Geothermie für Rechenzentren lohnt sich, aber unter Bedingungen

Fallstricke beim Kühlen mit Erdsonden

02.05.12 | Autor / Redakteur: Andreas Beuthner / Ulrike Ostler

Geothermie-Bohrungen erfordern umfangreiches Equipment und können Erschütterungen an der Erdoberfläche auslösen.

Im Rechenzentrum gehört die Klimatisierung zu den großen Kostenblöcken. Das kratzt am Budget und belastet die Energie- und Klimabilanz. Wer auf Geothermie setzt, kann Strom sparen – doch das Bohrung nach Kälte hat Tücken.

Die Strom- und Klimatechnikbranche ist hellwach, wenn es um den effizienten Einsatz wertvoller Ressourcen geht (siehe: Kasten). Neben der Anlagenoptimierung konventioneller HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning)-Systemen stehen vor allem Cooling-Konzepte mit regenerativer Kältequelle im Fokus.

Denn fast die Hälfte des Stromaufkommens im herkömmlichen Rechenzentrum verbraucht das Kühlsystem, so das Ergebnis einer Gartner-Studie. Die Faustregel für ein mittelgroßes Datacenter besagt: zwei Kilowatt (kW) Kühlleistung pro Quadratmeter Rechenraum.

Besonders gefragt sind natürliche Kühlquellen. Grundwasser beispielsweise ist ganzjährig gleichmäßig kühl. Kein Wunder, dass Brunnenanlagen und Geothermie, die Kühlung ohne nennenswerten Stromverbrauch versprechen, die Planer von Rechenzentren anlocken. Man benötigt lediglich eine Kreislaufpumpe, die kühles Wasser aus dem Erdinneren verlustfrei zum Klimatisierungssystem der Server-Räume transportiert.

Wasser und Sonden

Oberflächennahe Erdschichten sind kalt genug, um ein Wasser-Glykol-Gemisch oder eine Solemischung soweit abzukühlen, dass die richtige Betriebstemperatur für Server-Räume oder Rack-Reihen entsteht. Ab 80 Meter Tiefe herrschen relativ konstante Temperaturen, um die 8 bis 12 Grad Celsius.

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Das Kühlmittel zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf und liefert über Erdwärmesonden erzeugtes Kaltwasser an die Kühlgeräte der Server-Schränke. Wärmetauscher nehmen die Abwärme der Hardware im Datacenter auf und befördern es als temperiertes Wasser zum Abkühlen wieder zurück.

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Auszeichnung für Kühlung aus der Erde in Anklam

Das Rechenzentrum der Gemeinde Anklam verzichtet komplett auf eine maschinelle Kälteerzeugung. Die gesamten Treibhausgasemissionen konnten so um 92 Prozent gesenkt werden. Für diese Lösung wurde die SK Kältetechnik GmbH nun vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit mit dem Deutschen Kältepreis 2012 ausgezeichnet.

Der Preis wurde im Rahmen des Deutschen Kältepreises zum vierten Mal für innovative und effiziente Lösungen im Bereich der Kälte- und Klimatechnik vergeben. Der Gesamtwert der Auszeichnungen liegt bei 52.500 Euro.

Das Projekt: Im Rechenzentrum der Gemeinde Anklam (siehe: Abbildung 6 und 7) kommt anstelle einer künstlichen eine natürliche Wärmesenke zum Einsatz. Über Wärmeüberträger und ein Kaltwassersystem wird die Wärme in eine Bodentiefe von knapp 100 Metern abgeführt, wo das Erdreich eine konstante Temperatur zwischen 9 und 14 Grad Celsius hat und nicht durch jahreszeitliche Witterungsschwankungen beeinflusst wird.

Keine Umlenkverluste

Die IT-Infrastruktur wie Racks und Kühlgeräte, die direkt in die Schrankreihe eingebaut werden, stammt von APC by Schneider Electric. Ein Luft-Wasser-Wärmetauscher nimmt die Abwärme der IT-Komponenten auf. Dies erfolgt ohne Umlenkverluste, da die Luft – ebenso wie in den IT-Geräten – in einem horizontalen Luftstrom fließt. Das Kaltwasser erwärmt sich auf etwa 20 Grad und wird mit Hilfe zweier Zirkulationspumpen durch die Rohrleitungen in das Erdreich geführt, wo die Wärme wiederum entzogen wird.

Um die ständige Stromversorgung zu garantieren, sind die beiden Pumpen über eine USV-Anlage abgesichert. Zum Einsatz kommt hier „APC Symmetra PX“, ein modulares System, das bei Bedarf erweitert werden kann. Dies ist ein großer Vorteil, denn Kühllösungen mit einem Kompressor können aufgrund der hohen Anlaufströme nicht an ein USV-System angeschlossen werden.

Im Außenbereich des Rechenzentrums ist zusätzlich ein Free Cooler installiert. Dieser übernimmt in den drei kältesten Monaten des Jahres die Kaltwassererzeugung durch indirekte freie Kühlung. Dadurch wird auch verhindert, dass dem Erdreich dauerhaft zu viel Wärme zugeführt wird, indem es Zeit hat sich zu regenerieren.