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Hotfiad-Projekt vor dem Abschluss Abwärme aus den Rechenzentren für Kälte und mehr

Von lic.rer.publ. Ariane Rüdiger |

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Abwärmenutzung könnte Rechenzentren erheblich umweltfreundlicher machen. Das Demo-Projekt „Hotfiad“ verwendet RZ-Abwärme zur Gewinnung von Kühlenergie. Es geht jetzt nach dreijähriger Laufzeit dem Ende entgegen.

Das Projekt "HotFlAd" beschäftigte sich mit der Nutzung von Adsorptionskälte aus RZ-Abwärme für Kühlzwecke.
Das Projekt "HotFlAd" beschäftigte sich mit der Nutzung von Adsorptionskälte aus RZ-Abwärme für Kühlzwecke.
(Bild: gemeinfrei Gerd Altmann / Pixabay)

Noch drei Monate, das Pojekt abgesclossen wird. „Ein Nachfolgeprojekt ist bis jetzt leider nicht in Sicht“, bedauert Nasir Asadov, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Energietechnik der TU Berlin. Er führt eine Gruppe Interessierter anlässlich des Kongresses „Bits&Bäume“ (siehe: Kasten) durch das Demo-Rechenzentrum mit einem Hotfiad-System im Berliner Hermann-Rietschel-Institut.

Die TU ist Konsortialführer in dem Projekt. Das Ziel: Zu demonstrieren, dass sich das heiße Abwasser wassergekühlter Server prinzipiell dazu eignet, Kühlenergie zu gewinnen und so beispielsweise die Kühlsysteme eines Rechenzentrums im Sommer wirksam zu entlasten. Gleichzeitig entsteht Abwärme, die mit hohem Energieaufwand abgeführt werden muss, um die Systeme vor dem Hitzetod zu bewahren.

Zielgruppe für die von den Konsortialmitgliedern angepeilte Lösung war ein System für Container-Rechenzentren, also einer etwas leistungsfähigeren Formen des Edge Computing. Denn diesem Markt wird eine große Zukunft prognostiziert.

Bits & Bäume: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

Der erste „Bits&Bäume“-Kongress fand bereits 2018 statt. Das damals neue Konferenzformat befasste sich mit Digitalisierung und Nachhaltigkeit in einem umfassenden Sinn.

Wegen Corona folgte erst jetzt die nächste Bits&Bäume in Berlin. Organisiert wurde sie von einem Trägerkreis aus 13 zivilgesellschaftlichen Organisationen und Bildungseinrichtungen, unter ihnen so unterschiedliche wie die TU Berlin, das Weizenbaum- und das Einstein-Institut, Brot für die Welt und Bund Naturschutz Deutschland. Gefördert wurde die Veranstaltung unter anderem vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz.

Die mit viel ehrenamtlicher Arbeit organisierte Veranstaltung brachte Anfang Oktober im Hauptgebäude der TU Berlin hochkarätige Vortragende, laut Veranstalter etwa 2.500 Besucher und Besucherinnen zusammen. Darunter Studierende einschlägiger Fachrichtungen, Berufstätige aus der IT-Branche, Vertreterinnen und Vertreter von NGOs sowie aus der Wissenschaft.

60 Forderungen

Ziel war, über den derzeit nicht nachhaltigen Zustand der IT, die in der Branche üblichen globalen Lieferketten und ihre sozialen und ökologischen Auswirkungen sowie die sozialen und wirtschaftlichen Folgen der Digitalisierung insgesamt zu diskutieren. Zudem wurden 60 Forderungen formuliert.

In den zahlreichen und durchwegs gut besuchten Vorträgen, Workshops, Diskussionen ging es um neue technische, zum Beispiel: Open Hardware, Abwärmenutzung im Rechenzentrum und 'grüne' Software, und Wirtschaftskonzepte, partizipative Technikgestaltung, die Möglichkeiten politischer Einflussnahme auf Regulierung und Technikgestaltung sowie Formen alternativer, ökologischer Techniknutzung.

Auch die Bundesregierung war durch mehrere Staatssekretäre und Staatssekretärinnen aus einschlägigen Ministerien vertreten. So gab es gelegentlich Überraschendes zu erfahren, zum Beispiel, dass die aktuelle Digitalstrategie ohne jede Beteiligung zivilgesellschaftlicher Akteure erstellt wurde.

Regionalisierung

Bits&Bäume will das Veranstaltungskonzept regionalisieren, so soll es im Juni 23 eine entsprechende Veranstaltung in Nordrhein-Westfalen geben. Wann wieder eine zentrale Bits&Bäume stattfindet, ist noch nicht bekannt. Die meisten Vortragsvideos sind kostenfrei und öffentlich zugänglich.

Bald Pflicht: 30 Prozent Abwärmenutzung für Datacenter

Sinnvoll ist ein solches Projekt auch, weil das gerade in der Erarbeitung befindliche Energie-Effizienzgesetz auch Rechenzentren einbezieht und sie explizit zur Nutzung von mindestens 30 Prozent verdonnert. Da ist es gut, wenn zuvor möglichst viele Möglichkeiten erforscht werden, etwas mit dem lästigen Wärmestrom aus den Rechnern anzufangen, der jedem RZ-Manager viel Arbeit macht.

Schließlich ist nur selten ein Abnehmer in unmittelbarer Nachbarschaft, und noch seltener wird heute im Städte- oder Industriebau so geplant, dass anschließend Abnehmer für die Rechenzentrumsabwärme und Leitungen da sind.

Viele Beteiligte aus mehreren Branchen

Eine ganze Reihe Beteiligte hatte sich zusammengefunden: die DC-CE RZ-Beratung, Cloud&Heat, ein Cloud-Anbieter, das seinen Kunden schon seit Jahren die Sinnhaftigkeit von Abwärmenutzung und fortschrittlichen Kühlmethoden für Rechenzentren zu vermitteln sucht, der Nürnberger Datacenter-Betreiber Noris Networks als Erprobungsstandort, der Serverhersteller Thomas Krenn AG und Invensor, ein Startup mit Fokussierung auf Adsorptionskältemaschinen für Rechenzentren. Dazu kommt das Borderstep Institut und die TU Berlin, Institut für Gebäude-Energietechnik, wo Asadov im Gebäude des Hermann-Rietschel-Instituts als wissenschaftlicher Mitarbeiter die dortige Installation betreut. Geld kam vom BMWK.

Nasir Asadov, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Lehrstuhls für Energieeffizienz der TU Berlin, erklärt Aufbau und Funktion des Adsorptionskälteaggregats (rechts).
Nasir Asadov, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Lehrstuhls für Energieeffizienz der TU Berlin, erklärt Aufbau und Funktion des Adsorptionskälteaggregats (rechts).
(Bild: Rüdiger)

Allerdings hatte das Projekt in einem wichtigen Aspekt Pech. Der essentielle Hersteller Invensor, dessen Adsorptionskältelösungen verwendet werden, ging schon bald in Insolvenz. Die Restbestände übernahm Enicon Energiesysteme GmbH, ein Integrator von Energielösungen aus Berlin. „Neue Invensor-Systeme wird er aber nicht bauen“, sagt Asadov. Das Unternehmen ist ausschließlich in Systemintegration und Service tätig.

Das Angebot für auf Rechenzentren spezialisierte Kältemaschinen ist noch klein

Asadov weiß immerhin von einem weiteren Hersteller, der ebenfalls Adsorptionskältemaschinen speziell für Rechenzentren anbietet: Fahrenheit, eine Ausgründung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (FH ISE), mit Sitz in München. Systeme von Fahrenheit arbeiten im Leibniz-Rechenzentrum in Garching.

Allerdings gibt es durchaus eine Reihe von Firmen, die Adsorptionskältelösungen herstellen, wobei die sich bisher eher nicht auf Rechenzentren als Kunden fokussiert haben. Schließlich handelt es sich um einen neuen Markt.

Der Wärmetauscher von Cloud&Heat im Demonstrationsrechenzentrum nimmt etwa zehn Prozent der Rackhöhe ein.
Der Wärmetauscher von Cloud&Heat im Demonstrationsrechenzentrum nimmt etwa zehn Prozent der Rackhöhe ein.
(Bild: Rüdiger)

Systeme für Rechenzentren müssen beispielsweise besonders kompakt sein. So füllt die Wärmetauschereinheit, die das bis zu 63 Grad heiße Abwasser von den unter anderem mit Peltier-Elementen am Kühlkörper ausgerüsteten Servern ableitet, etwa das untere Zehntel eines der Serverschränke in dem kleinen Demo-Rechenzentrum.

Dort arbeiten rund 20 Kilowatt Rechnerleistung bei voller Belegung. Mit Hotfiad erreicht man laut vorläufigen Berechnungen einen auf die Server und die Adsorptionskältemaschine (UPS-Verluste und Beleuchtung beispielsweise bleiben draußen) bezogenen PUE von 1,03. Werden diese eingerechnet, kommt 1,17 heraus.

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Kühlleistung rechnet sich bei heutigen Strompreisen

Die Installationen unterhalb der Rechnerebene im Keller des Herrmann-Rietschel-Instituts sind durchaus voluminös. Ein verschachteltes Leitungsgeflecht zieht sich von oben durch die Decke in Richtung der aufgeklappten Adsorptionskältemaschine, auf deren Oberseite man die drei Wasserkreisläufe erkennen kann: den Antriebskreis, den in der aktuellen Konfiguration 20 Liter pro Minute (l/min) durchströmen, den Rückkühlkreis mit 62 l/min und den Kältekreis mit 44 l/min. Dazu kommt noch ein beeindruckender Schaltkasten.

Die Rohrleitungen, die das Rack im Obergeschoss mit der Adsorptionskältemaschine im Keller verbinden.
Die Rohrleitungen, die das Rack im Obergeschoss mit der Adsorptionskältemaschine im Keller verbinden.
(Bild: Rüdiger)

Die durchschnittliche Leistungszahl der Invensor-Kältemaschine, ein Aggregat in der Größe eines überdimensionierten Kühlschranks, liegt bei 0,6 – die höchsten erreichbaren Leistungen solcher Aggregate liegen unter 1,0. Das heißt: Man leitet immer mehr Wärme hinein als man Kälte herausholt.

Allerdings handelt es sich um Wärme, die ohnehin vorhanden ist und ansonsten nutzlos verpuffte, respektive weggekühlt werden müsste. Und zudem wird beim realen Einsatz Kühlleistung eingespart, zur geernteten Wärme tritt also das nicht mehr oder nur abgespeckt vorhandene zusätzliche Kühlaggregat.

Letztlich sei die Wirtschaftlichkeit eines Hotflad-Systems eine Frage der Marktkonditionen, äußert Asadov. Bei den heutigen Preisen für anderweitig erzeugte Kühlenergie sei die Lösung sicher schon wirtschaftlich.

Auch wenn es kein Nachfolgeprojekt im Demo-Bereich gibt: Cloud&Heat soll inzwischen Nachfrage nach Adsorptionskältelösungen registrieren, obwohl diese ja auf der heute noch eher unbeliebten Wasserkühlung am Rechner basieren. Kurz: Wenn das Energieeffizienzgesetz (EnEfG, siehe „Kritik der Branchenverbände am EnEfG; Das Energieeffizienzgesetz und die Rechenzentren“) kommt und die Stromkosten, wie zu erwarten, hoch bleiben, könnten Lösungen wie die in Hotfiad demonstrierte endlich die Chance haben, sich im Markt auszubreiten, statt nur in Demoprojekten zu laufen.

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