Adsorptionskälte in Rechenzentren
Kühlen mit Abwärme
Jährlich verbrauchen Rechenzentren allein in Deutschland 10 TWh Strom. Adsorptionskältemaschinen können helfen, den Anteil der für die Kühlung benötigten Energie stark zu reduzieren.
Wegen der stromsparenden Arbeitsweise ist die Adsorptionskälte interessant für Rechenzentren. Die Firma Sortech beispielsweise kombiniert ihre Adsorptionskältemaschinen für den CoolMUC mit herkömmlichen Kompressionskältemaschinen um den Gesamtwirkungsgrad zu erhöhen.
Der kleine Bruder des SuperMUC ist Teil des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) in Garching bei München. Die mit Netzstrom versorgten Kompressionskältemaschinen geben Wärme mit einer Temperatur von etwa 65 °C ab. Die Adsorptionsaggregate produzieren damit zusätzliche Kälte. Der COP (Coefficient of Performance), der das Verhältnis von eingesetzter elektrischer Leistung zu erhaltener Wärmeleistung angibt, erhöht sich von 3,5 auf 3,95. Denn die Kälteleistung steigt von 42 auf 50 kWh an, der dafür benötigte Strom aber nur von 12 auf 12,7 kWh.
Einen anderen Weg geht das Unternehmen Invensor, das für das Rechenzentrum der IT-Firma Sohnix in Rostock Adsorptionskältemaschinen für den Betrieb mit einem BHKW bereitgestellt hat. Hier liefert das gasbetriebene BHKW gleichzeitig den Strom für die Server und die Wärme für die Kältemaschinen. Eine zusätzlich vorhandene, mit Netzstrom versorgte, Kompressionskältemaschine dient als Redundanz.
Die Leistung des BHKW ist auf die benötigte Kälteleistung von etwa 50 kW abgestimmt. Die Kombination aus elektrischem und thermischem Wirkungsgrad beträgt etwa 90 Prozent, so dass auch hier nur wenig Energie verloren geht. Der COP des Kältesystems inklusive Pumpen und Rückkühler liegt bei 11. Sollte eine Erweiterung der Anlage nötig werden, z.B. weil der Betreiber zusätzliche Server benötigt, ist das auch problemlos möglich. Durch den modularen Aufbau der Kühlanlage aus einzelnen Aggregaten mit jeweils 10 kW Leistung lässt sich die Kälteleistung erhöhen, indem ein weiteres Aggregat hinzugefügt wird. Eine integrierte Master-Slave-Schaltung ermöglicht die Steuerung der neuen Maschinen über bereits vorhandene.
Adsorptionskälte in Rechenzentren
Das Besondere an Adsorptionskältemaschinen ist, dass sie nur für die Steuerung, die Pumpen und die Rückkühlung Strom benötigen. Damit sinkt der Energieverbrauch im Vergleich mit herkömmlichen Kompressionskältemaschinen um etwa 70 Prozent. Im Aggregat selbst gibt es keine beweglichen Teile, die Kühlung geschieht allein durch physikalische Prozesse. Grundsätzlich lässt sich eine Adsorptionskältemaschine unabhängig von der Wärmequelle sehr vielfältig einsetzen. Heißes Wasser mit einer Temperatur zwischen 50 bis 90 °C treibt das Aggregat an, das kaltes Wasser für den Kühlkreislauf liefert. Übrig bleibt Wasser mit einer Temperatur von etwa 30 °C, dessen Wärme der Rückkühler an die Außenluft abgibt.
Im Winter bieten Adsorptionskältemaschinen eine zusätzliche Möglichkeit zur Kühlung. Statt wie im Sommer die Abwärme über die Rückkühlanlage abzutransportieren, dient die Rückkühlung dazu, kalte Außenluft direkt zur Kühlung zu nutzen. Somit kann die Abwärme des BHKWs Büroräume heizen. Der Betrieb der Anlage das ganze Jahr hindurch garantiert eine hohe Auslastung und damit kurze Amortisationszeiten. Die Rechnung schließt u.a. die Anschaffungskosten der Anlage, die Laufzeit und aktuelle Strompreise mit ein. »Wenn der Strompreis über 12 ct/kWh liegt, erreichen wir Amortisationszeiten zwischen 3 und 6 Jahren« sagt Sören Paulußen, Geschäftsführer von Invensor.
Doch auch wenn die Technik gut funktioniert, ist die Weiterentwicklung der Anlagen noch lange nicht abgeschlossen. Als letzte große Neuerung hat Invensor das »ActiVac«-System eingeführt, das automatisch den niedrigen Druck im Aggregat aufrechterhält. Beide Firmen arbeiten ständig an der Erhöhung der Kühlleistung und der Effizienz ihrer Kältemaschinen. Auch die Systemeinbindung sowie Daten- und Online-Schnittstellen sind Gegenstand von Verbesserungen.
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