Datacenter-Abwärme aus dem Container Serverhitze: Vom Kühlproblem zum Geschäftsmodell

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Fast die gesamte Energie, die ein Server vom Stromnetz bezieht, wandelt er in Wärme um. Ein Rechenzentrum ist quasi ein Heizkraftwerk, das nebenbei Daten verarbeitet. Nur führt es seine Wärme kostenlos an die Umgebung ab – aufgrund aufwendiger Kühltechnik sogar mit erheblichen Mehrkosten. Das geht besser.

In der Ära des Klimawandels und hoher Strompreise nutzlose Wärme nicht mehr zeitgemäß. Hewlett Packard Enterprise (HPE) und der dänische Industrie-Ausrüster Danfoss stellen eine Alternative vor.

Der Stromverbrauch der Rechenzentren in Deutschland lag laut Borderstep Institut im Jahr 2022 bei 17,9 Terawattstunden. Das ist fast eineinhalbmal so viel wie Berlin im vergangenen Jahr verbrauchte.

Datacenter 2030 ....

Ralph Hintemann: Explodiert der Energiebedarf von Rechenzentren?

Bis 2030 könnte der Strombedarf hiesiger Rechenzentren auf über 30 Terawattstunden pro Jahr steigen. Fachleute gehen davon aus, dass sich es sich weltweit bis Ende des Jahrzehnts nicht zuletzt aufgrund des hohen Strombedarfs Künstlicher Intelligenz (KI) verdoppeln wird. Die Investmentbank Goldman Sachs rechnet sogar mit einem Plus von 160 Prozent.

Optimierungsmaßnahmen stoßen an Grenzen

Dabei macht die IT-Branche seit Jahrzehnten große Fortschritte im Bemühen, die Energie-Effizienz der Rechenzentren zu steigern: Die Maßnahmen reichen von intelligenter Rechenzentrumsplanung zum Beispiel seit Ewigkeiten durch Warmgänge oder Kaltgänge, über KI-gestütztes Rechenzentrums-Monitoring bis zur Wasserkühlung der Server.

So sank der durchschnittliche PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) laut Borderstep seit 2010 von 1,82 auf 1,52. Hyperscaler wie auch Rechenzentren mit Wasserkühlung erreichen PUE-Werte von 1,15 oder sogar noch darunter.

PUE, ein oder kein geeignetes Kriterium für strenge Effizienzvorgaben?

Ralph Hintemann: PUE und sonst nichts?

Doch selbst bei einem (theoretischen) PUE-Wert von 1,0 brauchen Rechenzentren Unmengen Energie: Der Stromverbrauch der IT-Komponenten hat sich seit 2010 auf 11,8 Terawattstunden mehr als verdoppelt, so Borderstep. Dieser Strom endet unweigerlich als Abwärme.

Abnehmer gesucht.

Daher ist es zwingend nötig, dass Rechenzentren ihre Abwärme nutzen und als Nah- oder Fernwärme bereitstellen. Ein oft genanntes Beispiel: Rechenzentrums-Abwärme könnte ein Hallenbad heizen.

Tatsächlich ist ein Schwimmbecken geradezu der ideale Abnehmer; denn ein Rechenzentrum läuft rund um die Uhr und produziert damit konstante Abwärme. In Wohngebieten schwankt der Wärmebedarf. Schwimmbecken hingegen wollen rund ums Jahr auf 25 bis 28 °C geheizt sein. Da kommt also der „Dauerbrenner“ Rechenzentrum gerade recht.

Datacenter-Abwärmenutzung

Hitze aus dem Rechenzentrum: Mit etwas Phantasie geht vieles!

Dennoch sind Projekte zur Abwärmenutzung rar gesät. Das hat drei Gründe:

• Erstens ist die Abwärme konventioneller Rechenzentren nicht heiß genug für ein Fernwärmenetz. Machbar ist es mit Wasserkühlung und Wärmetauscher, dies ist aber selten im Einsatz.

• Zweitens wäre es sehr teuer und mitunter technisch unmöglich, ein Bestands-Rechenzentrum auf Wasserkühlung umzurüsten.

• Drittens stehen Rechenzentren meist in Industriegebieten, also weit abseits der Fernwärmenetze regionaler Energieversorger, die damit vornehmlich auf Wohngebiete zielen.

Container-Rechenzentrum mit Wärme-Aufbereitung

Genau hier setzt ein neues Konzept an, das HPE und Danfoss gemeinsam entwickelt haben. Danfoss ist Spezialist für Antriebs-, Kühl- und Wärmetechnik, HPE hat laut aktueller Green500-Liste sieben der zehn Energie-effizientesten Supercomputer weltweit hergestellt.

Dies erreicht HPE durch höchst Energie-effiziente Komponenten und direkte Wasserkühlung (Direct Liquid Cooling, DLC) seiner „Cray“-Systeme. Europas schnellster Supercomputer „Lumi“, ebenfalls aus dem Hause HPE, liegt in der Green500-Liste auf Platz 12, nutzt zu 100 Prozent Wasserkraft und heizt mit seiner Abwärme Hunderte Haushalte in der finnischen Stadt Kajaani.

Der Lumi Supercomputer

Der leistungsstärkste Rechner Europas steht in Finnland

Damit dieses Beispiel Schule machen kann, bietet HPE unter dem Namen „HPE IT Sustainability Services – Data Center Heat Recovery“ nun Container-Rechenzentren mit Danfoss-Modulen für die Wärmerückgewinnung. Die Container enthalten alles, was man für den Rechenzentrumsbetrieb braucht, von den Server-Racks bis zur unterbrechungsfreien Stromversorgung.

Dank der Containerbauweise sind sie in nur sechs Monaten betriebsbereit – statt der sonst üblichen 18 Monate Vorlaufzeit. Die Container-Rechenzentren sind so kompakt, dass sie sich fast überall ohne Schwerlastmaschinen aufbauen lassen.

Vor allem nutzt ein solches Container-Rechenzentrum Wasserkühlung, wie man sie von den Cray-Supercomputern her kennt. Dies senkt den Gesamtenergieverbrauch gegenüber konventioneller Kühltechnik um 20 Prozent.

Das kompakte Container-Design vermindert zudem Energieverluste durch möglichst kurze Leitungswege für Energie und Kühlflüssigkeit. Zugleich erleichtert es die maximierte Temperaturdifferenz am Ein- und Ausgang, überschüssige Wärme aufzunehmen.

Danfoss wiederum steuert Technik bei, um die Datacenter-Abwärme in Nachbargebäuden für verschiedene Anwendungen heranzuziehen, zum Beispiel für die Heizung, Warmwasseraufbereitung oder für Industrieprozesse. Dazu liefert der dänische Spezialist diverse Komponenten, darunter „Turbocor“-Verdichter für Wärmepumpen und Kältemaschinen, Wärmetauscher, Wärmerückgewinnungsmodule, Antriebe und Pumpens-Kits (vormontierte Pumpen im Rahmengestell). Die ölfreien Turbocor-Kompressoren der Dänen steigern die Kühleffizienz um bis zu 30 Prozent.

Effiziente Kühlung und Wärmerückgewinnung für besseren CO₂-Footprint

Klimafreundliche Rechenzentren von und bei Danfoss

Danfoss selbst nutzt Wärmerückgewinnung an seinen Firmensitz in Nordborg. Das Unternehmen verstärkt die Abwärme seines Rechenzentrums per Wärmepumpe, beheizt damit umliegende Gebäude und speist die verbleibende Abwärme in das lokale Fernwärmenetz ein.

Damit der IT-Betrieb ebenso effizient funktioniert, nutzen die schlauen Dänen übrigens HPEs Edge-to-Cloud-Plattform „GreenLake“, die IT-Ressourcen auf Abruf bereitstellt. Das vermeidet Überprovisionierung.

Rechenzentrumsabwärme kann sich auszahlen

Das Rechenzentrum der Zukunft ebnet Betreibern einen Weg, um Abwärme vom Kostenfaktor zum Geschäftsmodell zu wandeln. Denn nun können sie Rechenzentren problemlos dort platzieren, wo deren Abwärme den größten Nutzen stiftet – etwa an einem Standort mit Zugang zum Fernwärmenetz.

Ein anderes könnte Nahwärme für eine benachbarte Fabrikhalle liefern. Oder man plant es bei einer Neubausiedlung mit ein. Diese hat dann vielleicht sogar ein Hallenbad, dessen Wasser auf geradezu magische Weise immer schön warm ist.

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