Velte-Schäfer, A.; Stahlhut, M.; Füldner, G.; Urbaneck, T.
Adsorptive Wärmetransformation in Rechenzentren - Analyse der Möglichkeiten und Grenzen
In: Deutscher Kälte- und Klimatechnischer Verein e. V. DKV (Hrsg.): Deutsche Kälte‐ und Klimatagung 2023 Hannover. Hannover, 2023 Tagungsband (Datenträger). – ISBN 978-3-932715-56-3. https://dkv.org/index.php?id=161
Kurzfassung
Rechenzentren benötigen eine permanente Kühlung, um eine Überhitzung der elektrischen/elektronischen Bau-teile zu verhindern. Die Direktflüssigkeitskühlung der Server ist eine Möglichkeit die Abwärme effizient abzufüh-ren. Bei dieser Kühltechnologie verlässt das Kühlmedium Wasser das Rack mit einer maximalen Austrittstempe-ratur zwischen TIT,Aus,max = 50…55 °C. Die Serverabwärme kann u.a. für den Betrieb thermisch angetriebener Kältemaschinen genutzt werden, um Kaltwasser auf einer Temperatur von ca. TKW,VL = 15…20 °C bereitzustellen (typisches Temperaturtripel 18/26/50 °C). Dieser Anwendungsfall wurde im letzten Jahrzehnt gut untersucht. Eine Anlage basierend auf Adsorptionsmodulen mit dem Arbeitspaar Silicagel/Wasser wurde vom Leibniz Rechenzentrum in München 2017 in Betrieb genommen. Ein wesentlicher Nachteil dieses Anwendungsfalls sind die wenigen Betriebsstunden (ca. 10 % des Jahres) – an mitteleuropäischen Standorten reicht die freie Kühlung in den meisten Betriebsstunden über das Jahr hinweg aus. Dies erschwert den wirtschaftlichen Betrieb dieser Lösung. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Nutzung der Rechenzentrumswärme für die Gebäudeheizung und Trinkwassererwärmung. Beispielsweise werden für Nahwärmenetze und die Trinkwassererwärmung Temperaturen von ca. 70 °C benötigt. Hier ist die Temperatur der Abwärme mit 50…55 °C zu gering. Mittels adsorptiver Wärmetransformation kann die Abwärme genutzt werden, um Wärme auf hoher Temperatur (65…75 °C) für Gebäudeheizung und Trinkwassererwärmung bereitzustellen (typisches Temperaturtripel 10/50/65 °C). Diese Möglichkeit soll in diesem Beitrag anhand von typischen Temperaturen zunächst für das gängige Arbeitspaar Silicagel/Wasser näher untersucht werden. Weiterhin wird das Potential von neuartigen Adsorbenzien (metall-organische Gerüstverbindungen, MOF) gegenüber dem Arbeitspaar Silicagel/Wasser für die beiden Anwendungsfälle evaluiert.
Schlagwörter: Adsorption, Wärmetransformation, thermisch angetriebene Kältemaschine, metallorganische Gerüstverbindungen, Rechenzentrumsabwärme