Klimatisierung im Data Center: F-Gase vs. natürliche Kältemittel

Kühlung von Rechenzentren
Umstieg auf klimafreundlichere Kühlung im Rechenzentren braucht klare Regeln (Abb. © Production Perig/stock.adobe.com).

Die Gesetze sind hinsichtlich des Einsatzes von brennbaren natürlichen Kältemitteln restriktiv, komplex und teilweise nicht klar genug. Das führt zu Unsicherheit und hohen Kosten in der Umsetzung. Planer, Anlagenbauer und Rechenzentrumsbetreiber aber brauchen Rechtssicherheit, um den Umstieg auf klimafreundlichere Anlagen bewerkstelligen zu können.

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Verfasser des nachfolgenden Beitrags ist Thomas Rabensteiner, Planung Rechenzentrum bei der auf Planung, Bau und Wartung von Rechenzentren spezialisierte Prior1 GmbH in Sankt Augustin.

Klarere Gesetze und Normen würden den Umgang mit den Risiken erleichtern

Um den Umstieg auf natürliche Kältemittel in Klimaanlagen in Rechenzentren zu beschleunigen, wäre eine Überprüfung der gesetzlichen Vorgaben und Normen begrüßenswert. Die Gesetze sind hinsichtlich des Einsatzes von brennbaren natürlichen Kältemitteln restriktiv, komplex und teilweise nicht klar genug, was zu Unsicherheit und hohen Kosten in der Umsetzung führt. Planer, Anlagenbauer und Rechenzentrumsbetreiber aber brauchen Rechtssicherheit, um den Umstieg auf klimafreundlichere Anlagen bewerkstelligen zu können.

Rechenzentren müssen gekühlt werden. Denn die Server und IT-Anlagen, die in Rechenzentren betrieben werden, erzeugen Wärme. Gleichzeitig können diese Geräte nur unter bestimmten Temperatur- und Feuchtegrenzen am Einsatzort ausfallsicher laufen. Soll also eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit garantiert werden, kommt kein Rechenzentrum hierzulande ohne Klimatisierung mittels Kältetechnik auf Basis eines thermodynamischen Prozesses aus, welcher in der Regel mehr oder weniger klimaschädigendes Kältemittel benötigt. Die dafür eingesetzten Klimageräte erzeugen zwei Arten von CO2-Emmissionen:

  • indirekte, die durch den Stromverbrauch zum Betrieb der Kältemaschine hervorgerufen werden.
  • direkte, wenn das Kältemittel, das für die Kälteerzeugung benötigt wird, zum Beispiel durch Leckage oder durch Wartung unkontrolliert in die Umgebung entweicht.

In der Vergangenheit hatten die indirekten Emissionen stets das größere Gewicht, da zum Beispiel Strom aus Kohle eine hohe Umweltbelastung mit sich bringt. Hier hat sich in den letzten Jahren viel zum Guten geändert, da einerseits die Energieeffizienz der Anlagen verbessert wurde und andererseits immer mehr Strom aus regenerativen Quellen zur Verfügung steht. Das hat zur Folge, dass die direkten Emissionen zunehmend ins Blickfeld geraten.

F-Gase versus natürliche Kältemittel

Die Kältemittel, die in Klimageräten eingesetzt werden, sind in der Regel sogenannte fluorierte oder teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW), die oft ein hohes Treibhauspotenzial aufweisen. Diese fluorierten Gase (kurz F-Gase genannt) werden von großen Chemieunternehmen synthetisch unter hohem Energieaufwand hergestellt und auf dem Weltmarkt vertrieben. Gemessen wird das Treibhauspotential der Kältemittel mit der Kennzahl GWP (Global Warming Potential). GWP drückt die Erwärmungswirkung einer bestimmten Menge eines Treibhausgases über einen festgelegten Zeitraum aus und ermöglicht somit einen Vergleich mit der Erwärmungswirkung von CO2.
Zum Vergleich: Eine Kältemaschine mit 30 kW Kälteleistung benötigt in etwa eine Kältemittel-Füllmenge von 5 kg, beispielsweise eines gängigen HFKW-Kältemittels (R410A, GWP = 2.088 kg CO2-Äquivalent pro kg). Diese Füllmenge an Kältemittel hat ein äquivalentes Treibhauspotenzial ähnlich dem eines Fahrzeugs, das 80.000 km an Fahrtstrecke mittels fossilen Brennstoffes zurücklegt, also fast zweimal die Welt umrundet (angenommen 130 g CO2-Emission pro km Fahrtstrecke eines herkömmlichen PKWs). Eine Kältemaschine mit einer Füllmenge von 5 kg eines natürlichen Kältemittels, zum Beispiel Propan (R290), hat ein Treibhauspotenzial ähnlich dem eines Fahrzeugs, das etwa 110 km an Strecke zurücklegt.

Phase down FKW
Höchstmenge (%) für das Inverkehrbringen teilfluorierter Kohlenwasserstoffe (HFKW) für die Jahre 2015-2030 (Abb. © Umweltbundesamt).

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