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Die Erfindung betrifft ein klimatisierbares Modul für ein modulares Rechenzentrum, mit einer Anzahl von nebeneinander stehenden Racks, die zwischen einem Doppelboden und einer Innendecke aufgebaut sind und einen Kaltgang von einem Warmgang trennen.
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Modulare Rechenzentren sind bekannt, beispielsweise aus der
WO 2011/038348 A1 . Dort umfasst ein modulares Rechensystem für ein Rechenzentrum ein oder mehrere Rechenzentrumsmodule mit Serversystemen, die in Racks angeordnet sind. Ein zentrales Elektromodul versorgt die Rechenzentrumsmodule mit elektrischer Energie. Mit vorgekühlter Luft arbeitende Kühlmodule sind individuell jedem Rechenzentrumsmodul zugeordnet und auf diese aufgesetzt. Es ist auch ein Brandschutzsystem enthalten, das das elektrische Modul im Fall eines Feuers abschottet. Die Module eines Systems können vorgefertigt werden, wobei funktionale Elemente und strukturelle Elemente enthalten sind. Diese können als Einheit transportiert und am gewünschten Ort schnell aufgestellt werden, um das gewünschte Rechenzentrum aus ihnen aufzubauen.
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Je nach Größe des Rechenzentrums kann eine große Menge an elektrischer Energie erforderlich sein, um die Anlage zu betreiben. Üblicherweise wird eine relativ hohe Spannung eingespeist, die dann auf eine niedrigere Spannung hinuntertransformiert wird. Ein Netzwerk aus Verkabelung, Anschlüssen und Energieverteilungseinheiten wird verwendet, um die Energie mit der niedrigeren Spannung an zahlreiche bestimmte Komponenten im Rechenzentrum zu liefern. Die Komponenten erzeugen dabei Abwärme in erheblichem Umfang, die abgeführt werden muss, so dass eine Klimatisierung erforderlich ist.
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Bewertungsmaßstab ist dabei die von dem „The Green Grid”-Konsortium definierte Power Usage Effectiveness (PUE), die das Verhältnis der Energieaufnahme der Rechner zum Gesamtenergieverbrauch eines Rechenzentrums darstellt. Werte unterhalb von 1.3 gelten als hoch effizient.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein klimatisierbares Modul für ein modulares Rechenzentrum zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Rechenzentrum mit minimalem Planungsaufwand erstellt werden kann, wobei eine fertige Komplettlösung inklusive Kühlung, Energieabsicherung und -verteilung sowie Überwachung enthalten ist. Das mit dem klimatisierbaren Modul aufgebaute Rechenzentrum soll einfach zu projektieren und zu kalkulieren sein und bereits in der Planungsphase eine Effizienzberechnung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein klimatisierbares Modul gelöst, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Doppelboden eine Anzahl von Klimamodulen angeordnet ist, die Warmluft aus dem Warmgang abziehen, diese kühlen und als Kaltluft in den Kaltgang abgeben. Diese Art der Kühlung erlaubt, dass die kalte Luft lokal nur über die Server geleitet wird, die in den Racks untergebracht sind, und unterscheidet sich daher von bekannten CRAC/UKS-Systemen, bei denen ein einziges Klimamodul vorhanden ist, so dass die Luft global durch die klimatisierbare Modul geführt werden muss. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Luftführung optimiert, so dass eine hohe Energieeffizienz erwartet werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht die Fläche des Doppelbodens der Grundfläche eines 20 ft-Containers und die Höhe des klimatisierbaren Moduls entspricht der Innenhöhe eines 20 ft-Containers. Damit ist das klimatisierbare Modul gemäß der vorliegenden Erfindung universell einsetzbar. Es ist in einen Container, einen Sicherheitsraum oder eine Bestandsimmobilie implantierbar, wobei es sich besonders als flexible Containerlösung hervortut.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Teil der nebeneinander stehenden Racks zur Aufnahme von Servern ausgelegt, wobei diese Racks zusammen mit ihren Klimamodulen zumindest einen Teil eines IT-Bereichs des klimatisierbaren Moduls bilden. Durch konsequente Schottung von Warmgang und Kaltgang ist sichergestellt, dass die Kaltluft im Wesentlichen ausschließlich zur Kühlung der Server in ihren Racks zur Verfügung steht.
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Die Abmessungen eines 20 ft-Containers erlauben es, dass jedes Rack zur Aufnahme von Servern 42 HE realisiert werden kann.
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Vorteilhaft ist den Racks zur Aufnahme von Servern ein Netzwerkrack oder auch ein kombiniertes Server/Netzwerkrack zugeordnet, das in den IT-Bereich integriert und in die Kühlung einbezogen ist.
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Weiter vorteilhaft sind alle Racks zur Aufnahme von Servern in einer Reihe nebeneinander angeordnet, wobei das Netzwerkrack die Reihe abschließt. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Server/Netzwerkrack im Wesentlichen mittig in eine Reihe der Racks zur Aufnahme von Servern integriert ist. Dies kann die Verkabelung vereinfachen, da kürzere Zuleitungen verwendet werden können. „Im Wesentlichen mittig” bedeutet dabei, dass bei einer Reihe aus sechs Racks das Server/Netzwerkrack zwischen dem dritten und denn vierten Rack vorgesehen ist, bei einer Reihe aus sieben Racks sind zwei „im Wesentlichen mittige” Positionen denkbar, nämlich zwischen dem dritten und vierten Rack einerseits und zwischen dem vierten und fünften Rack andererseits. Für größere Anzahlen von Racks innerhalb des klimatisierbaren Moduls der vorliegenden Erfindung gelten dann entsprechende Überlegungen.
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Aus Gründen der Energieeffizienz ist es vorteilhaft, die Anzahl der Klimamodule so zu wählen, dass lediglich die Bedarfe der Server in den Racks bzw. im Netzwerkrack erfüllt sind.
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Beispielsweise können die Klimamodule so ausgelegt sein, dass ihre Kühlleistung insgesamt 30 kW beträgt. Die Klimamodule können auch so ausgelegt sein, dass ihre Kühlleistung insgesamt 60 kW beträgt. Bei der Ausgestaltung, nach der das klimatisierbare Modul mit den Abmaßen eines 20 ft-Containers verträglich sein soll, wäre eine Kühlleistung von 60 kW die maximale Ausbaustufe. Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass von einer Kühlleistung von 30 kW auf eine Kühlleistung von 60 kW aufgerüstet werden kann, indem entsprechend Klimamodule zusätzlich eingebaut und zugeschaltet werden.
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Nach einer Ausgestaltung ist jedem Rack zur Aufnahme von Servern ein Klimamodul zugeordnet. Es kann aber auch sein, dass mindestens ein Klimamodul mehreren der Racks zur Aufnahme von Servern zugeordnet ist, d. h. es gibt nicht notwendigerweise eine 1:1-Zuordnung der Klimamodule zu den Racks.
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Ein Klimamodul, das vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, weist einen Wärmetauscher und einen Lüfter auf, wobei der Wärmetauscher, vorzugsweise schräg gestellt, unterhalb eines oder mehrerer Racks im Doppelboden angeordnet ist. Dort ist der empfindliche Wärmetauscher gegen äußere Einflüsse gut geschützt. Ein derartiges Klimamodul ist in Einzelheiten in der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2012 107 473.9 beschrieben.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass Klimamodule vorhanden sind, welche einen Lüfter, aber keinen Wärmetauscher aufweisen. Dies kam bei der Variante vorteilhaft sein, dass die Klimamodule so ausgelegt sind, dass ihre Kühlleistung beim geringeren Wert von 30 kW liegt. Eine Aufrüstung ist jederzeit möglich.
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Zweckmäßigerweise ist der Lüfter eines Klimamoduls so angeordnet, dass er gekühlte Luft in den Kaltgang entlässt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in oder an der Reihe der Racks für die Aufnahme von Servern und des Netzwerkracks ein Leerrack vorgesehen ist, das beispeilsweise für ein Löschsystem vorbereitet ist und dem kein eigenes Klimamodul zugeordnet ist.
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Die Erfindung betreibt die praktisch vollständige Schottung von Kaltgang und Warmgang mit der Konsequenz, dass die in den Kühleinheiten im Doppelboden erzeugte Kaltluft ausschließlich für die Kühlung der in den Racks befindlichen Server verwendet wird. Um dies zu unterstützen ist, vorzugsweise mit der Kaltgangseite fluchtend, ein Abstand zwischen der Oberseite der Racks für die Aufnahme von Servern, des Netzwerkracks und ggf. des Leerracks und der Innendecke des klimatisierbaren Moduls strömungsdicht geschlossen.
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Eine solche Anordnung bietet weitere Vorteile, dem in dem Freiraum zwischen der Oberseite der Racks für die Aufnahme von Servern, des Netzwerkracks und ggf. des Leerracks und der Innendecke kann die Kabelführung für Netzwerk und Strom untergebracht sein, die dort leckgeschützt untergebracht ist, da flüssigkeitsführende Komponenten im Doppelboden angeordnet sind.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden nicht durch Server belegte Plätze innerhalb der Racks für die Aufnahme von Servern mit Lamellen oder Jalousien gegenüber dem Kaltgang und vorzugsweise mit der Kaltgangseite der Racks fluchtend verschlossen. Es wird also bei der Erfindung bewusst davon abgesehen, Bereiche des klimatisierbaren Moduls zu kühlen, in denen keine zu kühlenden Komponenten vorliegen.
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Nach einer Variante der Erfindung können die USV und Batterie für die Stromversorgung außerhalb des klimatisierbaren Moduls angeordnet sein, und zwar in einer Kältestation, wie sie genau in der
DE 10 2013 100 524.1 beschrieben ist. Die Anordnung für die Stromverteilung ist dabei innerhalb des Moduls vorgesehen.
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Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, die Komponenten der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) und die Batterie für die Stromversorgung sowie eine Anordnung für die Stromverteilung außerhalb des IT-Bereiches, aber innerhalb des Moduls in einem Technik-Bereich vorzusehen. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn der IT-Bereich und der Technik-Bereich klimatisch voneinander getrennt sind. Im Technik-Bereich, in dem sich die USV, die Batterie und die Stromverteilung in den jeweiligen Racks befinden, ist die empfindlichste Komponente die Batterie, die ihre garantierte Lebensdauer verliert, wenn die Umgebungstemperatur über etwa 20°C steigt. Der IT-Bereich muss hingegen auf einer Kaltgangseite auf einer Temperatur von etwa 25°C gehalten werden, um die optimale Funktionalität zu halten. Durch die klimatische Schottung der beiden Bereiche, die beispielsweise durch selbst schließende Schiebetüren und eine entsprechende Schottung im Doppelboden erfolgen kann, ergibt sich eine weitere Möglichkeit, das klimatisierbare Modul energieeffizient zu betreiben.
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Noch weiter vorteilhaft sind die USV und die Batterie jeweils in Racks untergebracht, die zum Warmgang durch einen Luftkanal abgeschottet sind. Nur die über diesen Luftkanal umgewälzte minimale Luftmenge muss dann wieder gekühlt werden, so dass im Technik-Bereich die Anordnung nur eines Klimamoduls im Doppelboden im Allgemeinen ausreichend sein wird.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines klimatisierbaren Moduls weist sechs Racks für die Aufnahme von Servern und ein Netzwerkrack im IT-Bereich auf. Der Technik-Bereich ist wie vorn beschrieben gestaltet.
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Andere Ausgestaltungen, die ebenfalls von der Erfindung umfasst sind, weisen beispielsweise acht oder neun Racks für die Aufnahme von Servern sowie ein Netzwerkrack und ein Leerrack auf, wobei der Technik-Bereich teilweise oder vollständig in einer Kältestation außerhalb des klimatisierbaren Moduls untergebracht ist.
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Alle diese Ausführungsformen haben gemeinsam, dass sie vorzertifiziert, zumindest aber teilzertifiziert werden können, so dass eine schnelle Komplettzertifizierung gemäß TSI und BSI vor Ort möglich ist. Ein aus den klimatisierbaren Modulen aufgebautes Rechenzentrum garantiert bei Einhaltung der Planungsparameter einen bestimmten PUE-Wert, der unter 1,2 liegt.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt:
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1 ein Klimamodul, das bei einem klimatisierbaren Modul gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden kann, in einer schematisierten Schnittansicht;
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2 die Luftführung beim klimatisierbaren Modul gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik;
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3 eine perspektivische, stark vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines klimatisierbaren Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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4 eine stark vereinfachte perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines klimatisierbaren Modul gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Klimamodul 20a, das bei einem klimatisierbaren Modul gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden kann. Das Klimamodul 20a, bestehend aus einem Lüfter 22a, einem Wärmetauscher 24a und einer zugehörigen, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Steuerung 26a ist im Doppelboden 30 eines klimatisierbaren Moduls untergebracht. Auf dem Doppelboden 30 ist eine Anzahl von Racks 10a aufgebaut, wobei das beispielhafte Rack 10a wiederum nur schematisch dargestellt ist. Der Wärmetauscher 24a, schräg liegend angeordnet, um bei minimalem Raumbedarf eine maximale Wärmetauscherfläche zur Verfügung zu stellen, ist stoßgeschützt direkt unter dem Rack 10a angeordnet. Durch die aneinander gereihten Racks 10a wird ein Kaltgang 40 von einem Warmgang 50 getrennt. Mittels des Klimamoduls 20a wird hauptsächlich durch Server, welche sich in dem Rack 10a befinden, erzeugte Warmluft aus dem Warmgang 50 abtransportiert und mit Hilfe des Wärmetauschers 24a gekühlt. Die gekühlte Luft aus dem Wärmetauscher 24a wird durch den Lüfter 22a in den Kaltgang 40 geblasen und steht dann den Servern im Rack 10a wieder zur Verfügung.
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Obwohl die gezeigte Ausführungsform vorsieht, einem Rack 10a eindeutig ein Klimamodul 20a zuzuordnen, kann es vorgesehen sein, dass ein derartiges Klimamodul 20a mehreren Racks 10a mit darin befindlichen Servern zur Verfügung steht. Auch kann es vorgesehen sein, dass ein Klimamodul 20a lediglich einen Lüfter 22a umfasst und auf einen Wärmetauscher 24a verzichtet oder auf Wärmetauscher anderer Klimamodule zurückgreift.
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Mit derartigen Klimamodulen, die im Doppelboden 30 des klimatisierbaren Moduls untergebracht sind und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, als eigenständige Einheiten neben den Racks 10a aufgebaut sind, beispielsweise als CRAC/UKS-System, ist eine besondere Art der Luftführung möglich, die positiv zum PUE-Wert des klimatisierbaren Moduls beiträgt, wie es im Zusammenhang mit der 2a veranschaulicht werden soll. Dort ist, dargestellt durch die massiven Pfeile, ein Luftstrom veranschaulicht, der durch ein mit Servern bestücktes Rack 10a geführt wird, und zwar gezielt nur durch diejenigen Bereiche, die tatsächlich mit Wärme erzeugenden Geräten belegt sind. So kann es vorgesehen sein, dass die oberen Bereiche des Racks 10a im zum Kaltgang 40 weisenden Abschnitt mit Lamellen verschlossen sind, so dass die gesamte, vom Lüfter 22a (1) zur Verfügung gestellte Luft tatsächlich zur Kühlung der Server bereitsteht. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass servereigene Lüfter zur Luftumwälzung beitragen. Die erwärmte Luft tritt dann in den Warmgang 58 aus und wird zur Kühlung in das Klimamodul 20a zurückgeführt.
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Im Gegensatz dazu, wie durch 2b symbolisiert, wird bei Verwendung eines herkömmlichen CRAC/UKS-Systems die Luft global um die Anordnung der Racks 10a herum geleitet, was bedeutet, dass größere Luftmengen umgewälzt werden müssen. Dies bedeutet unter anderem mehr erforderliche Lüfterleistung, die sich negativ auf den PUE-Wert niederschlägt.
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3 zeigt eine perspektivische, stark vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführungsform eines klimatisierbaren Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung. Auf einem Doppelboden 30 aufgebaut sind nebeneinander acht Racks 10a, 10b, ... 10h angeordnet, wobei sich an diese Anreihung ein Netzwerkrack anschließt. Die Reihe wird durch zwei Leerracks 14a, 14b komplettiert, die beispielsweise zur Aufnahme von Sicherheitstechnologie dienen können. Insbesondere kann das Rack 14a als Stromverteilerschrank genutzt werden. Im Doppelboden 30 sind Klimamodule untergebracht, wobei von diesen (vgl. 1) nur die Lüfter 22a erkennbar sind. Die Anordnung aus Racks 10a, 10b, ... 10h, 12, 14a, 14b ist klimatechnisch durch Schiebetüren, schematisch mit 60 veranschaulicht, und Trennwände, schematisch mit 62 veranschaulicht, abgeschottet. Eine Stromversorgung befindet sich außerhalb des klimatisierbaren Moduls in einer separaten Station.
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4 zeigt eine stark vereinfachte perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsformen eines klimatisierbaren Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung. Das klimatisierbare Modul ist hier in einen IT-Bereich 100 und einen Technik-Bereich 200 aufgeteilt, wobei die Bereiche 100, 200 klimatechnisch voneinander abgeschottet sind, im dargestellten Beispiel mit Hilfe zweier Schiebetüren 60, die selbstschließend ausgelegt sind, und einer Trennwand 62. Die Schottung setzt sich in den Doppelboden 30 fort. Durch diese Schottung ist es möglich, den IT-Bereich 100 auf einer anderen Temperatur zu halten als den Technik-Bereich 200. Dies kann vorteilhaft sein, da die Hardware des IT-Bereichs 100, die in den Racks 10a, 10b, ... 10f bzw. im Netzwerkrack 12 untergebracht ist, für Umgebungstemperaturen in der Größenordnung von 25°C ausgelegt ist, während insbesondere die Stromversorgung, die durch die USV und eine Batterie sichergestellt wird, lediglich Temperaturen von 20°C erlaubt, da anderenfalls die Lebensdauer der Batterie nicht mehr gewährleistet ist. Die Schottung von IT-Bereich 100 und Technik-Bereich 200 bedeutet auch, dass Wartungspersonal, das im Technik-Bereich 200 tätig werden muss, nicht notwendigerweise Zugang zum IT-Bereich hat.
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Im Technik-Bereich 200 ist für die USV 70 und die Batterie 72 vorgesehen, dass deren warme Abluft durch einen speziellen Kanal 74 geleitet wird, der sich auf der Warmgangseite 50 befindet, gegenüber dem Warmgang aber abgeschlossen ist. Damit wird gewährleistet, dass nur ein minimal nötiges Warmluftvolumen zu kühlen ist, was durch ein einziges Klimamodul 20 im Technik-Bereich 200 gewährleistet werden kann. Das Klimamodul 20 kann dabei unterhalb der USV 70 oder unterhalb der Batterie 72 angeordnet sein, wobei bei der dargestellten Ausführungsform das Klimamodul 20 etwa mittig unter beiden Komponenten zu finden ist. Da im Technik-Bereich eine erhebliche Wärmeerzeugung nicht zu erwarten ist, ist die Verwendung eines einzigen Klimamoduls 20 ausreichend. Der Technik-Bereich 200 ist durch Leerracks 76, 78 komplettiert, wobei insbesondere das Rack 76 zur Aufnahme der Stromverteilung gedacht ist.
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Sowohl für die Ausführungsform nach 3 als auch für die Ausführungsform nach 4 gilt, dass der vorhandene Abstand zwischen der Oberseite der Racks 10a, 10b, ... 12, 14a, 14b beziehungsweise auch der Racks des Technik-Bereichs 200 (4) durch eine Blende 80, 82 zur Innendecke (nicht dargestellt) des klimatisierbaren Moduls geschlossen ist, vorzugsweise zum Kaltgang 40 fluchtend. In dem dadurch gebildeten teilgeschlossenen Raum auf den Racks kann die Kabelführung untergebracht werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/038348 A1 [0002]
- DE 102012107473 [0016]
- DE 102013100524 [0023]
