Wärmerückgewinnung bei Rechenzentern

Die Heizperiode neigt sich dem Ende, der Zeitpunkt, um in Erinnerung zu rufen, dass der Energieaufwand für die Kühlung (Komfort-Kühlung, Kommerzielle-Kühlung und Prozess-Kühlung) wesentlich höher ist als beim Heizen.

Rechencenter stehen hier aktuell im Fokus.

Rechenzentren verursachen EU-weit knapp 3 % des gesamten Stromverbrauches. Hier steht insbesondere die Nutzung der Abwärme im Vordergrund, da die IT-Infrastruktur in Rechenzentren viel Abwärme produziert, die bislang vielfach einfach in der Umgebung verpufft.

Die Energieeffizienzrichtlinie 2023/1791 ist in Europa von Bedeutung. Diese wurde im September 2023 angepasst und umfassen Vorschriften zur Abwärmenutzung, für Rechencenter mit einem Strombedarf für die installierte IT von mindestens 500 kW

Da die Vorschrift vorsieht, das Rechencenter die Vor- oder bis zu 01.07.2026 in Betrieb gehen keinen Vorschriften für die Abwärmenutzung unterliegen herrscht eine grosse Betriebsamkeit bei dem Bau von Rechencentern, da Rechencenter die nach dem 01.07.2026 in Betrieb gehen, eine Energieverbrauchseffektivitätswert von maximal 1,2 erreichen und die nachstehenden Vorgaben für die Abwärmenutzung erfüllen müssen:
Inbetriebnahme ab:

01.07.2026 = 10% Abwärmenutzung
01.07.2027 = 15% Abwärmenutzung
01.07.2028 = 20% Abwärmenutzung

Da die Planung eines Rechenzentrums nicht von heute auf Morgen ausgeführt wird werden, viele sich im Bau aber auch in der Ausführungsplanung auf die Luft- und Wasserkühlung abstützen. Nun stelle sich die Frage wie Nutze ich die Abwärme und wir gross ist die Effizienz.
Die Abwärme aus der Serverkühlung beträgt zwischen 25 bis 31°C, diese Temperatur ist für eine direkte Verstromung der Abwärme zu gering, ORC-Anlagen erzeugen aus einer Abwärme von mindesten 80° C max. 360 °C Strom.
Bleibt bei der Nutzung der Abwärme von einem Rechenzentrum nur die Einspeisung in ein Wärmenetz, die direkt Nutzung zur Raumheizung oder Wassererwärmung. Bei den letzten beiden Anwendungen ist zu bedenken, dass die Abwärme mittels Wärmepumpe in vielen Fällen auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden muss. Diese Konzepte setzen auch Voraus das auch sich genügend Abnehmer der Wärme in unmittelbarer Nähe befinden.

In Zukunft verspricht die Immersionskühlung, insbesondere bei Einsatz in «Hyperscale Rechenzentern» eine direkte Verwendung der Abwärme. Dies lässt sich aber nur mit kosten- und zeitintensiven Umbauten in ein bestehendes Rechencenter integrieren da diese keine Kompatibilität mit den bestehenden Luft- und Wassergekühlten System hat.

Ich gehe davon aus das sich die Austrittstemperaturen der Abwärme von Rechenzentren durch neue Technologien weitere reduzieren wird, ein Beispiel sind «All-Flash Speicher» mit einer geringeren Abwärme und einer höheren Wärmetoleranz. Diese werden auch HSM-Konzepte, die auf der Auslagerung von Daten nach Zugriffshäufigkeit und Aktualität auf weniger Energieintensive aber im Zugriff langsamere Speichermedien ermöglichen, obsolet machen.