Stahlhut, M.; Urbaneck, T.
Abwärmenutzung flüssigkeitsgekühlter Rechenzentren - Eine systematische Simulationsuntersuchung zur Wärmeversorgung von Wohnquartieren
In: Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein e. V. DKV (Hrsg.): Deutsche Kälte‐ und Klimatagung 2025 Magdeburg. Tagungsband (Datenträger). – ISBN 978-3-911558-00-6
Kurzfassung
Der weltweite Energiebedarf von Rechenzentren nimmt kontinuierlich zu. Mit steigenden Leistungsdichten moderner Server stoßen konventionelle, luftbasierte Kühlsysteme zunehmend an ihre Grenzen. Die direkte Flüssigkeitskühlung ermöglicht eine effiziente Wärmeabfuhr auch bei leistungsintensiven Servern. Vergleichs-weise hohe Kühlmittelaustrittstemperaturen bis zu 55 °C steigern darüber hinaus das Potenzial zur Wärmerück-gewinnung. Eine Möglichkeit zur Nutzung der Abwärme stellt die Wärmeversorgung von Wohnquartieren über Nahwärmenetze dar. Der Anteil der rückgewonnenen Abwärme (Energy Reuse Factor, ERF) hängt dabei von verschiedenen Einflussgrößen ab, insbesondere von der Größe und dem Aufbau des Rechenzentrums, der Lastcharakteristik des Wärmeabnehmers sowie der eingesetzten Wärmeversorgungslösung. Ziel dieser Arbeit ist daher die detaillierte Analyse der Einflussfaktoren auf den ERF bei der Nutzung von Rechenzentrums-abwärme in Nahwärmenetzen. Zu diesem Zweck wurde ein Simulationsmodell in der Softwareumgebung TRNSYS erstellt. Das Modell bildet die Informationstechnik, die Kälteversorgung im Rechenzentrum sowie das Wärmeversorgungssystem inklusive Wärmeabnehmer ab. Als Wärmeversorgungslösung kommt in dieser Betrachtung ein Wärmepumpen-Speicher-System zum Einsatz. Erste Simulationsergebnisse zeigen, dass der Anteil der genutzten Abwärme und die Heizlastdeckung im Quartier gegenläufig miteinander verknüpft sind. Wird die Abwärme aus dem Rechenzentrum vorrangig zur Deckung der Grundlast verwendet, ist der ERF am größten. Ein hoher Anteil an rückgewonnener Wärme reduziert gleichzeitig den Energiebedarf für die Kältebereitstellung sowie die Grenzkosten für den Rechenzentrumsbetrieb. Weiterhin zeigt sich, dass bei ausgeprägten Lastspitzen im Wärmenetz die Integration eines thermischen Energiespeichers sich positiv auf die Heizlastdeckung und die Abwärmenutzung aus dem Rechenzentrum auswirkt. Die entwickelten Kennzahlen ermöglichen eine Übertragung der Ergebnisse auf andere Quartiere und Anwendungsfälle.
Schlagwörter: Rechenzentrum, Abwärmenutzung, Flüssigkeitskühlung, Simulation