Rechenzentren verursachen ungefähr 2 Prozent des europäischen Strombedarfs. Aufgrund der fortschreitenden Digitalisierung gehen Expertinnen und Experten von einer weiter steigenden Nachfrage aus. Die Kühlung dieser Rechensysteme ist dabei ein zentraler Faktor für die Energieeffizienz. Traditionelle Luftkühlungssysteme stoßen zunehmend an ihre Grenzen, insbesondere aufgrund der steigenden Leistungsdichten der Server sowie regulatorischer Anforderungen zur Energieeffizienz von Rechenzentren. Hier setzt die direkte Flüssigkeitskühlung an. Durch den Einsatz von Flüssigkeiten wie Wasser oder speziellen Kühlmitteln ist eine deutlich effizientere Wärmeabfuhr möglich. Direkte Flüssigkeitskühlung bedeutet, dass Kühlflüssigkeiten direkt an die hitzeerzeugenden Komponenten der Server geleitet werden. Aufgrund der besseren Wärmeübertagungseigenschaften von Wasser im Vergleich zur Luft sind maximale Kühltemperaturen von 40 bis 60 °C realisierbar. Dies ermöglicht eine Abwärmenutzung für verschiedene Anwendungsbereiche.
An diesem Punkt knüpfen die Projektbearbeiter im Teilprojekt 11 an. Sie untersuchen, wie die anfallende Abwärme von Servern mit direkter Flüssigkeitskühlung bestmöglich genutzt werden kann. Für die praktische Untersuchung wurde ein Versuchsstand in einem Labor an der TU Chemnitz aufgebaut. Das Hochleistungsrechensystem stellt die Firma Megware aus Chemnitz zur Verfügung. Die entstehende Abwärme wird über den installierten Kühlkreislauf abgeführt. Der flexible Aufbau des Kühlkreislaufs ermöglicht es, die Server unter verschiedenen Kühlbedingungen zu betreiben. Durch die Inbetriebnahme eines umfassenden Monitorings kann das Projektteam sowohl die Effizienz der Kühlung als auch die Leistungsfähigkeit der IT-Komponenten überwachen. Die praktischen Untersuchungen ermöglichen es, grundlegende Zusammenhänge zwischen Kühltemperatur, abgeführter Abwärme und Leistungsfähigkeit des IT-Systems zu ermitteln. Diese Erkenntnisse werden daraufhin in ein Simulationsmodell überführt.
Die praktischen Untersuchungen bilden die Grundlage für die Simulation verschiedener Anwendungsfälle zur Abwärmenutzung. Ein interessantes Anwendungsfeld bietet die Adsorptionstechnik. Durch eine geschickte hydraulische Verschaltung ist es möglich, die Rechenzentrumsabwärme im Sommer zum Kühlen (Adsorptionskältemaschine) und im Winter zum Heizen (Wärmetransformation) zu nutzen. Die Untersuchung dieses Anwendungsfalls erfolgt in enger Zusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer ISE und der TU Chemnitz.
Foto: J. Müller