Die Nutzung von Abwärme gilt bei der Kühlung von Rechenzentren als Schlüssel für mehr Energieeffizienz und Klimaschutz. Ein Fachbeitrag erläutert gesetzliche Anforderungen, die gebräuchlichsten Kühltechnologien und ein Anwendungsbeispiel zur Einspeisung von Rechenzentrumsabwärme in ein Fernwärmenetz.
Rechenzentren sind das Rückgrat der digitalen Infrastruktur, stehen aber aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs und der anfallenden Abwärme vor großen Herausforderungen. Aktuelle gesetzliche Vorgaben, wie das Energieeffizienzgesetz (EnEfG), das Klimaschutzgesetz (KSG) und das Wärmeplanungsgesetz (WPG), verschärfen die Anforderungen. Zudem gelten strenge PUE-Werte (Power Usage Effectiveness) und eine verpflichtende Abwärmenutzung. Um diese Anforderungen zu erreichen, setzen Betreiber vor allem auf fünf Kühltechnologien:
- Klassische Luftkühlung: Bei dieser in Rechenzentren am weitesten verbreitete Methode wird die von Servern erzeugte Wärme über ein Lüftungssystem an die Umgebungsluft abgeführt: Das stößt jedoch bei hoher Serverdichte an Grenzen.
- Wasserkühlung: Direkte Wasserkühlsysteme kommen vor allem bei Hochleistungsrechnern und in anderen besonders leistungsintensiven Rechenzentren zum Einsatz. Von Nachteil ist jedoch die Nähe des Wassers zu empfindlichen elektronischen Komponenten, was ein gewisses Risiko birgt.
- Wärmepumpen: Sie nehmen Abwärme aus dem Rechenzentrum als Wärmequelle auf, heben deren Temperaturniveau und leiten die so erzeugte Wärmeenergie über Wärmeübertrager an Heizsysteme oder Warmwasserbereitungen weiter.
- Freie Kühlung mit Außenluft: Diese Methode nutzt Wärmeübertrager, um kühle Außenluft zur Kühlung des Rechenzentrums zu verwenden und ist vor allem bei Außentemperaturen unter 18 bis 20 °C effizient. Freie Kühlung mit Außenluft ist zumeist in Luftkühlungssysteme integriert.
- Spezialisierte Klimageräte: CRAC-Geräte (Computer Room Air Conditioner) arbeiten mit Direktverdampfung über einen integrierten Kältekreislauf, CRAH-Geräte (Computer Room Air Handler) geben die Wärme über einen Kaltwasser-Wärmeübertrager an ein zentrales Kältesystem ab. Diese spezialisierten Klimageräte sorgen für eine besonders präzise Luftbehandlung im Rechenzentrum.
Darüber hinaus sind integrierte Managementsysteme entscheidend: Diese überwachen Anlagendaten in Echtzeit, optimieren den Energieverbrauch und erhöhen die Betriebssicherheit. Skalierbare Lösungen ermöglichen ferner, auch künftige Anforderungen an die Kühlung von Rechenzentren flexibel zu erfüllen.
Eine ausführliche Beschreibung der gesetzlichen Anforderungen und der fünf genannten Kühltechnologien liefert der Fachbeitrag „Server mögen es kühl: Technologien zur Rechenzentrumskühlung“ von Frank Krause, Sales Manager Data Center bei der Carrier Klimatechnik GmbH, unter cci319908.
Ergänzt wird der Fachbeitrag um ein Anwendungsbeispiel der Rechenzentrumskühlung bei den Stadtwerken Norderstedt. Durch den Einsatz von zwei Hochtemperatur-Wasser/Wasser-Wärmepumpen wird dort verfügbare thermische Energie aus der Rechenzentrumsabwärme auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und in ein Fernwärmenetz für 350 Haushalte eingespeist.
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