Schalldämmung von Rechenzentren im Zeitalter der Flüssigkeitskühlung

Die Kühlung von Rechenzentren ist mit zunehmender Größe und Leistung zu einer der größten technischen Herausforderungen geworden. Jedes Rack, jeder Server und jedes Speichersystem erzeugt Wärme, und mit steigendem Energieverbrauch stoßen herkömmliche Luftkühlungssysteme an ihre Grenzen. Dieser Wandel hat zu einer bedeutenden technologischen Entwicklung geführt: der Flüssigkeitskühlung.

Im Vergleich zu luftbasierten Systemen überträgt die Flüssigkeitskühlung die Wärme direkt durch Flüssigkeitskanäle oder Tauchtanks. Dies bietet eine höhere thermische Effizienz und geringere Energiekosten. Diese Innovation löst zwar ein Problem, führt aber ein anderes ein: eine neue akustische Umgebung . Pumpen, Flüssigkeitsströmungs- und Kühlmittelverteilungseinheiten ersetzen das Surren von Lüftern durch Brummen, ständige Vibrationen und Druckgeräusche, die sich anders verhalten und neue Schallschutzstrategien erfordern .

Dieser Wandel bedeutet für Betreiber und Planer, die Schalldämmung von Grund auf neu zu überdenken. Bei der Schalldämmung eines flüssigkeitsgekühlten Rechenzentrums steht die Wahrung des Gleichgewichts im Vordergrund. Thermische Effizienz, Zugänglichkeit und Vibrationsmanagement müssen zusammenwirken, um Anlagen zu schaffen, die im Alltag leise und zuverlässig arbeiten.

 

Was ist Flüssigkeitskühlung und wie verändert sie das akustische Profil?

 

Die Flüssigkeitskühlung ersetzt in modernen Rechenzentren zunehmend die herkömmliche Luftkühlung. Sie führt Wärme effizienter ab, indem Kühlmittel durch Rohre, Verteilereinheiten oder Tauchbecken fließen und die Wärme direkt von den elektronischen Komponenten ableiten. Dieser Ansatz ermöglicht es den Einrichtungen, höhere Rechenlasten zu bewältigen und gleichzeitig weniger Energie zu verbrauchen.

Andererseits verändert die Flüssigkeitskühlung aus akustischer Sicht alles. Anstelle von großen Lüftern und Luftbehandlungsanlagen, die Luft- und Strömungsgeräusche erzeugen, sind Pumpen, Ventile und Kühlmittelbewegungen die Hauptschallquellen. Die akustische Energie verlagert sich von hochfrequenten Luftgeräuschen zu niederfrequenten mechanischen Vibrationen. Dies ist eine komplexere Herausforderung.

 

 

Verschiedene Flüssigkeitskühlungsmethoden erzeugen unterschiedliche akustische Muster:

• Durch die Direktkühlung auf dem Chip werden die Luftstromgeräusche verringert, es kommt jedoch durch die angeschlossenen Rohrleitungen zu Brummen und Vibrationen des Pumpenmotors.
• Kühlmittelverteilungseinheiten (CDUs) erzeugen durch Flüssigkeitsbewegung und Druckregulierung ein konstantes Hintergrundgeräusch.
• Tauchkühltanks eliminieren Lüftergeräusche fast vollständig, können jedoch Strömungsturbulenzen und Resonanzen in den Flüssigkeitsleitungen verursachen.

Herkömmliche Akustikstrategien wie Schalldämmplatten oder Lüftungsblenden allein reichen nicht mehr aus. Eine wirksame Schalldämmung für flüssigkeitsgekühlte Systeme muss diese neuen Übertragungswege mit einer Kombination aus Schwingungsisolierung, Schalldämmung und Dämpfungselementen berücksichtigen .

Akustische Vorteile der Flüssigkeitskühlung

Die Flüssigkeitskühlung bringt neue Arten von Geräuschen und Vibrationen mit sich, bietet aber auch einige klare akustische Vorteile. Die Gesamtschallenergie in einem flüssigkeitsgekühlten Rechenzentrum kann geringer sein, wenn das System richtig konzipiert und gewartet wird.

Einer der Hauptvorteile ist die Reduzierung des Lüftergeräuschs. Große Lüftungsgeräte und Serverlüfter werden nicht mehr in der gleichen Anzahl benötigt, wodurch ein Großteil der für luftgekühlte Umgebungen typischen breiten und hochfrequenten Geräusche vermieden wird.

Darüber hinaus werden Lärmquellen stärker lokalisiert. Das bedeutet, dass der Hauptlärm nicht mehr von Hunderten von Ventilatoren in mehreren Räumen, sondern von Pumpen oder Kühlmitteln ausgeht, die in mechanischen Bereichen isoliert werden können. Dies erleichtert die Entwicklung gezielter Schallschutzlösungen wie Gehäuse, Schwingungsdämpfer oder Schallschutzwände.

Flüssigkeitskühlung verringert zudem die Luftturbulenzen in einer Anlage, was zu einem ruhigeren Hintergrundgeräuschpegel führt. Durch weniger Lüftungsgitter, Dämpfer und Diffusoren werden die in großen Hallen häufig auftretenden akustischen Reflexionen minimiert. Dies schafft eine stabilere und vorhersehbarere Klangumgebung. Dies ist ein sehr wichtiger Faktor für Anlagen, die rund um die Uhr in Betrieb sind.

 

Neue Herausforderungen im Bereich Lärm und Vibrationen

 

Der Wechsel von Luft- zu Flüssigkeitskühlung verändert, wo und wie Lärm in einem Rechenzentrum entsteht. Anstelle von Luftströmungen und Lüftergeräuschen treten mechanische und hydraulische Geräusche auf, die zwar eine niedrigere Frequenz aufweisen, aber oft hartnäckiger sind und sich schwerer isolieren lassen.

Pumpen- und Motorgeräusche

Pumpen sind das Herzstück jedes Flüssigkeitskühlsystems. Ihre Motoren erzeugen ein konstantes Summen, das sich leicht durch Böden, Wände und Rohrleitungen ausbreiten kann.

Strömungsturbulenzen und Rohrvibrationen

Wenn Kühlmittel durch Bögen, Ventile und Armaturen fließt, entstehen Turbulenzen. Diese kleinen Druckänderungen erzeugen pulsierende Geräusche und können Rohre zum Vibrieren bringen, insbesondere bei hohen Durchflussraten. Lange, gerade Rohrabschnitte können zudem wie Orgelröhren schwingen und so den Klang verstärken, anstatt ihn zu dämpfen.

Resonanz in Kühlmittelverteilereinheiten (CDUs)

CDUs gleichen Kühlmitteldruck und -temperatur aus. Ihre internen Pumpen, Sensoren und Ventile können jedoch tonale Geräusche erzeugen, die sich in bestimmten Frequenzen wiederholen. Mit der Zeit können diese Resonanzen benachbarte Strukturen belasten oder die Gerätekalibrierung in sensiblen Bereichen beeinträchtigen.

Struktur- und Wartungslärm

Dicht montierte Kühlgeräte übertragen Vibrationen auf die umgebende Struktur, während routinemäßige Wartungsarbeiten wie das Spülen von Leitungen oder Druckprüfungen den Geräuschpegel vorübergehend erhöhen können.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass sich Flüssigkeitskühlungsgeräusche eher wie Vibrationsenergie als wie Luftschall verhalten. Daher ist es mit herkömmlichen Akustikmaterialien schwieriger, sie zu absorbieren. Stattdessen sind gezielte Lösungen wie Schwingungsdämpfer, isolierte Plattformen, flexible Rohrverbinder und Akustikgehäuse erforderlich, die mechanische Resonanzen eindämmen und dämpfen.

 

Designstrategien für eine effektive Schalldämmung

 

Die Schalldämmung flüssigkeitsgekühlter Rechenzentren erfordert ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Schalldämmung, Schwingungsdämpfung und thermischer Effizienz. Jede Komponente des Kühlsystems muss akustisch optimiert werden, ohne die Kühlleistung oder den Wartungszugang zu beeinträchtigen.

Isolierpumpen- und Kühleinheiten

Pumpen gehören zu den Hauptquellen von Vibrationen. Werden sie direkt auf Betonböden montiert, kann sich der Lärm durch die Struktur ausbreiten. Am effektivsten ist die Installation auf schwingungsdämpfenden Halterungen und schwimmenden Plattformen, die den Kontakt minimieren und die Vibrationsübertragung verhindern.

Die federbasierten Isolationssysteme von DECIBEL sind für diesen Zweck konzipiert und unterstützen schwere Maschinen bei gleichzeitig stabiler Leistung. Sie verhindern die Ausbreitung niederfrequenter Vibrationen im Gebäude und schützen so sowohl die Ausrüstung als auch das Personal.

 

 

Schallschutzwände und -barrieren

Die Einhausung lauter Geräte hilft, mechanische Geräusche an der Quelle einzudämmen. DECIBEL fertigt maßgeschneiderte Schallschutzgehäuse, die den Lärm von Pumpen, Kühlern und Kühlmitteln reduzieren. Diese Gehäuse bestehen aus hochdichten Stahlplatten, die mit schallabsorbierendem Material ausgekleidet sind, um Luftschall zu blockieren und gleichzeitig einen sicheren Wartungszugang zu ermöglichen.

Bei Öffnungen, die zugänglich bleiben müssen, ist am Eingang ein Schalldämpfersystem auf Stahlbasis integriert. Diese Konstruktion sorgt für maximale Geräuschreduzierung, ohne den Zugang oder die Belüftung einzuschränken.

Umgang mit Lüftungs- und Luftstromgeräuschen

Auch bei Flüssigkeitskühlung ist die Luftbehandlung für die Raumklimatisierung und die Gerätesicherheit unerlässlich. Zur Kontrolle von Lüftungsgeräuschen können akustische Lamellen und Schalldämpfer an Luftein- und -auslässen installiert werden. Die Lamellen der AL®-Serie und die LW REG-Dämpfer von DECIBEL reduzieren Luftbewegungsgeräusche, ohne die Luftstromkapazität zu beeinträchtigen. Sie bestehen aus verzinktem oder pulverbeschichtetem Stahl und bieten hohe Witterungsbeständigkeit und lange Lebensdauer.

Wand- und Türsysteme

Pumpen- und Technikräume teilen sich oft Wände mit Überwachungs- oder Personalbereichen. Diese Flächen sollten mit schalldichten Plattensystemen wie den perforierten PZP™-Platten versehen werden , die Luftschall absorbieren und blockieren. Für Eingangsbereiche sorgen Schallschutztüren mit Doppeldichtungsprofilen und isolierten Kernen für gleichbleibende Leistung. Die Kombination aus abgedichteten Türen und massereichen Platten sorgt für eine durchgehende Schalldämmung im gesamten Raum.

 

Überlegungen zur Nachrüstung vs. zum Neubau

 

Bei der Planung der Schalldämmung für flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren ist der Ansatz unterschiedlich, je nachdem, ob es sich um eine neue Anlage handelt oder um die Umrüstung von einem luftgekühlten System. Jedes Szenario stellt einzigartige Herausforderungen hinsichtlich Platzbedarf, Zugang und Systemintegration dar.

Nachrüstung bestehender Anlagen

Die Umrüstung älterer, luftgekühlter Rechenzentren auf Flüssigkeitskühlung ist komplex. Diese Gebäude wurden nicht für schwere mechanische Pumpensysteme oder Schwingungsisolationszonen konzipiert. Der Platz für Schallschutzgehäuse oder Schwingungsdämpfer kann begrenzt sein, und bestehende Strukturen können bereits Schall durch Böden, Wände und Rohrleitungen übertragen.

In diesen Fällen konzentrieren sich Lärmschutzstrategien auf Eindämmung und Anpassung:

• Installieren Sie modulare Schallschutzwände oder Teilgehäuse um laute Geräte herum.
• Hinzufügen flexibler Rohrverbinder und Isolationshalterungen, um die Übertragung von Vibrationen durch vorhandene Strukturen zu verhindern.
• Verwenden Sie Akustikplatten und Türen, um Maschinenbereiche von belegten Räumen zu trennen.
• Anbringen von akustischen Lamellen oder Dämpfern an Lüftungsöffnungen zur Reduzierung von Luftströmungsgeräuschen.

Mit diesen Lösungen können Anlagen die Einhaltung von Compliance-Standards erreichen, ohne den laufenden Betrieb zu unterbrechen. Die Nachrüstung kann schrittweise erfolgen, wobei zuerst die lautesten Bereiche berücksichtigt werden, während die Systeme weiterhin online bleiben.

Entwurf neuer flüssigkeitsgekühlter Anlagen

Neubauten bieten die Möglichkeit, die akustische Leistung von Anfang an zu berücksichtigen. Bei diesen Projekten arbeiten Akustikingenieure mit Maschinenbau- und Bauingenieurteams zusammen, um sicherzustellen, dass Schallschutz- und Kühlsysteme sich gegenseitig unterstützen.

Zu den wichtigsten Designschritten gehören:

• Zonierung: Platzierung von Pumpen- und Kühlmitteleinheiten außerhalb von besetzten Bereichen.
• Strukturelle Isolierung: Entwurf separater Fundamente oder schwimmender Böden für vibrationsintensive Geräte.
• Integriertes Luftstromdesign: Kombinieren Sie Schalldämpfer und Lamellen in Lüftungssystemen, um spätere Nachrüstungen zu vermeiden.
• Materialoptimierung: Auswahl von schalldämmenden Paneelen und Gehäusen, die keine Wärme speichern.

 

Balance zwischen akustischer Leistung und Kühleffizienz

 

Die Schalldämmung in flüssigkeitsgekühlten Rechenzentren darf die Kühlung nicht beeinträchtigen. Akustiksysteme sollten den Lärm regulieren, ohne den Luftstrom zu beeinträchtigen oder einen Wärmestau zu verursachen. Richtig konstruierte Gehäuse verwenden perforierte Stahlplatten, Akustiklamellen und Schalldämpfer, um die Belüftung zu ermöglichen und gleichzeitig den Lärm zu reduzieren.

 

Compliance und Standards

 

Lärmschutz in Rechenzentren ist eine gesetzliche und sicherheitstechnische Anforderung.

• Die EU-Richtlinie 2003/10/EG legt einen Grenzwert von 87 dB(A) für die Exposition von Arbeitnehmern fest.
• In den britischen Lärmschutzbestimmungen für den Arbeitsplatz (2005) sind 80 dB(A) und 85 dB(A) als Auslösewerte definiert.
• In den USA begrenzt OSHA 29 CFR 1910.95 die Belastung auf 90 dB(A) über acht Stunden.
• Umgebungslärm wird auch durch BS 8233:2014 geregelt , das akzeptable Lärmgrenzwerte in und um Gebäude definiert.

Die Akustiksysteme von DECIBEL gewährleisten die Einhaltung der Vorschriften bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Kühleffizienz.

 

Überwachung, Wartung und zukünftige Trends

 

Lärmschutzsysteme müssen regelmäßig überprüft werden, um ihre Wirksamkeit zu gewährleisten. Schwingungsdämpfer, Schalldämpfer und Dichtungen sollten auf Verschleiß oder Lockerung überprüft werden, da diese den Schall durch die Struktur übertragen könnten. Auch kleine Veränderungen des Kühlmitteldrucks können den Geräuschpegel erhöhen.

Durch die Installation von Vibrationssensoren und regelmäßige akustische Tests lassen sich Veränderungen frühzeitig erkennen. Kontinuierliche Wartung gewährleistet die Konformität und verlängert die Lebensdauer der Geräte. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass Rechenzentren langfristig leise, sicher und zuverlässig bleiben.

 

 

Da Rechenzentren ständig weiterentwickelt werden, um den steigenden Bedarf an Rechenleistung zu decken, ist die Flüssigkeitskühlung für die Aufrechterhaltung von Effizienz und Zuverlässigkeit unverzichtbar geworden. Doch jeder technische Fortschritt bringt auch neue akustische Herausforderungen mit sich. Pumpen, Ventile und Kühlsysteme verursachen niederfrequente Vibrationen und Körperschall, die einer speziellen Behandlung bedürfen.

Durch eine Kombination aus Schwingungsisolierung, Akustikgehäusen, Schalldämpfern und präzisionsgefertigten Paneelen bietet DECIBEL Komplettlösungen für diese neue Generation von Anlagen.

Von der frühen Entwurfsphase bis zur Langzeitüberwachung unterstützt DECIBEL Ingenieure, Architekten und Rechenzentrumsbetreiber mit maßgeschneiderten Lösungen, die auf bewährtem Fachwissen basieren.

Wenden Sie sich an DECIBEL, um Ihr flüssigkeitsgekühltes Rechenzentrum mit Akustiksystemen zu entwerfen oder nachzurüsten, die Sicherheit, Effizienz und Ruhe in perfekter Balance bieten.