Kältesystem-Speicher

Im Zuge der Digitalisierung wächst die Nachfrage nach Rechenleistung enorm schnell, der damit verbundene elektrische Energiebedarf von Rechenzentren in Deutschland steigt seit Jahren stetig. Zwar sind neu gebaute Rechenzentren bezüglich ihrer Infrastruktur sehr effizient, im Gesamtbestand macht sich dieser Umstand jedoch noch nicht bemerkbar. Rund 40 bis 50 % der bereitgestellten Energie werden bei Bestandsrechenzentren zur Klimatisierung und für die unterbrechungsfreie Stromversorgung benötigt, hierbei existieren erhebliche Potenziale zur Steigerung der Energieeffizienz. Insbesondere die Optimierung der Klimatisierung stellt dabei eines der größten Potenziale dar.

Die Kühlung kleinerer und mittlerer gewerblicher Rechenzentren mit Kühlleistungen bis 50 kW erfolgt gewöhnlich über Direkt-Expansionskühlgeräte in Split-Ausführung. Der Verdampfer des Klimasystems kühlt die Raumluft im Umluftbetrieb. Im Außengerät befinden sich der Kältekompressor und der Kondensator-Wärmetauscher des Kältekreislaufs. Aufgrund der direkten Wärmeübertragung von der Raumluft auf das Kältemittel des Klimasystems besteht bei diesen Systemen keine Möglichkeit zur Anwendung einer freien Kühlung.

In Zukunft können Zulufttemperaturen von 27 °C und höher zur Kühlung der IT in Rechenzentren genutzt werden. Demzufolge kann durch den Einsatz geeigneter Kälteaggregate, die bei angehobener Temperatur der Kältelieferung mit verbesserter Effizienz betrieben werden können, der Strombedarf der Rechenzentrums¬kühlung entscheidend verringert werden. Darüber hinaus kann bei kühleren Umgebungsbedingungen die sogenannte freie Kühlung angewendet werden, bei der die Abwärme des Rechenzentrums direkt, d.h. ohne Einsatz einer Kältemaschine, an die Umgebung abgeführt wird.

Innerhalb des Vorhabens soll ein Konzept und die anlagentechnische Umsetzung für die energieeffiziente Kühlung von Rechenzentren entwickelt und erprobt werden. Im Fokus steht die Aufwertung der Anlagentechnik bestehender und im Ausbau befindlicher Rechenzentren im Rahmen sogenannter Retrofit-Maßnahmen. Zur Untersuchung dieser Maßnahmen wird folgendes Konzept verfolgt:

• Steigerung der verfügbaren Kälteleistung durch Einsatz einer Turbo-Kältemaschine mit dem Kältemittel Wasser, die mit variabler Temperatur der Kältelieferung und entsprechend gesteigerter Energieeffizienz betrieben werden kann. Das Kältemittel Wasser schafft zudem Entlastung hinsichtlich des direkten Treibhauseffekts, der von gewöhnlichen Kältemitteln verursacht wird.
• Weiterbetrieb bestehender direkt-verdampfender Split-Klimageräte mit Umrüstung der Kältelieferung über einen Wasserkreislauf.
• Optimierter Einsatz aller Kälteerzeuger im Verbund.
• Durch die Umstellung auf ein Kaltwassersystem wird die Möglichkeit zur freien Kühlung über das Rückkühlwerk – ohne Einsatz aktiver Kühlung – eröffnet.