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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung einer Datenverarbeitungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Anordnung zur Kühlung einer Datenverarbeitungsanlage umfasst eine Mehrzahl von Geräteschränken, in denen elektrische und/oder elektronische Geräte anordbar sind, und mindestens eine Kühleinrichtung zum Kühlen von durch die Geräte erwärmter Luft. Die Geräteschränke sind in mindestens zwei Reihen angeordnet, welche einen Gang begrenzen.
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Die Erfindung ist insbesondere für Server- und Netzwerkschränke geeignet, welche in Computerräumen, Rechenzentren und dergleichen in einer relativ grollen Anzahl angeordnet sind. In den einzelnen Geräteschränken sind elektrische und/oder elektronische Geräte, zum Beispiel Server, angeordnet, die mittels Kühlluft gekühlt werden. Hierzu wird kalte Zuluft meist aus einem vorderen Bereich der Schränke angesaugt und über eine Rückseite als erwärmte Abluft ausgeblasen oder umgekehrt.
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Zur Erhöhung der Energieeffizienz bei der Kühlung von Rechenzentren ist es bekannt, die kalte Zuluft zur Kühlung der Geräte und die durch die Geräte erwärmte Abluft räumlich zu trennen. Hierzu ist es bekannt, die einzelnen Geräteschränke in Reihen anzuordnen und einzelne Gänge zwischen den Reihen von Geräteschränken vollständig einzuhausen, so dass ein Luftvolumenstrom von der kalten zur warmen Seite beziehungsweise umgekehrt verhindert wird. Bei einer solchen Einhausung sind die Gänge mit geeigneten konstruktiven Maßnahmen an der Decke lufttechnisch geschlossen und außerdem sind an den Stirnseiten beziehungsweise Reihenenden der Gänge zum Zweck der Lufttrennung Türen montiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Kühlung einer Datenverarbeitungsanlage bereitzustellen, welche anwenderfreundlich ist und eine effektive Kühlung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Kühlung einer Datenverarbeitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden außerdem in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weiter erläutert.
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Die Anordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gebläse vorgesehen ist, mit welchem an mindestens einer Stirnseite des Ganges ein Luftvorhang erzeugbar ist.
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Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, anstelle einer mechanischen Trennung von Kalt- und Warmluft eine hydraulische Lufttrennung vorzusehen. Der Luftvorhang oder Luftschleier ermöglicht eine effektive Trennung von Warmluft und Kaltluft, stellt aber während des Betriebs kein mechanisches Hindernis dar. Er ermöglicht damit ein ungehindertes Bewegen im Computer- oder Serverraum beziehungsweise Rechenzentrum.
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Außerdem stellt der Luftvorhang kein Hindernis für ein gegebenenfalls installiertes Feuerlöschsystem dar. Insbesondere bei einem zentralen Brandlöschsystem ist ein ungehindertes Ausbreiten eines Löschmittels möglich. Damit wird die Einhaltung feuerschutztechnischer Bestimmungen deutlich vereinfacht. Damit ist auch im Brandfall oder bei einer gegebenenfalls ausfallenden Abluftanlage ein Kühlbetrieb möglich.
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Der oder die installierten Gebläse, Ventilatoren oder Lüfter erzeugen erfindungsgemäß einen Luftvorhang oder Luftschleier zur Zonierung von Luft mit unterschiedlichem Temperaturniveau. Dabei kann es sich bei dem zwischen den Geräteschränken ausgebildeten Gang entweder um einen sogenannten Warmgang mit warmer Abluft aus den Geräten oder um einen sogenannten Kaltgang mit kalter Zuluft zur Kühlung der Geräte handeln. Vorzugsweise sind zwischen mehreren Schrankreihen abwechselnd Kalt- und Warmgänge ausgebildet, wobei das erfindungsgemäße Gebläse vorzugsweise entweder an den Kaltgängen oder an den Warmgängen vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist der Gang an einer Oberseite gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Die lufttechnische Separierung des zwischen den Geräteschränken ausgebildeten Ganges von der Umgebung wird demgemäß vorzugsweise einerseits durch eine mechanische Lufttrennung an der Oberseite des Ganges und andererseits durch den Luftvorhang an mindestens einer der Stirnseiten oder Reihenenden des Ganges bewirkt. An der Oberseite des Ganges kann beispielsweise eine Abdeckung angeordnet sein, welche eine weitgehende Lufttrennung zwischen Warm- und Kaltluft ermöglicht. Andererseits kann auch eine Decke des Raumes, in dem die Geräteschränke aufgestellt sind, als obere Abdeckung des Ganges dienen, sofern sichergestellt ist, dass die Schränke möglichst nahe an die Decke heranreichen, so dass ein Luftvolumenstrom aus dem Gang heraus beziehungsweise in den Gang hinein möglichst gering ist. Unter einem Abschluss des Gangs gegenüber der Umgebung ist dementsprechend jegliche Einrichtung zu verstehen, die eine zumindest weitgehende lufttechnische Trennung von Warm- und Kaltluft ermöglicht.
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Eine zuverlässige Zonierung der Luft kann dadurch erreicht werden, dass ein Messfühler zum Messen einer Luftströmung des Luftvorhangs, insbesondere eines Luftvolumenstroms, vorhanden ist. Durch den Messfühler oder Sensor kann die Funktionsfähigkeit des Luftvorhangs ständig überwacht werden, so dass bei Störungen beispielsweise eine Alarmfunktion ausgelöst werden kann und gegebenenfalls Maßnahmen zur Behebung eines Fehlers ergriffen werden können. Außerdem kann mit dem Messfühler gegebenenfalls auch festgestellt werden, wenn der Luftvorhang, beispielsweise durch ein Betreten des Ganges, kurzzeitig unterbrochen wird. Damit ist grundsätzlich auch eine Gangüberwachung möglich. Der Messfühler ist vorzugsweise gegenüber dem Gebläse angeordnet, so dass er von der Luftströmung des Luftvorhangs angeströmt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Messfühler als Drucksensor, insbesondere zum Messen einer Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung des Luftvorhangs, ausgebildet. Durch eine Messung des durch den Luftvorhang erzeugten Staudrucks kann dabei auf grundsätzlich bekannte Weise auf die Strömungsgeschwindigkeit geschlossen werden. Bei dem Drucksensor kann es sich zum Beispiel um ein Staurohr zur Bestimmung des dynamischen Drucks einer Luftströmung handeln. Es kann auch ein Druckdifferenzsensor verwendet werden, mit dem eine Differenz zwischen dem Staudruck und dem statischen Druck im Rechenzentrum ermittelt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Messfühler als Temperatursensor ausgebildet. Bei einer Änderung oder einem Ausfall der Luftströmung vermischen sich die Kaltluft und die Warmluft im Rechenzentrum und rufen eine Änderung der Temperatur am Messfühler hervor. Somit kann durch eine Messung der Temperatur bestimmt werden, ob der Luftvorhang eine ausreichende Lufttrennung gewährleistet. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Austrittstemperatur aus dem Gebläse bekannt ist, so dass durch einen Vergleich dieser Temperatur mit der Temperatur am Messfühler die Wirksamkeit des Luftvorhangs besonders effektiv ermittelt werden kann.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass eine Steuereinrichtung vorhanden ist, mit welcher das Gebläse in Abhängigkeit der von dem Messfühler gemessenen Luftströmung steuer- oder regelbar ist. Eine solche gesteuerte oder geregelte Ausführung des Luftvorhangs erlaubt eine sehr energiesparende Betriebsweise des Luftvorhangs und ermöglicht ein Reagieren auf hydraulische Störungen. Im ungestörten Betrieb, beispielsweise wenn sich keine Personen im Raum befinden, kann der Luftvorhang somit mit sehr geringer Luftströmung betrieben werden, die nur im Störfall erhöht wird.
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Hintergrund hierzu ist, dass ein Luftvorhang im statischen, ungeregelten Zustand anfällig gegen strömungstechnische Störungen sein kann. Die Steuereinrichtung ermöglicht eine Anpassung des Luftvolumenstroms in Abhängigkeit von gemessenen strömungstechnischen Störungen, welche die Wirksamkeit des Luftvorhangs beeinträchtigen. Bei der Steuereinrichtung kann es sich insbesondere auch um eine Steuer- und Auswerteeinrichtung handeln, welche die gemessene Luftströmung auswertet und das Gebläse entsprechend ansteuert.
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Bevorzugt ist es, wenn die Drehzahl des Gebläses in Abhängigkeit der gemessenen Luftströmung gesteuert oder geregelt wird. Wird der Luftvorhang durch eine Äußere Einwirkung gestört, so kann die Drehzahl des Gebläses erhöht werden. Wird ein Temperatursensor als Messfühler zum Messen der Luftströmung verwenden, so ist insbesondere vorgesehen, dass die Gebläsedrehzahl angehoben wird, wenn die Temperatur am Messfühler abfällt. Die Luftströmung kann insbesondere so eingestellt werden, dass in einem ungestörten Zustand eine laminare Strömung erzeugt wird und dass bei angehobener Drehzahl bei einer hydraulischen Störung des Luft vorhangs eine turbulente Luftströmung erzeugt wird.
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Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass ein Wärmetauscher vorgesehen ist, mit welchem die von dem Gebläse ansaugbare Luft kühlbar ist. Hierdurch kann die Luft des Luftvorhangs auf eine vorbestimmte Temperatur eingestellt oder vorgekühlt werden. Bei dem Wärmetauscher kann es sich insbesondere um einen Gas/Flüssigkeits-Wärmetauscher, insbesondere einen Luft/Wasser-Wärmetauscher handeln. Grundsätzlich ist aber auch ein Luft/Luft-Wärmetauscher denkbar. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise an einem Eingang des Gebläses angeordnet.
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Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Gebläse einen Gebläseeingang aufweist, über welchen Luft aus dem Gang zwischen den Geräteschränken ansaugbar ist. Vorzugsweise wird die Luft des Luftvorhangs auch zumindest überwiegend wieder in den Gang zurückgeführt. Durch die Ansaugung der Luft aus dem Gang- und nicht aus der Umgebung – und entsprechende Rückführung wird die Umgebung weitgehend von einer gegebenenfalls störenden Luftströmung verschont.
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Zur Rückführung der Luft in den Gang ist es bevorzugt, dass eine Luftleiteinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die Luft des Luftvorhangs in den Gang zwischen den Geräteschränken leitbar ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Leitbleche handeln, mit welchen die Luft in Richtung des Ganges umgelenkt werden kann.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem zwischen den Reihen der Geräteschränke ausgebildeten Gang um einen Kaltgang mit kalter Luft zur Kühlung der in den Geräteschränken angeordneten Geräte handeln. Gemäß der Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass der Gang als Warmgang ausgebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird von den Geräten erwärmte Luft, sogenannte Abluft, in den Gang geblasen, von einer Kühleinrichtung abgesaugt und gekühlt und den Geräten als Kaltluft wieder zur Verfügung gestellt. Die Kühleinrichtung kann dabei beispielsweise in der Reihe der Geräteschränke oder als zentrale Kühlstation im Rechenzentrum aufgestellt sein. insbesondere im letztgenannten Fall kann die Warmluft beispielsweise über Doppelböden oder Doppeldecken aus dem Warmgang abgeführt werden. Da die Geräte üblicherweise vom Kaltgang beziehungsweise von der Umgebung aus zugänglich sind und gewartet werden, ist die in dem Warmgang durch den Luftvorhang erzeugte Strömung wenig störend.
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Zur Anpassung des Luftvorhangs an die konkreten räumlichen Gegebenheiten im Rechenzentrum beziehungsweise Serverraum ist es gemäß der Erfindung bevorzugt, dass das Gebläse einen Gebläseausgang aufweist, an welchem verstellbare Lamellen und/oder eine verstellbare Düse angeordnet sind, mit welchen eine Richtung und/oder Breite des Luftvorhangs einstellbar ist. Eine solche Einstelleinrichtung zur Einstellung des Luftvorhangs ermöglicht es, den Luftvorhang beispielsweise an die gegebene Breite oder Höhe des Ganges anzupassen und eine möglichst optimale Luftströmung bereitzustellen.
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Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Gebläse am oder im Boden, auf dem die Geräteschränke aufgestellt sind, seitlich neben den Geräteschränken und/oder im Bereich einer Gangabdeckung, insbesondere unterhalb der Gangabdeckung, angeordnet ist. Entsprechend ist es bevorzugt, dass das Gebläse eine nach oben, seitlich oder nach unten gerichtete Luftströmung erzeugt. Insbesondere bei einem im Boden- oder Deckenbereich angeordneten Gebläse kann dieses, gegebenenfalls zusätzlich, auch Luft, insbesondere Kaltluft, aus einem Doppelboden oder einer Doppeldecke ansaugen. Dies ermöglicht eine besonders effektive Kühlung der angesaugten Luft ohne einen zusätzlichen Wärmetauscher.
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Die Erfindung bezieht sich in einem weiteren Aspekt auf einen Warmgang, welcher zwischen zwei Reihen von Geräteschränken in einem Rechenzentrum oder Serverraum angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist an mindestens einer Stirnseite des Warmgangs ein Gebläse vorgesehen, mit welchem, insbesondere an der Stirnseite des Warmgangs, ein Luftvorhang zur Begrenzung des Warmgangs erzeugbar ist.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Rechenzentrum oder Serverraum mit mindestens einer Anordnung zur Kühlung und/oder mindestens einem Warmgang, wie vorstehend beschrieben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht auch in einem Verfahren zur Kühlung einer Datenverarbeitungsanlage mit einer Mehrzahl von Geräteschränken, in denen elektrische und/oder elektronische Geräte anordbar sind, und mindestens einer Kühleinrichtung zum Kühlen von durch die Geräte erwärmter Luft, wobei die Geräteschränke in mindestens zwei Reihen angeordnet sind, welche einen Gang begrenzen und wobei der Gang an einer Oberseite gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Mittels mindestens eines Gebläses wird an mindestens einer Stirnseite des Gangs ein Luftvorhang erzeugt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt sind, weiter beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung;
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2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung und
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3 eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung.
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Äquivalente Komponenten sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine erste Ausführungsform einer Anordnung 10 zur Kühlung einer Datenverarbeitungsanlage, welche auch als Kühlanordnung bezeichnet werden kann, wird nachfolgend mit Bezug auf 1 beschrieben.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Raums 40 eines Rechenzentrums beziehungsweise einer Datenverarbeitungsanlage mit einem Boden 42 und einer Decke 44 und mit einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung 10.
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Die Kühlanordnung 10 umfasst eine Mehrzahl von Geräteschränken 14, die in mindestens zwei Reihen oder Schrankreihen 12, von denen in der Figur nur eine sichtbar ist, aufgestellt sind.
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Zwischen den Schrankreihen 12 von Geräteschränken 14 ist ein Gang 16 ausgebildet. Die Schrankreihen 12 der Kühlanordnung 10, in denen die Gerätschränke 14 angeordnet sind, begrenzen also seitlich den Gang 16.
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In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Gang 16 um einen Warmgang mit warmer Abluft aus den Gerätschränken 14. Die Geräte in den Gerätschränken werden dabei mit Kaltluft aus einem benachbarten Kaltgang oder aus der Umgebung im Rechenzentrum gekühlt und die warme Abluft wird in den Warmgang abgeführt. Von dort wird sie in einer in der Figur nicht dargestellten Kühleinrichtung erneut gekühlt und am Kaltgang beziehungsweise der Umgebung erneut als Kaltluft zur Verfügung gestellt. Grundsätzlich kann dabei einer der Geräteschränke 14 auch durch eine Kühleinrichtung ersetzt werden. Die Kühleinrichtung kann also in der Reihe der Geräteschränke 14 aufgestellt sein.
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Zur Abgrenzung des Gangs 16 gegenüber der Umgebung ist der Gang 16 an seiner Oberseite durch eine Gangabdeckung 18, welche auch als Warmdach bezeichnet werden kann, abgedeckt und verschlossen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen insbesondere transparenten Deckel handeln. Die Gangabdeckung 18 steht in Längsrichtung des Ganges 16 über die Geräteschränke 14 hervor.
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An einer Stirnseite beziehungsweise Stirnfläche des Ganges 16, also an einem Ende der Reihe der Geräteschränke 14, ist ein Gebläse 20 angeordnet, mit welchem ein Luftvorhang an der Stirnfläche des Ganges 16 erzeugt werden kann. Das Gebläse 20 ist hierzu entlang einer insbesondere oberen Seitenkante der Stirnfläche des Ganges 16 angeordnet.
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Das Gebläse 20 ist in der dargestellten Ausführungsform unterhalb der Gangabdeckung 18 angeordnet. Das Gebläse 20 umfasst einen Gebläseeingang 24 beziehungsweise Lufteinlass, über welchen Luft aus dem Gang 16 angesaugt werden kann, wie mit dem Pfeil 36 angedeutet. Zur Bildung des Luftvorhangs wird eine nach unten gerichtete Luftströmung 38 erzeugt. Die Luft wird hierzu über einen Gebläseausgang 26 beziehungsweise Luftauslass im Wesentlichen vertikal nach unten ausgeblasen.
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Zur Einstellung der Luftströmung weist das Gebläse 20 an seinem Gebläseausgang 26 eine verstellbare Düse 28, beispielsweise in Form einer Venturidüse, auf. Weiterhin umfasst das Gebläse 20 ein Gehäuse 22, in welchem eine Ventilatoreinheit 23 angeordnet ist. Das Gehäuse ist unterhalb der Gangabdeckung 16 befestigt.
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Im Bereich des Bodens 42, auf welchem die Geräteschränke 14 aufgestellt sind, ist eine Messeinrichtung, insbesondere ein Messfühler 30, angeordnet, mit welchem Strömungswerke des Luftvorhangs, insbesondere Luftgeschwindigkeit und/oder Luftvolumenstrom, gemessen werden können. Der Messfühler 30 zur Strömungsüberwachung ist auf der dem Gebläse 20 gegenüberliegenden Seite oder Kante der Stirnfläche des Gangs 16 angeordnet, so dass er von der Luftströmung 38 des Luftvorhangs angeströmt wird. Insbesondere kann mit der Messeinrichtung beziehungsweise dem Messfühler 30 die Geschwindigkeit und Wurfweite des Luftstrahls des Luftvorhangs bestimmt werden.
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2 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Gebläse 20 im Boden 42 eingelassen oder versenkt ist und Luft vertikal nach oben ausbläst. Bei dem Boden 42 handelt es sich hier um einen in grundsätzlicher Weise bekannten Doppelboden. Die Luft wird aus dem Inneren des Gangs 16 angesaugt. Zusätzlich oder alternativ könnte auch Luft aus dem Doppelboden angesaugt werden, insbesondere um die Luft des Luftvorhangs auf eine vorgegebene Temperatur vorzukühlen. Durch den Luftvorhang wird innerhalb des Gangs 16 eine zirkulierende Luftströmung 39 erzeugt.
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An einem dem Gebläse 20 gegenüberliegenden Ende des Luftvorhangs ist eine Luftleiteinrichtung 34 vorgesehen, die eine Umlenkung der Luftströmung des Luftvorhangs in Richtung des Ganges 16 bewirkt. Im Fall des von unten nach oben gerichteten Luftvorhangs befindet sich die Luftleiteinrichtung 34 vorzugsweise unmittelbar unterhalb des Warmdachs, wie in der 2 dargestellt. Die Luftleiteinrichtung 34 kann insbesondere als Luftleitblech zur Luftführung ausgebildet sein.
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3 zeigt eine Ausführungsform mit einem seitlich angeordneten Gebläse 20 zur Erzeugung eines Luftvorhangs. Das Gebläse 20 erzeugt hierbei eine etwa waagerechte Luftströmung 38 zum Bilden des Luftvorhangs. In der dargestellten Ausführungsform saugt das Gebläse 20 die Luft von außerhalb des Ganges 16 an.
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Das Gebläse 20 ist seitlich neben den Geräteschränken 14 angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe der Geräteschränke 14. An einer gegenüberliegenden Seite, also im Bereich einer gegenüberliegenden Schrankreihe 12, ist ein Messfühler 30 zum Messen der Strömung des Luftvorhangs angeordnet.
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Das Gebläse 20 kann jeweils aus mehreren Modulen zusammengesetzt sein, die nebeneinander in Querrichtung des Ganges 16 beziehungsweise übereinander angeordnet sind.
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Vorzugsweise sind beide Stirnseiten des Ganges 16 mittels eines Luftvorhangs lufttechnisch gegenüber der Umgebung abgeschlossen, wie beispielsweise in der 3 dargestellt. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird insgesamt eine effektive und zugleich anwenderfreundliche Kühlung einer Datenverarbeitungsanlage ermöglicht.
