IT-Infrastruktur: Wie ist ein Rechenzentrum aufgebaut?

Energieversorgung

„Der Strom kommt aus der Steckdose“ – diese Aussage trifft zu. Aber wie kommt er dort hin und was passiert, wenn das Stromnetz ausfällt? Ein Rechenzentrum ist von der Stromversorgung abhängig, genauso wie wir Menschen Luft zum Atmen brauchen. Aufgrund der benötigten Energiemenge sind Rechenzentren in der Regel direkt an Hochspannungsnetze angeschlossen. Die Komponente Transformator mit zugehöriger Schaltanlage sind in nahezu jedem Rechenzentrum zu finden und stellen den Anschluss an das öffentliche Stromnetz sicher.

Das öffentliche Stromnetz kann Ausfallen. Jeder hat dies schon einmal erlebt und die damit eingehende Abhängigkeit des öffentlichen Netzes zu spüren bekommen. Fällt das öffentliche Netz aus, muss das Rechenzentrum die benötige Energie eigenständig zur Verfügung stellen, die es zum sicheren Betrieb benötigt. Ein zentrales Element ist hier die Netzersatzanlage. Die Notstromversorgung, übernimmt die Aufgabe des öffentlichen Netzes, wenn dieses nicht zur Verfügung steht. Aufgrund der hohen Leistungsanforderungen kommen hier in der Regel große Dieselmotoren mit Generatoren zum Einsatz. Diese starten selbstständig, wenn das öffentliche Stromnetz ausfällt.

Insbesondere die Server benötigen eine stabile Energieversorgung. Die Notstromaggregate haben eine Startzeit von ca. 15-20 Sekunden. Diese Zeit muss überbrückt werden. Für eine kontinuierliche Stromversorgung sind Systeme wie unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) zuständig. USV-Anlagen bestehen aus Batteriesystemen, welche bei einem Netzausfall sofort die angeschlossenen Verbraucher mit Energie versorgen.

Ein weiteres zentrales Element in der Energieversorgung ist die Energieverteilung. Die benötigte Energie muss von den Transformatoren und Notstromaggregaten bis zu den Serverflächen geführt und dort verteilt werden. Energieverteilungen können Niederspannungsschaltanlagen (NSHV), Unterverteilungen (UV) oder Stromschienensysteme sein.

Kältetechnik

Ein Rechenzentrum wandelt die zugeführte elektrische Energie 1:1 in Wärmeenergie um. Um die Wärme abzuführen sind intelligente Klimakonzepte notwendig. Zentrale Elemente konventioneller Klimakonzepte sind Kältemaschinen und zugehörige Kälteverteilungen.
Grundsätzlich lassen sich die Kältekonzepte gliedern in:

kältemittelbasierte Kühlung (DX)

Die vom Server abgegebene erwärmte Luft wird über Klimageräte gekühlt, die sich auf der IT-Fläche befinden. Die Kälte wird hierbei über einen geschlossenen Kältemittelkreislauf mit Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil erzeugt.

Tauchkühlung (Immersionskühlung)

Eine sehr fortschrittliche Kühltechnologie stellt die Tauchkühlung dar. Die IT-Hardware wird in einer dielektrischen Flüssigkeit eingelassen, welche die Wärme direkt abführt.

Freie Kühlung

Anstatt einer mechanischen Kälteerzeugung, wie einer kältemittelbasierten Kühlung, nutzt die freie Kühlung natürliche Elemente wie Außenluft oder Kaltwasser, um das Rechenzentrum zu kühlen. Diese Art der Klimatisierung stellt einen sehr effizienten Ansatz in der Rechenzentrumsklimatisierung dar.

Adiabatische Kühlung

Die adiabatische Kühlung verwendet Verdunstungskühlung zur Klimatisierung des Rechenzentrums. Das Prinzip der adiabatischen Kühlung basiert auf thermodynamischen Gesetzen, bei dem die durch Verdunstung freigesetzte Kälteenergie effektiv genutzt wird. In der Praxis wird diese Technologie sehr oft mit weiteren Technologien kombiniert.

Kaltgangeinhausung / Warmgangeinhausung

Durch den Einsatz von Einhausungen wird die Kaltluft strikt von der warmen Abluft der IT-Komponenten getrennt. Die IT-Racks bilden hier „Gänge“ und sind so angeordnet, dass die Kaltluft direkt dem Server zugeführt wird, ohne sich mit der warmen Abluft zu vermischen. So entsteht eine thermische Trennung und die Effizienz des Rechenzentrums wird maßgeblich verbessert.

IT-Technik

Die IT-Technik, bildet mit Ihren Server- und Speichersystemen das Herzstück eines Rechenzentrums. Alle hier beschriebenen Maßnahmen und Komponenten, dienen dem Zweck, die IT-Technik sicher und unterbrechungsfrei zu betreiben.

Die Server sind in speziellen IT-Racks / Schränken verbaut. Diese sind darauf ausgelegt, standardisiertes IT-Equipment in 19“ Technik aufzunehmen. Die Stromversorgung des IT-Equipments erfolgt über Rack PDUs (Power Distribution Unit). Hierbei handelt es sich um professionelle, intelligente und mit umfangreicher Mess- und Kommunikationstechnik ausgerüstete Steckdosenleisten.

Gebäudekonstruktion

Die Technik bestimmt das Gebäude. Bei einem Rechenzentrum handelt es sich um Technikgebäude. So gehören Brandschutzwände und Türen zu jedem Rechenzentrum dazu. Des Weiteren verfügen die meisten Rechenzentren über Doppelbodensystemen. Über diese zusätzliche Ebene kann die für die Kühlung benötigte kalte Luft dem Server zugeführt werden.

Sicherheitstechnik

Rechenzentren verfügen über eine Vielzahl von ineinander verzahnten Sicherheitssystemen. So sorgen Brandmeldeanlagen mit Brandfrühesterkennung für eine schnelle Detektion von Bränden und ermöglichen somit ein rechtzeitiges Eingreifen, bevor größerer Schaden entsteht. Brandlöschanlagen verhindern ein Entstehen oder Ausbreiten von Bränden. Einbruchmeldeanlagen und elektronische Zutrittskontrollen sorgen in Rechenzentren dafür, dass die oft sensiblen Daten bestens geschützt werden.

Die hier aufgeführten Bauteile und Komponenten stellen nur die Spitze des Eisberges dar. Es bedarf einer professionellen Planung alle Anforderungen und Eigenschaften aufeinander abzustimmen.