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Die Erfindung betrifft ein Rechenzentrum.
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Unter einem Rechenzentrum wird in der vorliegenden Anmeldung ein Gebäude oder eine Etage innerhalb eines Gebäudes verstanden, deren Zweck im Wesentlichen darin besteht, zentrale Rechentechnik, wie z. B. Server, Computersysteme, Telekommunikationshardware etc., unterzubringen und vor zu hohen Temperaturen zu schützen. Derartige Rechenzentren werden auch als Data Center oder Serverfarmen bezeichnet.
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Aus
EP 2 293 659 A2 sind ein Rechenzentrum sowie ein Kühlsystem für ein Rechenzentrum bekannt. Die Druckschrift beschäftigt sich vorwiegend mit der Anordnung von Kühlvorrichtungen und Führung von Luftströmen innerhalb eines Rechnerraums. Bei dem in
EP 2 293 659 A2 beschriebenen Rechenzentrum sind die Kühlvorrichtungen und die zu kühlenden Rechner innerhalb eines Raumes angeordnet.
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Aus
EP 1 903 849 B1 sind eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Kühlen eines Raumes in einem Rechenzentrum bekannt. Auch diese Druckschrift beschäftigt sich vorwiegend mit der Art der Kühlung, welche über einen Luft-zu-Luft-Wärmetauscher mittels zwei voneinander getrennter Luftströme erfolgen soll.
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Aus
EP 1 774 842 B1 ist eine weitere Anordnung zur Kühlung eines Rechenzentrums bekannt. Gemäß dieser Druckschrift sollen in einem Rechenzentrum mehrere Gehäuse, eine Kühleinrichtung und eine mit einem Paar von Gehäusen gekoppelte Platte in einer bestimmten Art und Weise zueinander angeordnet werden, um eine effiziente Kühlung zu erreichen.
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In einem von KyotoCooling International BV im Jahr 2009 durchgeführten Seminar namens ”Seeing is believing” wurde ein Konzept für ein Rechenzentrum vorgestellt, bei welchem in einem Rechenzentrum mit rechteckigem Grundriss in einem sich im mittleren Teil eines Gebäudes erstreckenden Rechnerbereich Server angeordnet sind und diese Server von an die Rechnerbereiche seitlich angrenzenden Technikbereichen mit Luft zur Kühlung versorgt werden. Dieses Konzept hat den Nachteil, dass die Technikbereiche sowie die für die Zugänglichkeit der Bereiche erforderlichen Freiräume eine im Verhältnis zu den Serverbereichen relativ große Fläche einnehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rechenzentrum mit verbesserter Flächennutzung und gleichzeitig hohem Sicherheitsstandard zur Verfügung zu stellen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Ein erfindungsgemäßes Rechenzentrum umfasst:
- a) Rechnerbereiche zur Unterbringung einer Vielzahl von Computersystemen und/oder sonstigen elektrischen Geräten,
- b) an die Rechnerbereiche angrenzende Technikbereichen, in welchen Mittel zur Belüftung und/oder Kühlung und/oder Klimatisierung der jeweils angrenzenden Rechnerbereiche untergebracht sind, wobei
- c) die Technikbereiche eine fluidale Verbindung zu benachbarten Rechnerbereichen aufweisen und wobei
- d) mindestens eine Rechneretage mit Rechnerbereichen und Technikbereichen vorgesehen ist, in welcher ein Technikbereich derart angeordnet ist, dass er an zwei unterschiedliche Rechnerbereiche angrenzt.
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Unter einem Technikbereich wird insbesondere ein Raum verstanden, in welchem Vorrichtungen zur gerichteten Leitung von Kühlmedien installiert sind. Derartige Vorrichtungen umfassen insbesondere Vorrichtungen zur mechanischen Kälteerzeugung, Ventilatoren und Wärmetauscher.
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Rechnerbereiche im Sinne der Erfindung dienen vorwiegend der flächeneffizienten Unterbringung und Temperierung bzw. Klimatisierung von Rechnersystemen, wie z. B. Servern oder sonstigen elektronischen Komponenten.
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Die Anbindung eines Technikbereichs an zwei unterschiedliche Rechnerbereiche hat den Vorteil, dass dieser Technikbereich doppelt nutzbar ist und so eine im Vergleich zu zwei separaten Technikbereichen nur geringe Fläche beansprucht.
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Die Flächenausnutzung ist besonders effizient in Rechneretagen, in denen alle Rechnerbereiche und Technikbereiche derart wechselweise angeordnet sind, dass sich eine ringförmige Anordnung ergibt. In diesem Fall wird jeder Technikbereich für die beiden an diesen Technikbereich angrenzenden Rechnerbereiche genutzt. Durch diese Anordnung kann das Flächenverhältnis von Rechnerbereichen zu Technikbereichen im Vergleich zu bekannten Anordnungen deutlich reduziert werden.
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Das Rechenzentrum kann zwar einen beliebigen Grundriss aufweisen. Bevorzugt sind jedoch runde und eckige Grundrisse, Runde Grundrisse haben den Vorteil, dass die Rechnerbereiche und die Technikbereiche sich ohne Restflächen nach Bedarf kreissegmentförmig aufteilen lassen, wodurch eine große Variabilität hinsichtlich der Größenverhältnisse vorhanden ist. Eckige Grundrisse und insbesondere rechteckige bzw. quadratische Grundrisse haben den Vorteil, dass die Rechnerbereiche und die Technikbereiche ohne Restflächen nach Bedarf auf einfache Art und Weise ebenfalls rechteckig oder quadratisch aufteilbar sind. Rechteckige bzw. quadratische Rechnerbereiche und Technikbereiche lassen sich besonders flächeneffizient mit Rechnern und Kühlvorrichtungen bestücken.
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Es kann vorteilhaft sein, in den Ecken einer Rechneretage mit eckigem Grundriss ausschließlich Rechnerbereiche oder Technikbereiche anzuordnen.
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Das Anordnen von Technikbereichen in den Ecken hat beispielsweise den Vorteil, dass diese zwei Außenseiten aufweisen, die in verschiedene Himmelsrichtungen weisen. Wenn auf diesen beiden Außenseiten jeweils Frischluftkanäle zu den Technikbereichen führen, kann abhängig vorn Sonnenstand die jeweils kühlere Außenluft in den entsprechenden Technikbereich geleitet werden, um den Zeitraum einer direkten freien Kühlung zu erhöhen und somit Energie für eine mechanische Kühlung einsparen zu können.
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Das Anordnen von Rechnerbereichen in den Ecken hat beispielsweise den Vorteil, dass diese sich, insbesondere bei quadratischer Grundfläche des Rechenzentrums, größenmäßig nach Bedarf gut variieren lassen, ohne dass dadurch schlecht nutzbare Raumformen entstehen. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass Rechnerbereiche und Technikbereiche ringförmig angeordnet sind und einen zentral angeordneten Zugangsbereich umschließen.
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Ein erfindungsgemäßes Rechenzentrum ist besonders kompakt und flächeneffizient, wenn dass entlang einer Seite des Rechenzentrums, vorzugsweise entlang jeder Seite des Rechenzentrums, drei Rechnerbereiche oder Technikbereiche in einer der nachstehend wiedergegebenen Anordnungen angeordnet sind:
- a. zwei Technikbereiche und einem zwischen den Technikbereichen angeordneter Rechnerbereich oder
- b. zwei Rechnerbereiche mit einem zwischen den Rechnerbereichen angeordneten Technikbereich.
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Auf die vorstehend bereits beschriebenen Vorteile hinsichtlich der Verbesserung der Kühlung bzw. der Variabilität in der Größengestaltung der jeweiligen Bereiche wird hiermit verwiesen.
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Das Anordnen eines zentralen Zugangsbereichs hat den Vorteil, dass eine nur geringe Fläche benötigt wird, um beispielsweise zu Reparatur- oder Wartungszwecken die Rechnerbereiche und/oder Technikbereiche betreten zu können. Der Zugangsbereich ist bevorzugt in mindestens einer Rechneretage, besonders bevorzugt in allen Rechneretagen, von Rechnerbereichen und Technikbereichen umschlossen. Unter Zugangsbereich wird ein Bereich verstanden, der es ermöglicht, die Rechneretage per Aufzug, Treppe oder in sonstiger Art und Weise zu erreichen und von welchem sämtliche Technik- und Rechnerbereiche direkt oder indirekt zugänglich sind.
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In einer weiteren praktischen Gestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Rechenzentrums weist in mindestens einer Rechneretage jeder Technikbereich Verbindungen zu zwei separaten Versorgungssträngen auf. Dies hat den Vorteil, dass jeder Technikbereich eine redundante Versorgung (beispielsweise mit Strom, Kühlleitungen etc.) aufweist, was die Ausfallsicherheit erhöht.
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Die Ausfallsicherheit kann weiter erhöht werden, wenn für die Führung der Versorgungsstränge zu den Technikbereichen separate Erschließungsbereiche vorhanden sind, die räumlich von den Technikbereichen und von den Rechnerbereichen getrennt sind. Vorzugsweise sind die Erschließungsbereiche auch räumlich getrennt von anderen Bereichen, beispielsweise von Zugangsbereichen.
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In einer weiteren praktischen Gestaltungsvariante ist in mindestens einer Rechneretage jedem Technikbereich mindestens ein Erschließungsbereich zugeordnet. Dies hat den Vorteil, dass sich Störungen in einem Erschließungsbereich nicht auf andere Technikbereiche auswirken. Durch Einplanung einer entsprechenden Redundanz von Kühlleistungen können Totalausfälle in Erschließungsbereichen vollständig kompensiert werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass im Normalbetrieb jeweils 50 Prozent der Kühlleistung zweier verschiedener Technikbereichen in einen Rechnerbereich eingebracht werden, so dass im Notfall vorübergehend durch Steigerung der Leistung auf 100 Prozent die Kühlung nur über einen Technikbereich erfolgen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rechenzentrums sind in mindestens einer Rechneretage die Rechnerbereiche und die Technikbereiche von einem Umhüllungsbereich umgeben. Als Umhüllungsbereich wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine Doppelfassade verstanden. Diese hat den Vorteil, dass eine direkte Sonneneinstrahlung auf die Technikbereiche und die Rechnerbereiche vermieden wird. Sie kann darüber hinaus dazu genutzt werden, Luft (insbesondere Außenluft, Zuluft, Fortluft und Abluft) außerhalb des eigentlichen Gebäudes durch entsprechende Kanäle zu führen und die für eine mechanische Kühlung erforderliche Kühlleistung zu reduzieren. Darüber eröffnet die Außenfassade gestalterische Freiheiten hinsichtlich des Gebäudedesigns, wodurch die Wahrscheinlichkeit für Vandalismus und sonstige kriminellen Handlungen reduziert werden kann. in die Außenfassade können auch andere oder weitere technische Einheiten, wie z. B. Photovoltaik-Module, integriert werden.
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Wenn eine von der mindestens einen Rechneretage unabhängige Versorgungsetage mit Versorgungsleitungen vorhanden ist, kann ein erfindungsgemäßes Rechenzentrum besonders kompakt gebaut werden. Denn es hat sich gezeigt, durch Wahl einer Versorgungsetage und einer darüber angeordneten Rechneretage eine sehr effiziente Einheit mit kurzen Erschließungs- und Versorgungswegen realisierbar ist. in einer bevorzugten Gestaltungsvariante ist die Versorgungsetage im Erdgeschoss vorgesehen und die mindestens eine Rechneretage oberhalb der Versorgungsetage angeordnet.
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Diese Gestaltungsvariante hat den Vorteil, dass weitere Rechneretagen in identischer oder abgewandelter Anordnung etagenweise ergänzbar sind. Vorzugsweise werden zumindest hinsichtlich der Erschließungs- und Versorgungsbereiche identische Anordnungen in den Rechneretagen verwendet. Die Erschließungs- und Versorgungsbereiche können in diesem Fall in die jeweils darüber liegende Rechneretage erweitert werden.
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Die Sicherheit eines erfindungsgemäßen Rechenzentrums kann weiter erhöht werden, wenn jeder Technikbereich in einem eigenen Brandabschnitt angeordnet ist.
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In einem erfindungsgemäßen Rechenzentrum können sehr kurze Anschlusswege und redundante Anbindungen für Strom, Wasser, Abwasser, Datenleitungen, Löschgasleitungen und sonstige Versorgungsstränge realisiert werden. Bedingt durch die kurzen Andienungswege, wirkt sich dies sich sehr positiv auf die Energiekennwerte (z. B. PUE-Werte – PUE steht für ”power usage effectiveness”) aus.
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Die Flächenausnutzung eines erfindungsgemäßen Rechenzentrums ist besonders effizient, wenn es im Erdgeschoss eine Versorgungsetage und darüber 1–3 Rechneretagen aufweist. In diesem Fall können Vorrichtungen zur mechanischen Kälteerzeugung auf dem Gebäudedach angeordnet werden. Es können auch mehr als 3 Rechneretagen übereinander angeordnet werden, um eine besonders effiziente Flächenausnutzung zu erzielen.
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Weitere praktische Gestaltungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine erste Gestaltungsvariante einer Rechneretage eines erfindungsgemäßen Rechenzentrums in einer schematischen Darstellung,
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2 eine zweite Gestaltungsvariante einer Rechneretage eines erfindungsgemäßen Rechenzentrums in einer schematischen Darstellung,
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3 einen detaillierten Grundriss einer dritten Gestaltungsvariante einer Rechneretage eines erfindungsgemäßen Rechenzentrums,
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4 eine vergrößerte Darstellung in 3 mit IV bezeichneten gestrichelten Bereichs, der eine alternativen Ausführungsform dieses Bereichs zeigt,
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5 eine vergrößerte Darstellung in 3 mit V bezeichneten gestrichelten Bereichs, der eine alternativen Ausführungsform dieses Bereichs zeigt und
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6 eine vergrößerte Darstellung in 3 mit VI bezeichneten gestrichelten Bereichs, der eine alternativen Ausführungsform dieses Bereichs zeigt.
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In den 1 und 2 sind Gestaltungsvarianten einer Rechneretage 10 eines erfindungsgemäßen Rechenzentrums 12 in schematischen Darstellungen gezeigt. Für funktional gleiche Elemente des Rechenzentrums werden in der Figurenbeschreibung gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Die Rechneretage 10 ist räumlich begrenzt durch einen als Doppelfassade gestalteten Umhüllungsbereich 14 mit einer Außenfassade 16 und einer zurückversetzten Gebäudewand 18. Der Umhüllungsbereich 14 bildet einen äußeren Ring.
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Auf der Innenseite des Umhüllungsbereichs 14 schließen sich Rechnerbereiche 20 und Technikbereiche 22 an, die wechselweise angeordnet sind und ebenfalls einen Ring bilden.
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Innerhalb des aus Rechnerbereichen 20 und Technikbereichen 22 gebildeten Rings schließt sich ein zentraler Erschließungsbereich 24. Dieser umfasst ein Treppenhaus und/oder Aufzüge sowie Zugänge zu den Rechnerbereichen 20 und/oder den Technikbereichen 22. Vorzugsweise sind in dem Erschließungsbereich Mittel zur Zugangskontrolle installiert, die es ermöglichen, verschiedenen Personen unterschiedliche Zugangsberechtigungen zu geben. Dies hat den Vorteil, dass verschiedenen Rechnerbereiche einer Rechneretage mit Servern oder sonstigen technischen Geräten unterschiedlicher Kunden bestückt sein können, ohne dass die Gefahr besteht, dass Kunden Zugang zu Bereichen erhalten, in denen sich Geräte anderer Kunden befinden.
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3 zeigt einen Grundriss einer dritten Gestaltungsvariante einer Rechneretage 10 eines erfindungsgemäßen Rechenzentrums 12. Ähnlich wie in der in 1 gezeigten Gestaltungsvariante bildet eine nicht dargestellte Umhüllung einen äußeren Ring. Auf der Innenseite dieses Rings sind Rechnerbereiche 20 und Technikbereiche 22 wechselweise angeordnet.
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Innerhalb des aus Rechnerbereichen 20 und Technikbereichen 22 gebildeten Rings befindet sich ein zentraler Erschließungsbereich 24.
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In dem Erschließungsbereich sind ein Treppenhaus 28, ein Personenaufzug 30 sowie ein Lastenaufzug 32 angeordnet. Die verbleibenden Schächte 26a, 26b, 34a, 34b, 36 dienen der zentralen Führung von Strom-, Wasser-, Abwasser-, Daten- und/oder Löschgasleitungen sowie sonstigen Versorgungsstränge (nach Bedarf), insbesondere zur Anbindung höherer Etagen.
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Zwischen dem Erschließungsbereich 24 und dem aus Rechnerbereichen 20 und Technikbereichen 22 gebildeten Ring sind mehrere Versorgungsbereiche 26 angeordnet, wobei jeder Versorgungsbereich 26 mindestens zwei baulich voneinander getrennte Teilbereiche 26a, 26b umfasst, die nachfolgend als Versorgungsschächte bezeichnet werden. Die Versorgungsschächte ermöglichen eine unabhängige Versorgung der jeweils angrenzenden Technikbereiche 22 mit Strom-, Wasser-, Abwasser-, Daten- und/oder Löschgasleitungen sowie sonstigen Versorgungsstränge (nach Bedarf). Jeder Technikbereich 22 ist über die angrenzenden Versorgungsbereiche 26 mit mindestens zwei, voneinander unabhängigen Versorgungssträngen verbunden, so dass im Falle einer Versorgungsstörung in einem der Versorgungsstränge auf den jeweils anderen Versorgungsstrang zurückgegriffen werden. Dies erhöht die Ausfallsicherheit des Rechenzentrums.
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In den Technikbereichen 22 sind in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen folgende Elemente angeordnet:
- • Ventilatoren,
- • Wärmetauscher,
- • Wärmeräder,
- • Luftfilter,
- • Leitungen zum Transport warmer Luft in andere Etagen des Rechenzentrums
- • Leitungen und/oder Schächte zur Führung von Außenluft und Fortluft (nicht gezeigt) bzw. Zuluft und Abluft von den benachbarten Rechnerbereichen 20 bzw. der Außenfassade 14 zu den Technikbereichen 22 und von den Technikbereichen 22 zu den Rechnerbereichen 20 untergebracht.
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Über die in den Technikbereichen 22 dargestellten Schächte 38 können separate Kaltwasserversorgungsleitungen oder sonstige Leitungen nach Bedarf direkt in diese Bereiche geführt werden. Diese Schächte 38 müssen nicht zwingend – wie in 3 gezeigt – innerhalb der äußeren Technikräumen 22a angeordnet sind. Sie können auch in den inneren Technikräumen 22b oder teilweise in den inneren Technikräumen 22b und teilweise in den äußeren Technikräumen 22a angeordnet sein.
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Von den Technikbereichen 22 führen nicht dargestellte Leitungen und/oder Schächte in die jeweils angrenzenden Rechnerbereiche, wo eine Vielzahl von Servern und/oder sonstige elektrische Systeme installiert sind. Die Technikbereiche 22 sind in der gezeigten Ausführungsform in zwei Technikräume (22a, 22b) aufgeteilt, was den Vorteil hat, dass über die Umhüllung zugeführte Außenluft von Zuluft getrennt werden kann. So kann beispielsweise Außenluft den außen liegenden Technikräumen 22a und Zuluft den innen liegenden Technikräumen 22b zugeführt werden. Über zwischen den beiden Technikräumen 22a, 22b installierte, nicht dargestellte Klappen ist dann steuerbar, ob Außenluft und Umluft getrennt bleiben oder miteinander vermischt werden sollen.
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Von den Rechnerbereichen führen nicht dargestellte Leitungen und/oder Schächte für Abluft und Fortluft in die Technikbereiche 22 bzw. in die in 3 nicht dargestellte Außenfassade.
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Die gezeigte Rechneretage 10 weist eine Höhe von ca. 6 Metern auf, die sich aufteilt in einen ca. 1,5 Meter hohen Bodenbereich (Doppelboden) und einen ca. 1,5 Meter hohen Deckenbereich (Zwischendecke) sowie einen ca. 3 Meter hohen Hauptbereich. Die in 3 nicht dargestellten, zu kühlenden Server sowie die vorstehend genannten, in den Technikbereichen 22 angeordneten Elemente befinden sich im Hauptbereich, während der Doppelboden und die Zwischendecke im Rechnerbereich 20 im Wesentlichen zur Luftführung dienen.
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Wie dem Grundriss zu entnehmen ist, sind Rechnerbereiche 20 und Technikbereiche 22 wechselweise und stets benachbart zueinander angeordnet, so dass jeder Rechnerbereich 20 von den zwei benachbarten Technikbereichen 22 unabhängig versorgt werden kann. In der gezeigten Ausführungsform wird jeder Rechnerbereich 20 zu 50 Prozent von dem einen angrenzenden Technikbereich 22 und zu 50 Prozent von dem anderen angrenzenden Technikbereich 22 versorgt, wobei dazu vorzugsweise nur 50 Prozent der jeweils verfügbaren Leistung der Kühlvorrichtungen in dem jeweiligen Technikbereich 22 eingesetzt wird. Das hat den Vorteil, dass im Falle eines Totalausfalls aller Kühlvorrichtungen in einem Technikbereich 22 die volle Kühlleistung von dem jeweils anderen Technikbereich 22 abgerufen werden kann, so dass eine sichere Kühlung des Rechnerbereichs 20 selbst in diesem Fall gewährleistet ist.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform des gestrichelten Bereichs IV in 3. Bei dieser Ausführungsform sind die Teilschächte 26a, 26b so nebeneinander angeordnet, dass jeder der Teilschächte 26a, 26b direkt an den benachbarten Technikbereich 22b angrenzt.
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform des gestrichelten Bereichs V in 3. Bei dieser Ausführungsform ist der Technikbereich in vier separate Technikräume 22a1, 22a2, 22b1, 22b2 aufgeteilt. Auch bei dieser Ausführungsform kann über die Umhüllung zugeführte Außenluft von Zuluft getrennt werden. So kann beispielsweise Außenluft den außen liegenden Technikräumen 22a1, 22b1 und Zuluft den innen liegenden Technikräumen 22a2, 22b2 zugeführt werden. Über zwischen den Technikräumen 22a1, 22a2, 22b1, 22b2 installierte, nicht dargestellte Klappen ist dann steuerbar, ob Außenluft und Zuluft getrennt bleiben oder miteinander vermischt werden.
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6 zeigt eine alternative Ausführungsform des gestrichelten Bereichs VI in 3. Bei dieser Ausführungsform ist der Schacht 36 in drei separate Teilschächte 36a1, 36a2, 36a3 unterteilt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rechneretage
- 12
- Rechenzentrum
- 14
- Umhüllungsbereich
- 16
- Außenfassade
- 18
- zurückversetzte Gebäudewand
- 20
- Rechnerbereich
- 22
- Technikbereich
- 24
- Erschließungsbereich
- 26
- Versorgungsbereiche
- 28
- Treppenhaus
- 30
- Personenaufzug
- 32
- Lastenaufzug
- 34
- Schächte
- 36
- Schacht
- 38
- Schacht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2293659 A2 [0003, 0003]
- EP 1903849 B1 [0004]
- EP 1774842 B1 [0005]
