Warmwasserkühlung spart viel Energie in Rechenzentren

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Rechenbeispiel zeigt Vorteile der Warmwasserkühlung auf

Im Beispiel liegt die Kälteleistung zur Rechnerkühlung mit Kaltwasserkühlung bei 1000 kW, weitere 250 kW werden für die Peripherie benötigt. Damit ergibt sich eine gesamte Kälteleistung von 1250 kW. Um diese Kälteleistung abzudecken, wurden zwei Kältemaschinen (n+1 Redundanz) mit jeweils 1250 kW gewählt. Die Dimensionierung der Rückkühler ergibt sich aus:

1.250 kW Gesamtkälteleistung

+ 208 kW elektrische Leistungsaufnahme

der Kältemaschine

= 1.458 kW Rückkühlleistung.

Im Beispiel wurden drei Rückkühler mit 730 kW (n+1 Redundanz) gewählt.

Die Warmwasserkühlung wird ausschließlich für die Kühlung der Server eingesetzt. Im vorliegenden Beispiel sind dies 1000 kW. Diese werden über Rückkühler oder eine Abwärmenutzung rückgekühlt. Für diesen Kühlprozess wird keine mechanisch erzeugte Kälte, also keine zusätzlichen Kältemaschinen benötigt. Denn aufgrund der hohen Kühlwassertemperaturen von 40 beziehungsweise 45 °C ist eine Rückkühlung ausschließlich mit Hilfe der Außenlufttemperatur möglich. Lediglich bei Bedarf erfolgt eine unterstützende adiabatische Verdunstungskühlung durch Besprühen mit VE-Wasser. Es sind lediglich drei Rückkühler (n+1 Redundanz) vorgesehen. Mechanisch erzeugte Kälte wird dann nur für die Peripherie benötigt.

Für die Verdunstungskühlung durch Besprühen kommt ausschließlich vollentsaltzes (VE-)Wasser in Betracht. Dieses Wasser enthält, anders als zum Beispiel herkömmliches enthärtetes Wasser, keinerlei gelöste Stoffe und verhindert so unter anderem das Verkalken von Wärmetauschern. Die Anforderungen, die es erfüllen muss, erfordern einen großen technischen Aufwand bei der Herstellung und Aufbereitung. Zur Reduzierung der Energiekosten gilt es demnach, einen möglichst geringen Verbrauch an VE-Wasser anzustreben.

Der Strombedarf bei Warm- und Kaltwasserkühlung ergibt sich aus den Bedarfen der Kältemaschinen und der Rückkühler. Es zeigt sich: Bei der Kaltwasserkühlung ist der Strombedarf für die mechanische Kälteerzeugung sowie die Rückkühlung mit 1250 kW erheblich größer als bei der Warmwasserkühlung, die nur 250 kW benötigt. Der jährliche Stromverbrauch für die Warmwasserkühlung liegt damit um circa 77 % unter dem der Kaltwasserkühlung.

Stromverbrauch für Kühlung von Rechenzentren um 77 % gesenkt

Durch die im Beispiel ermittelte Verringerung des jährlichen Stromverbrauchs bei der Warmwasserkühlung um circa 780 MWh und damit um 77 % ergibt sich bei einem Strompreis in Höhe von durchschnittlich 0,20 Euro kWh ein Kosteneinsparpotenzial von 155.000 Euro pro Jahr. Da zudem zukünftig immer mehr Hersteller Lösungen zur Warmwasserkühlung von Server-Racks anbieten werden, ist mit fallenden Preisen der Systeme und damit geringeren Investitionskosten zur rechnen. Der Amortisierungszeitraum wird sich damit in Zukunft weiter verkürzen. Mit den möglichen Kosteneinsparungen ist die Warmwasserkühlung eine sinnvolle Alternative zur klassischen Luftkühlung im Serverbereich bei Hochleistungsrechnern. Ihre Entwicklung zum Trend wird sich noch verstärken. Wünschenswert wäre zukünftig, dass er alsbald auch in der Entwicklung von Standardservern Anklang findet.

* Dr.-Ing. Tino Born ist leitender Planer im Bereich Energie+Umwelt bei der Carpus+Partner AG, in 52074 Aachen, Rasim Cubukcu ist leitender Planer im Bereich Technische Gebäudeausrüstung im gleichen Unternehmen

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