Kühlung

Bedingt durch die Leistungssteigerung von Zentraleinheiten (CPU) und die höhere Packungsdichte von Chips erzeugen CPUs, Motherboards sowie leistungsfähige Grafikkarten und Speicher steigende Verlustleistungen. Da die Kompaktheit von Systemkomponenten rapide angestiegen ist, stellt sich in zunehmendem Maße das Problem der Wärmeableitung an Prozessoren in Personal Computern (PC), vor allem in Racks und somit in Rechenzentren.


Generell kann die Kühlung aktiv oder passiv erfolgen, wobei sich die verschiedenen Kühlmethoden nach ihrer Effizienz klassifizieren lassen. So basiert die passive Kühlung auf Konvektion und Konduktion, die aktive arbeitet mit Lüftern und Luft-Wasserkühlung.

Da die passive Kühlung an Prozessoren, elektronischen Baugruppen und in Racks durch Kühlkörper, Wärmeverteilbleche, Kühlkassetten und Luftzirkulation ab einer bestimmten Verlustleistung zur Wärmeabfuhr nicht mehr ausreicht, muss in diesen Fällen mit aktiver Kühlung gearbeitet werden. Dabei sorgen Kühlkörper mit Wärmeleitpaste, Wärmeleitpads, Heat Spreader, Heatpipes, Lüfter oder Peltierelemente für die Wärmeabfuhr.

Kühlung von Gestellen

Axial-Lüfter, 
   Foto: Lieske-Elektronik

Axial-Lüfter, Foto: Lieske-Elektronik

In Gestellschränken sorgen bautechnischen Maßnahmen für eine schnelle Wärmeabfuhr. Diese kann über den Kamineffekt erfolgen oder mit Lüftern, die über entsprechende Luftzu- und -abfuhr für den Temperaturausgleich sorgen. Daneben gibt es die Möglichkeit Wärme mit Heatpipes ohne Lüftergeräusche abzuführen. Anders verhält es sich in Schränken, wo in einem voll mit Servern bestückten Rack die Wärmeabfuhr nicht mehr allein durch Luftkühlung erfolgen kann. Die Luftkühlung erreicht bei einem 2-m-Rack bei einer Verlustleistung von 6 kW ihre Grenzen. Für diese Fälle kann anstelle der Luftkühlung die Luft-Wasserkühlung eingesetzt werden. Bei diesen Systemen erfolgt die Verteilung der Kühlflüssigkeit im Rahmenprofil des Racks. Für Rechenzentren wird die Kühlung eine echte Herausforderung durch die Ermittlung des tatsächlichen Külbedarfs und der Implementierung einer bedarfsgerechten und erweiterbaren Kühllösung. In diesem Umfeld kommen Kombinationen unterschiedlicher Kühltechniken zum Einsatz.

Als Richtlinie für die Luftkühlung und das Thermal Management gibt es die IEC-Empfehlung 62194, in der Maßnahmen für die Wärmeabführung aus Schränken spezifiziert sind.

Mit der besseren Energieausnutzung und unter dem Aspekt von Green-IT gibt es mit Energy Harvesting einen Ansatz mit dem auch die Abwärme der Computersysteme mittels Thermoelektrik in elektrische Energie für die Kühlung gewandelt werden kann.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Kühlung
Englisch: cooling
Veröffentlicht: 19.08.2019
Wörter: 396
Tags: #PC-Komponenten
Links: active, Aspekt, Chip, CPU (central processing unit), Energy-Harvesting