Donnerstag ist Techniktag. Heute geht es um die Kühlung von Rechenzentren. Die Nutzung von Abwärme gilt dabei als Schlüssel für mehr Energieeffizienz und Klimaschutz. Ein Fachbeitrag erläutert gesetzliche Anforderungen, die gebräuchlichsten Kühltechnologien sowie ein Anwendungsbeispiel mit Wasser/Wasser-Wärmepumpen 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 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: Wärmepumpen 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/CRAH): 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.
Zusätzlich 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 aktuellen gesetzlichen Anforderungen sowie der fünf zuvor aufgezählten Kühltechnologien finden Sie in einem Fachbeitrag unter cci319908.
Der Fachbeitrag wird ergänzt 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 über Wärmepumpen auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und in ein Fernwärmenetz für 350 Haushalte eingespeist. Das spart laut Betreiber jährlich 3.800 t CO₂ ein.
cci321846
Jede Art der Vervielfältigung, Verbreitung, öffentlichen Zugänglichmachung oder Bearbeitung, auch auszugsweise, ist nur mit gesonderter Genehmigung der cci Dialog GmbH gestattet.
