Ein Rechenzentrum wird mit intelligenten Energieflüssen besonders energieeffizient

3.7.2017 Ein Rechenzentrum ist eine heiße Angelegenheit. Vor allem, wenn dort Dutzende Server stehen.

Es muss ständig klimatisiert werden und kann daher bis zu 60 Prozent des Gesamtstromverbrauchs eines Unternehmens ausmachen, denn Server und Netzwerkkomponenten laufen rund um die Uhr. Die Energieagentur NRW hat ein spannendes Projekt dazu begleitet und stellt es als Projekt des Monats vor.

Die Firma Sonepar hat deshalb zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen: Beim Bau ihres neuen Verwaltungsgebäudes und Rechenzentrums (RZ) in Holzwickede wird die Hitze der Computer verwendet, damit den Mitarbeitern mollig warm wird. Über Wärmetauscher an den Kompressionskältemaschinen der Prozesskälte wird die Abwärme zurück gewonnen und zur Erwärmung des Fußbodenheizkreises im Bürogebäude genutzt. Die Maschine mit 150 kW Leistung ist wassergekühlt und gibt die Wärme durch Plattenwärmetauscher an die Böden ab. Im Freikühlbetrieb wird die Außenkälte zur Kühlung des Rechenzentrums genutzt.

Im Winter kommt die Kälte für die Kühlung von draußen

‘Weil aktuell auf 30 physikalischen Serversystemen etwa 800 virtuelle Server installiert sind, laufen enorme Rechenlasten auf einer relativ kompakten Hardware. Eine solche Auslastung stellt hohe Anforderungen an das Kühlsystem’, erklärt Armando Hlobil, Geschäftsführer der Infrontec GmbH und Bauleiter des Rechenzentrums. Das Konzept des IT-Dienstleisters sieht eine autarke Kälteerzeugung vor. Dafür stehen bis zu drei Free-Cooling-Kaltwassersätze zur Verfügung, die das Kühlwasser der Anlage über einen zusätzlichen Wärmetauscher vorkühlen. Um ein hohes Maß an Energieeffizienz zu erreichen, wurde für das Server-Kaltwassernetz eine hohe Systemtemperatur von 15/20°C geplant. Sinkt die Außentemperatur auf unter 12 Grad Celsius, werden die Kompressoren in den Kälteerzeugern leistungsabhängig abgeschaltet und das warme Wasser im Rücklauf der Anlage mithilfe der Außenluft abgekühlt. Somit werden die jährlichen Vollbenutzungsstunden der Kältemaschinen erheblich reduziert. Im Winter beträgt die Freikühlleistung 100 Prozent, in den Übergangsmonaten arbeiten die Kaltwassersätze im Mischbetrieb.

Mit dem erzeugten Kaltwasser werden die Reihen-Klimageräte des Rechenzentrums versorgt. Sie saugen die warme Luft der Server an, kühlen sie über einen Luft/Wasser-Wärmetauscher ab und blasen die abgekühlte Luft wieder in die Racks. Durch die räumliche Nähe der Klimageräte zu den Servern wird die Kühlkapazität hinsichtlich Leistung und Energieeffizienz optimiert. Zusätzlich verhindert die geschlossene Einhausung der Luftwege eine Vermischung von warmer und kalter Luft.

Warme Füße für ein besseres Betriebsklima

Die Wärmetauscher sorgen außerdem bei den rund 80 Sonepar-Beschäftigten am Standort in Holzwickede für warme Füße. ‘Die Mitarbeiter haben das neue Gebäude mit Begeisterung angenommen. Moderne Arbeitsplätze unterstützen sie bei der Bewältigung der täglichen Aufgaben. Begegnungsbereiche wie die Cafeteria, die Kaffee-Ecke und der Come-Together-Bereich vor dem Seminarbereich laden zum Verweilen in den Pausen und zum Gedankenaustausch ein’, so Mark Michaelis, Geschäftsführer bei Sonepar Deutschland Information Services.

Auch über andere zukunftsweisende Annehmlichkeiten, die den Arbeitsalltag angenehmer machen, können sich die Beschäftigten freuen: Das Büroklima wird durch eine Be- und Entlüftungsanlage geregelt und im Automatikbetrieb das Raumklima inklusive der Frischluftbeimischung, Beleuchtung und Beschallung automatisch an die Besucherzahl anpasst. Die Flur- und Bürobeleuchtung ist mit neuester LED-Technik ausgestattet und in jedem Büro dimmbar. Wird ein Büro über einen Zeitraum nicht benutzt, schaltet sich das Licht automatisch über Präsenzmelder gesteuert ab.

Technische Finessen unter der Erde

Raffiniert wird es in diesem Gebäude aber eigentlich erst unter der Erde: Das Passivhaus steht auf 62 Betonpfählen, die 16 Meter tief in den Boden ragen und dort als Wärmetauscher fungieren. Die Pfähle dienen in erster Linie der Abstützung und Gründung des Gebäudes. Gleichzeitig verfügt Beton über eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eignet sich deshalb ideal zur Wärmeabsorption. Ab einer Tiefe von etwa 15 Metern beträgt die Bodentemperatur konstante neun bis elf Grad Celsius. Diesen Umstand machen sich die Energiepfähle zunutze: Im Sommer können die verhältnismäßig niedrigen Temperaturen zur Kühlung des Gebäudes genutzt werden und im Winter zur Beheizung der Büros. Rohrleitungen, in denen ein flüssiger Wärmeträger zirkuliert, führen um die Pfähle herum. Dadurch können die Betriebskosten und auch die CO2-Emissionen des Gebäudes erheblich gesenkt werden. ‘Bei einem solchen Projekt ist es wichtig, dass von Beginn an ein umfassendes Energiekonzept erstellt wird, das alle Gebäudebereiche integriert’, erklärt Stefan Wende, Geschäftsführer der Wende GmbH und Projektleiter im Bereich Energietechnik.

Druckerei mit empfindlichem Papier braucht Präzisionsklimaschränke

Neben der RZ-Infrastruktur befindet sich auf den 1.200 Quadratmetern Nutzfläche des Gebäudes eine Druckerei mit angeschlossenem Lager. Der natürliche Werkstoff Papier ist hygroskopisch, das heißt, er reagiert empfindlich auf Veränderungen der Luftfeuchtigkeit. Deshalb sind in der Druckerei drei Präzisionsklimaschränke im Einsatz, die automatisch die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit des Raumes regeln. Da die Kühlung der Druckerei ganzjährig ausschließlich maschinell erfolgt, kann die Abwärme der Kaltwassererzeugung über Plattenwärmetauscher von der Heizungsanlage der Gebäude abgenommen werden. Außerdem sorgen leistungsgeregelte Wärmepumpen für die flexible Anpassung des Förderstroms an den tatsächlichen Bedarf der Verbraucher. Dadurch wird auch bei geringer Heizlast eine optimale Kompressorlaufzeit erreicht. ‘Damit haben wir ein effizientes System geschaffen, das den Primärenergieverbrauch reduziert und mit einer ökologisch sinnvollen Energierückgewinnung den Wirkungsgrad der Geräte erhöht’, erklärt Klaus Blum, der zweite Geschäftsführer der Sonepar Deutschland Information Services.

Hohe Investitionskosten – aber dafür nie mehr Gaskosten für den Heizbetrieb

Die Investitionskosten für die neuen Räumlichkeiten in Holzwickede waren mit knapp unter zehn Millionen Euro nicht gerade gering, dafür liegt die Einsparung im Bereich der Gaskosten im Gegensatz zum vorherigen Gebäude, das den Wärmebedarf durch eine Gasheizung deckte, bei 100 Prozent. Außerdem kann sich die CO2-Bilanz vor Ort sehen lassen: Da keine konventionelle Heiztechnik verwendet und der Wärmebedarf über Wärmepumpen, Geothermie und Abwärmenutzung aus dem Rechenzentrum erzeugt wird, gibt es keinen CO2-Ausstoss vor Ort. Der Strombedarf wird zudem durch Öko-Strom gedeckt.

Weitere Information:
Peter Lückerath
Landesnetzwerk Energieeffizienz in Unternehmen
EnergieAgentur.NRW
Telefon: +49 (0)202 2455256