Abwärmenutzung und die Rolle der Klimaanlage im Rechenzentrum
Es ist der schmerzhafte Blick auf die monatliche Stromrechnung, den jeder Rechenzentrumsbetreiber kennt. Man scannt die Zeilen und stellt fest: Fast die Hälfte der Energiekosten fließt nicht in die Server, die das Geld verdienen, sondern in die Klimaanlagen, die sie am Leben halten.
Es ist ein absurder Kreislauf: Wir stecken teure Energie in Prozessoren, die daraus Wärme machen, und stecken noch mehr Energie in Kühlsysteme, um diese Wärme wieder loszuwerden.
In Zeiten explodierender Strompreise und strenger ESG-Vorgaben ist dieses Modell der „Wärmevernichtung“ ein Auslaufmodell. Die Abwärme ist kein Abfallprodukt, sondern eine ungenutzte Währung.
Das Ziel bei der modernen Kühlung von Rechenzentren muss es sein, diese Währung durch konsequente Wärmerückgewinnung einzulösen. Wer die Wärmeauskopplung intelligent integriert, transformiert seine Anlage vom reinen Verbraucher zum hocheffizienten Energiewandler, der Betriebskosten senkt und den PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) auf ein Niveau drückt, das Investoren und Kunden gleichermaßen beeindruckt.
Kostenfaktor Klimatisierung und steigende Wärmelasten
Klassische Kältemaschinen und Kaltwassersätze sind die Schwerstarbeiter der Infrastruktur. Sie kämpfen gegen die Physik an. Mit jeder neuen Generation von High-Performance-Servern steigt die Wärmelast in den Serverracks und Serverschränken.
Wo früher 5 kW pro Rack Standard waren, sind es heute bei KI-Anwendungen oft 20 kW oder mehr. Diese geballte thermische Energie muss sicher abgeführt werden, um eine Überhitzung und den damit verbundenen Systemausfall zu verhindern – ein kritischer Faktor für die Betriebssicherheit.
Der Kampf gegen die Außentemperatur
Solange es draußen kalt ist, hilft die Freie Kühlung (Free Cooling) und nutzt die kühle Außenluft, um die Klimatechnik zu entlasten. Doch gerade in heißen Sommern, wenn die Außentemperaturen steigen, stoßen die Konzepte der freien Kühlung an ihre Grenzen.
Die Kältemaschinen müssen Volllast fahren, um die Ausfallsicherheit zu garantieren. Der Strombedarf für elektrische Energie schießt in die Höhe, genau dann, wenn Strom am teuersten ist. Die reine Luftkühlung gerät hier zunehmend unter Druck, und auch der Einsatz umweltschädlicher Kältemittel wird durch Regularien immer teurer, was viele Betreiber in eine Kostenfalle treibt.
Strategische Vorteile der Kraft Wärme Kopplung
Die strategische Antwort auf dieses Dilemma lautet Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Anstatt Strom aus dem Netz zu beziehen und Wärme ungenutzt verpuffen zu lassen, erzeugt das Rechenzentrum seinen Strom selbst – meist über hocheffiziente Gasmotoren in einem Blockheizkraftwerk (BHKW). Dies ist der Schlüssel zu maximaler Energieeffizienz.
Doppelte Nutzung der Primärenergie
Der Gasmotor liefert die elektrische Leistung für die IT-Infrastruktur. Gleichzeitig wird die thermische Energie aus dem Abgas und dem Kühlwasser nicht über Notkühler entsorgt, sondern über Abhitzekessel und Wärmetauscher als Nutzwärme ausgekoppelt.
- Effizienzsprung: Während Großkraftwerke oft nur 40 % der Primärenergie nutzen, erreichen BHKWs durch diese Wärmeauskopplung Gesamtwirkungsgrade von über 90 %. Sie fungieren quasi als eigenes kleines Heizkraftwerk.
- Unabhängigkeit: Das Rechenzentrum macht sich unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz und dessen Preisschwankungen, indem es flexible Energieträger wie Erdgas oder Biogas nutzt.
Erzeugung von Kälte aus Wärme mittels Absorptionskältemaschinen
Der wohl eleganteste technische „Zaubertrick“ im Rechenzentrum ist die Umwandlung von Hitze in Kälte. Über sogenannte Absorptionskältemaschinen (AKM) wird die ausgekoppelte Abwärme des Gasmotors genutzt, um Kaltwasser für die Klimatisierung zu produzieren. Dies ist ein entscheidender Schritt hin zu einem energieeffizienten Betrieb.
Thermische statt elektrische Kühlung
Das physikalische Prinzip der Adsorption ersetzt dabei den stromfressenden mechanischen Kompressor herkömmlicher Kältemaschinen.
- Entlastung: Die elektrische Leistung für die Klimatisierung sinkt drastisch, da die „Arbeit“ von der Wärme erledigt wird. Die Kühlleistung wird thermisch erzeugt.
- Sinnvolle Nutzung: Gerade im Sommer, wenn kein Wärmebedarf für die Heizung besteht, aber der Kältebedarf für die Server maximal ist, spielt dieses System seine Stärke voll aus (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung).
Einspeisung von Fernwärme als Beitrag zur Energiewende
Nicht immer kann die gesamte Wärme intern genutzt werden. Hier öffnet sich das Tor zur Energiewende. Rechenzentren, die oft in der Nähe von städtischen Ballungsräumen liegen, werden zu idealen Lieferanten für Fernwärme. Gerade in Deutschland, wo die Wärmewende politisch forciert wird, bietet dies enorme Chancen.
Die Einspeisung von Nutzwärme in lokale Fernwärmenetze macht das Datacenter zum Partner der Kommunen. Es beheizt Wohnquartiere oder Schwimmbäder und generiert dadurch eine zusätzliche Einnahmequelle.
Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wird zudem der Einsatz von Biomasse, Biogas oder Biomethan als Brennstoff attraktiv gefördert, was die Energieeffizienz und die CO₂-Bilanz der Wärmeversorgung weiter verbessert. Für Colocation-Anbieter ist dies ein Wettbewerbsvorteil, da sie Energiekosten senken und Nachhaltigkeitsziele ihrer Kunden unterstützen können.
Technologien im Vergleich: Luft, Wasser und die Zukunft
Die Kühlkonzepte und Klimalösungen befinden sich im Wandel, um die Effizienzpotenziale voll auszuschöpfen und Standards wie ASHRAE einzuhalten:
- Luftkühlung (Standard): Klassische Klimaschränke (CRAC) und Präzisionsklimageräte blasen kalte Luft durch den Doppelboden. Dies ist bewährt, aber bei hohen Lasten ist die Steuerung der Luftströme von kalter Zuluft und warmer Abluft oft ineffizient (Vermischung der Raumluft). Herkömmliche Klimaschränke stoßen bei moderner High-Performance-IT an ihre Grenzen.
- Indirekte Freie Kühlung: Moderne Klimasysteme nutzen große Luft-Luft-Wärmetauscher, um die Serverluft zu kühlen, ohne Außenluft direkt in den Serverraum zu lassen.
- Flüssigkeitskühlung: Für High-Performance-Racks geht der Trend zu Direct-to-Chip oder Immersionskühlung. Wasser transportiert Wärme 4.000-mal besser als warme Luft, was die Abwärmenutzung auf einem höheren Temperaturniveau ermöglicht. Dies verbessert die Skalierbarkeit für zukünftige Wärmelast-Anforderungen erheblich.
Optimieren Sie Ihre KWK-Anlage – mit PowerUP
Das Konzept der Wärmeauskopplung steht und fällt mit der Zuverlässigkeit des Herzstücks: dem Gasmotor. Nur ein Aggregat, das sauber verbrennt und mechanisch in Bestform ist, liefert die konstanten Abgastemperaturen und die elektrische Leistung, die die Basis Ihrer Wirtschaftlichkeitsrechnung bilden. Wir bei PowerUP unterstützen Sie dabei, dass Ihre Anlagen diese Performance dauerhaft abrufen können.
Mit gezielten Effizienz-Upgrades, etwa für Zylinderköpfe und Turbolader, helfen wir Ihnen, den Wirkungsgrad Ihrer Anlage zu verbessern. Unsere Komponenten sind dabei unter anderem geeignet für den Einsatz in Jenbacher®, MAN® und MWM® sowie weiteren Motoren. Diese Teile wurden von PowerUP als eigenständige Alternativen entwickelt und sind keine Originalteile der genannten Herstellere. Wir setzen auf Ersatzteile, die konsequent auf Langlebigkeit ausgelegt sind, damit Ihre KWK-Anlage genau dann stabil läuft, wenn Wärme oder Kälte gefordert sind.
Unser Ziel ist es, Sie dabei zu unterstützen, Ihren Brennstoff so effizient wie möglich zu nutzen. Denn für uns gilt: Technologie ist unser Antrieb, Effizienz unser Fokus.
