Natürliche Kältemittel – pro oder contra?

Natürliche Kältemittel sind kein Allheilmittel für die Kühlung im Datacenter

| Autor / Redakteur: Thomas Nieschalk* / Ulrike Ostler

Propan wie Ammoniak zählt das Bundesumweltamt zu den "natürlichen Kältemitteln".
Propan wie Ammoniak zählt das Bundesumweltamt zu den "natürlichen Kältemitteln". (Bild: © Zerbor / Fotolia.com)

Natürliche Kältemittel ebnen den Weg zu Klimanachhaltigkeit in der Kühlung. Das jedenfalls sagt das Bundesumweltamt. Doch die Stoffe eignen sich nun einmal nicht für alle Anwendungsbereiche: Ein Datacenter lässt sich nicht mit einem Kühlschrank vergleichen.

Die Kühlung ist eine kritische Komponente im Rechenzentrum Hier braucht es ein beherrschbares Medium: Es sollte nicht brennbar, nicht explosiv, nicht toxisch, schwer bis gar nicht entzündbar sein, außerdem gute Wärmeleitfähigkeit sowie ein relativ niedriges Druckniveau (aber auch nicht Unterdruck) besitzen. Die Liste ist lang.

Nicht viele Kältemittel erfüllen diese Anforderungen, erst recht keine natürlichen. Wasser kann gefrieren, Ammoniak ist in großen Mengen toxisch, Propan brennbar und explosiv, CO2 hat für Datacenter Anwendungen eine relativ niedrige Effizienz und besitzt einen transkritischen Betriebsdruck, nämlich zirka 120 bis 130 Bar. Allerdings erleben natürliche Kühlmittel seit Jahren einen Aufschwung, nicht zuletzt durch die europäische Verordnung (EU) Nr. 517/2014.

Ohne alternative Kältemittel kein Einhalten der Klimaziele

Studie des Umweltbundesamtes

Ohne alternative Kältemittel kein Einhalten der Klimaziele

13.04.16 - Wenn es um die Optimierung von Rechenzentren geht, ist viel von Energie-Effizienz die Rede, aber viel zu wenig von den Kältemitteln, die dort verwendet werden. Eine im Auftrag des Umweltbundesamtes erstellte Studie des Beratungshauses Ecofys und des Rechenzentrumsbauers Deerns entwickelt hier Perspektiven. lesen

Das Ziel ist die Reduzierung des CO2-Äquivalent: 2030 soll dieser bei 21 Prozent von 2015 liegen, das entspricht einer Reduzierung um 79 Prozent innerhalb von 15 Jahren.

Mit Blick auf die große Masse an Klimageräten lässt sich erkennen, dass der Großteil an Kältemitteln in mobilen Klima-Anlagen zum Einsatz kommt, sprich in PKWs, in der Bahn, oder in der Gewerbekühlung, und natürlich vor allem: in Kühlschränken. Für diese große Masse ist es gut und sinnvoll, auf natürliche Kühlungsmittel zu setzen, denn das Kühlmedium tritt früher oder später aus und kann dann unserer Umwelt schaden.

Ein Datacenter ist kein Kühlschrank

Ein Datacenter aber ist keine Autoklima-Anlage und kein Kühlschrank. Datacenter betreffen ein Sondersegment, das außerhalb der großen Masse liegt. Als stationäre Anlagen sind Kältegeräte im Datacenter hermetisch dicht und verzeichnen verschwindend geringe Leckraten. Kritische und sensible Anwendungen und Standorte heben Datacenter vom Rest der zu kühlenden Bereiche ab.

Neben Hochverfügbarkeit und Betriebssicherheit sind auch die Optimierung des Wartungsaufwandes, der Energie-Effizienzen und der gesamten Nachhaltigkeit wichtige Faktoren. Abzüglich der erwähnten Sicherheitsrisiken wie Explosivität, Toxizität und Brennbarkeit bleiben unterm Strich nur wenige Kältemittel übrig.

Eine synthetische Alternative zu den altbekannten Kältemittel sind Ersatzkältemittel wie HFO-1234yf oder HFO-1234ze, die ebenfalls den Vorlagen der Bundesregierung nach niedrigem Treibhauspotenzial entsprechen. Bei HFO-1234ze(E) beispielsweise liegt das Treibhauspotenzial (GWP) bei sieben.

Der Artikelverfasser, Thomas Nieschalk, Systems Engineer Cooling bei Schneider Electric, äußert eine deutliche Meinung zum Einsatz natürlicher Kältemittel in Rechenzentren.
Der Artikelverfasser, Thomas Nieschalk, Systems Engineer Cooling bei Schneider Electric, äußert eine deutliche Meinung zum Einsatz natürlicher Kältemittel in Rechenzentren. (Bild: Schneider Electric)

Wie kommen Rechenzentrumsbetreiber der Nachhaltigkeit näher?

Bisher kam dieses Ersatzkältemittel noch nicht stark zum Einsatz, da es eine schlechtere thermodynamische Leistung aufweist: Der Stromverbrauch steigt an – oder Betreiber bauen die Anlage mechanisch größer, um den thermodynamischen Verlust auszugleichen. Parallel dazu werden nicht mehr zugelassene Kältemittel, mit zu hohem GWP, nach und nach vom Markt genommen.

Datacenter-Betreiber stehen also vor schwierigen Zeiten. Klar ist: Natürliche und synthetische Kühlmittel allein können nicht als Allheilmittel dienen. Die Lösung wird in der Technologie liegen. Intelligente Komponenten wie Wärmetauscher oder Verdampfer adressieren die Reduzierung der Kältemittelmenge insgesamt.

Der Trend zu höheren Betriebstemperaturen und Freikühlung bietet ebenfalls Potenzial zur Verkleinerung der Kältemaschinen im Datacenter und somit indirekt auch zur Verringerung der Kältemittel. Diese Entwicklungsschritte sind wesentlich, um die Nachhaltigkeitsziele in der Datacenter-Kühlung langfristig zu erfüllen.

* Thomas Nieschalk ist Systems Engineer Cooling bei Schneider Electric.

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