur einer CPU im Server 2. Alternativ zu der gezeigten Ausgestaltung, bei der das üblicherweise bereits vorhandene serverinterne System Management Board 25 zur Steuerung des Drosselelements 32 eingerichtet ist, kann auch eine speziell für diesen Zweck vorgesehene Steuerung innerhalb eines Servers eingesetzt werden.
Eine Steuerung des zugeordneten Drosselelements 32 wie in 4A dargestellt übernimmt jeder der im Serverrack 1 angeordneten Server 2. Im gezeigten Beispiel basiert die Einstellung des Drosselelements 32 auf der Temperatur T der angesaugten Kühlluft und dem aktuellen Leistungsbedarfs P eines Servers 2. Alternativ zu einer solchen Steuerung kann die Einstellung des Drosselelements 32 auch über einen Regelkreis erfolgen, zum Beispiel mit der Temperatur einer zu kühlenden Komponente als Regelgröße. Auch eine Regelung mit Berücksichtigung steuernder Parameter ist denkbar (präsumtive Regelung oder Regelung mit Störgrößenaufschaltung).
Von der Ansteuerung der einzelnen Drosselelemente 32 zunächst unabhängig wird die Drehzahl der Ventilatoren 40 in der Ventilatoreinheit 4 gesteuert, wie in Teil B der 4 dargestellt. Zu diesem Zweck werden der von einem weiteren Drucksensor 39 ermittelte Umgebungsluftdruck p_ref sowie zwei von Drucksensoren 38a und 38b ermittelte Drücke p_a und p_b innerhalb des Kühlluftkanals 3 an eine Drehzahlsteuereinheit 41 übermittelt. Die beiden Drucksensoren 38a und 38b sind dabei an unterschiedlichen vertikalen Positionen innerhalb des Kühlluftkanals 3, zum Beispiel am oberen und am unteren Ende, angeordnet. Die Drehzahlsteuereinheit 41 bestimmt die benötigte Drehzahl der Ventilatoren 40 in Abhängigkeit der ermittelten Drücke p_ref, p_a und p_b, derart, dass die Druckreferenz zwischen einem mittleren Druck im Kühlluftkanal 3 zum Umgebungsluftdruck einen konstanten Wert einnimmt. Die Druckreferenz Δp = f(p_ref, p_a, p_b) bestimmt sich dabei zum Beispiel als p_ref – (p_a + p_b/2). Neben dieser gleichgewichtigen Berücksichtigung der Drücke p_a, p_b bei der Mittelung ist ebenso eine unterschiedliche, an den sich im Kühlkanal 3 einstellenden Druckverlauf angepasste Gewichtung denkbar. Alternativ zu der in 4B gezeigten Regelanordnung, bei der an zwei unterschiedlichen Stellen im Kühlluftkanal 3, eine Druckmessung erfolgt, kann eine zentrale Druckmessung im Kühlluftkanal 3, zum Beispiel vertikal ungefähr mittig positioniert vorgenommen werden. Die Drehzahl wird dann nur auf eine konstante vorgegeben Druckdifferenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck innerhalb des Kühlluftkanals 3, gemessen durch den einen Drucksensor 38, geregelt.
Vorteilhaft bei der dargestellten Steuerung beziehungsweise Regelung ist, dass die Steuerung der Drosselelemente für jeden einzelnen Server unabhängig voneinander und unabhängig von dem Regelkreis für die Drehzahl des Ventilators 40 der Kühlanordnung erfolgt. Eine solche unabhängige Ausgestaltung verringert das Auftreten von unerwünschten Oszillationen im Steuer- beziehungsweise Regelverhalten der verschiedenen Elemente. Zusätzlich kann eine Entkopplung der Elemente durch die Wahl von geeigneten Zeit- und Dämpfungskonstanten in der Regelung erfolgen.
Als Alternative zum gezeigten Beispiel der 4 ist möglich, die erfassten, für die Kühlung relevanten Parameter wie Leistungsabgabe des Stromversorgungsmoduls 24 und die Temperatur der angesaugten Kühlluft, sowie weitere Serverspezifische Parameter vom System Management Board 25 über ein entsprechendes Netzwerk an eine zentrale Erfassungsstelle, zum Beispiel einen Administrationscomputer, weiterzuleiten. Eine solche zentrale Datenerfassung von Betriebsparametern für Server 2 ist zu deren Überwachung bereits üblich. Die so zentral für alle Server 2 vorliegenden Betriebsparameter können an zentraler Stelle ausgewertet werden und in entsprechende Anweisungen an die Steuereinheiten 36 zur Steuerung des Stellantriebs 35 umgesetzt werden. Diese wären dann ebenfalls mit der zentralen Erfassungseinrichtung verbunden und würden von dieser entsprechend angesteuert. Diese Verbindung kann ebenfalls über ein Netzwerk, gegebenenfalls wiederum das Systemadminstrationsnetzwerk, erfolgen. Die zentrale Erfassung und Auswertung der Betriebsparameter würde als weiteren Vorteil bieten, die Steuerung der Ventilatoren 40 zusätzlich zur aufgezeigten Druckdifferenzregelung zu kontrollieren. Beispielsweise könnte die dem Regelkreis vorgegebene und zu erreichende Druckdifferenz Δp in Richtung größerer Werte eingestellt werden, falls einer oder mehrere der Server 2 trotz vollständig geöffnetem Drosselelement 32 zum Beispiel aufgrund einer hohen Auslastung nicht ausreichend gekühlt werden. Weiterhin ist sogar möglich, auf eine Druckdifferenzmessung vollständig zu verzichten und eine Steuerung der Ventilatoren 40 aus einer geeigneten Funktionsabhängigkeit von den ermittelten und zentral erfassten Betriebsparametern P und T sowie der an die Steuereinheit 36 übertragenen Stellung der Drosselelemente 32 festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Serverrack
2: Einschubkomponente
3: Kühlluftkanal
4: Ventilatoreinheit
5: Zuluft
6: Kühlluft
7: Abluft
20: Gehäuse
21: Lufteintrittsöffnung
22: Luftaustrittsöffnung
23: Main Board
24: Stromversorgungsmodul
25: System Management Board
30: Luftansaugöffnung
31: Abluftöffnung
32: Drosselelement
33: feststehende Schlitzplatte
34: verschiebbare Schlitzplatte
35: Stellantrieb
36: Steuerung
37: Dichtung
38a, b: Drucksensor
39: weiterer Drucksensor
40: Ventilatoren

Claims

Kühlanordnung für ein Serverrack (1) zur Aufnahme einer Mehrzahl von Einschubkomponenten (2), mit einem vertikal verlaufenden Kühlluftkanal (3), aufweisend, – eine Mehrzahl von Luftansaugöffnungen (30), die jeweils mit einer Luftaustrittsöffnung (22) einer Einschubkomponente (2) verbindbar sind, wodurch die entsprechende Luftansaugöffnung (30) der Einschubkomponente (2) zugeordnet ist, und – einer gemeinsamen Abluftöffnung (31), wobei die Luftansaugöffnungen (30) jeweils ein Drosselelement (32) zur Veränderung ihres Luftdurchtrittsquerschnitts aufweisen.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, bei der die Drosselelemente (32) als Lüftungsschieber mit einer feststehenden Schlitzplatte (33) und einer verschiebbaren Schlitzplatte (34) ausgeführt sind.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, bei der die Drosselelemente (32) als Lüftungsklappen ausgeführt sind.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die Drosselelemente (32) geeignet sind, die Luftansaugöffnungen (30) vollständig zu verschießen.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der für jedes Drosselelement (32) ein Stellantrieb (35) zum Verstellen des Drosselelementes (32) vorgesehen ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 5, bei der zu jedem Stellantrieb (35) eine Steuereinheit (36) zur Ansteuerung des Stellantriebs (35) vorgesehen ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 6, bei der die Steuereinheit (36), die mit dem Stellantrieb (35) des Drosselelements (32) einer der Luftansaugöffnungen (30) verbunden ist, zu ihrer Ansteuerung mit der Einschubkomponente (2) elektrisch verbunden ist, der die entsprechende Luftansaugöffnung (30) zugeordnet ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der eine Ventilatoreinheit (4) mit der gemeinsamen Abluftöffnung (31) des Kühlkanals (3) zum Absaugen von Luft aus dem Kühlkanal (3) verbunden ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 8, bei dem eine Drehzahlsteuereinheit (41) mit einem Regelkreis vorgesehen ist, durch die eine Drehzahl mindestens eines Ventilators (40) der Ventilatoreinheit (4) in Abhängigkeit von einem gemessenen Luftdruck im Kühlkanal (3) gesteuert wird.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der wenigstens ein Drucksensor (38) zur Messung eines Luftdruckes im Kühlluftkanal (3) vorgesehen ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei der ein weiterer Drucksensor (39) zur Messung eines Umgebungsluftdrucks vorgesehen ist, wobei die Drehzahlsteuereinheit (41) die Drehzahl des mindestens einen Ventilators (40) in Abhängigkeit eines Druckunterschieds zwischen dem gemessenen Luftdruck im Kühlkanal (3) und dem Umgebungsluftdruck steuert.
Serverrack (1) zur Aufnahme von einschiebbaren elektronischen Geräten, aufweisend eine Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Steuerung einer Kühlanordnung in einem Serverrack (1) mit einer Mehrzahl von Einschubkomponenten (2), wobei – die Kühlanordnung einen Kühlluftkanal (3) mit einer Mehrzahl von Luftansaugöffnungen (30), die jeweils mit einer Luftaustrittsöffnung (22) einer der Einschubkomponenten (2) verbunden sind, und einer gemeinsamen Abluftöffnung (31) aufweist, die mit dem wenigstens einen Ventilator (40) derart verbunden ist, das der Ventilator (40) im Betrieb Kühlluft aus der Abluftöffnung (31) absaugt, – jede der Luftansaugöffnungen (30) ein Drosselelement (32) zur Veränderung ihres Luftdurchtrittsquerschnitts aufweist und – mindestens ein Drucksensor (38) zur Bestimmung eines Luftdruckes im Kühlkanal und ein weiterer Drucksensor (39) zur Bestimmung eines Umgebungsluftdrucks vorgesehen ist, bei dem: – jedes der Drosselelemente (32) über einen Stellantrieb (35) abhängig von Betriebsparametern der mit der entsprechenden Luftansaugöffnung (30) verbundenen Einschubkomponente (2) betätigt wird und – der wenigstens eine Ventilator (40) bezüglich seiner Drehzahl abhängig von dem gemessenen Luftdruck im Kühlkanal sowie dem Umgebungsluftdruck gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Drosselelemente (32) abhängig von einer Temperatur einer CPU der Einschubkomponente (2) betätigt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Einschubkomponenten (2) Stromversorgungsmodule (24) aufweisen und die Drosselelemente (32) abhängig von einer von den Stromversorgungsmodulen abgegebenen Leistung betätigt werden.