Brunnenkühlung als Alternative

Kühlung aus der Tiefe

Damit ein Rechenzentrum (RZ) zu jeder Zeit ausreichend gekühlt ist, können Mittelständler auf eine stromsparende Lösung zurückgreifen, bei der das Grundwasser die Wärmeabfuhr übernimmt.

Die Klimaschränke stehen an der Längsseite des RZ und pressen die Kaltluft in den Druckdoppelboden der Collocation-Fläche.

Für die Kühlung entnimmt der RZ-Betreiber das Grundwasser aus einem sogenannten Saugbrunnen, filtert es und führt es im primären Kühlkreislauf an den Wärmetauschern vorbei. Danach wird es über Schluckbrunnen wieder in den Grundwasserstrom zurückgespeist und kühlt sich dort auf die Ausgangstemperatur ab. Da die Grundwassertemperatur aufgrund der verzögerten Temperaturausbreitung in Tiefen ab ca. 15 Meter praktisch nicht schwankt, bleibt sie ganzjährig gleichbleibend niedrig – als Referenz bietet sich das RZ des Münchener Unternehmens IGN am Standort in München an, wo die Grundwassertemperatur bei 11,3 °C liegt.

Unter Umweltgesichtspunkten ist die Grundwassernutzung unbedenklich, weil die entnommene Wassermenge wieder in den Grundwasserstrom eingespeist wird. Eine Verunreinigung des Grundwassers ist ausgeschlossen, da es in einem vom sekundären Kreislauf abgesonderten Rohrsystem zirkuliert. Der entscheidende Vorteil der Brunnenkühlung ist der geringe Stromverbrauch – Kaltluft steht quasi zum Nulltarif zur Verfügung. Die langfristige Temperaturkonstanz des Grundwassers und die Unabhängigkeit von den Außentemperaturen machen eine Zukühlung mittels Kältemaschine daher überflüssig.

Lediglich die Pumpen benötigen Strom, um die Reibung in den Rohren zu überwinden. Damit ihr Verbrauch ebenfalls möglichst niedrig gehalten wird, hat der Münchener RZ-Betreiber ihre Maximalleistung höher dimensioniert als notwendig. Im Normalbetrieb arbeiten die Pumpen dann im Teillastbereich mit dem besten Wirkungsgrad. Auf der Collocation-Fläche erübrigen sich Einhausungen und die Abdichtung der Racks, da der Temperaturunterschied zwischen Vor- und Rücklauf unerheblich ist.

Hoher Genehmigungsaufwand

Allerdings ist Brunnenkühlung von vielen externen Faktoren abhängig. Zunächst einmal müssen die geologischen Voraussetzungen am Standort auf ihre Eignung geprüft werden: Grundwasser muss in wirtschaftlich erreichbarer Tiefe, in ausreichender Menge und Temperatur sowie mit ausreichender Fließgeschwindigkeit verfügbar sein. Damit nicht zurückgespeistes erwärmtes Wasser angesaugt wird, muss die Grundstücksgröße passend zum benötigten Abstand zwischen Saug- und Schluckbrunnen gewählt werden.
Weitere Rahmenbedingungen geben die Behörden vor: Das Wassernutzungskonzept, das sich von Bundesland zu Bundesland und von Kommune zu Kommune unterscheiden kann, muss die Verwendung des Grundwassers für die RZ-Kühlung zulassen. Schließlich hängen Brunnenwasserprojekte von der Nachbarschaft ab – bestehende Nutzungen oder Planungen dürfen vor Ort nicht beeinträchtigt werden. Zudem sind die Antrags- und Genehmigungsverfahren für ein Rechenzentrum mit Grundwasserkühlung deutlich langwieriger und aufwendiger als für ein konventionelles RZ und dazu mit planerischen Risiken verbunden. So auch bei dem Münchener Rechenzentrumsbetreiber, bei dem die Baugenehmigung für die Brunnen erst nach der Inbetriebnahme der Anlage erteilt wurde.

Lohnende Nachhaltigkeit

Unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit jedoch lohnt sich der Aufwand: Zum einen werden CO²-Emmissionen vermieden, zum anderen kann die Brunnenanlage eines RZs 30 bis 40 Jahre lang genutzt werden – Kaltwassersätze lediglich etwa zehn Jahre lang.

Die Beschäftigung mit den regionalen geologischen Gegebenheiten lohnt sich vor allem für Betreiber, die energieeffiziente Lösungen für die Kühlung suchen und längerfristig planen können. Mit Brunnenkühlung erreicht ein Rechenzentrum einen Power-Usage-Effectiveness-Wert (PUE) von 1,2 –  und das bereits bei einer Auslastung des RZ von 60 Prozent. Es kommt schließlich mit ca. 20 Prozent des Energiebedarfes eines herkömmlichen Rechenzentrums aus. Für jedes installierte Kilowatt Rechnerleistung werden 800 Watt elek­trische Energie gegenüber Rechenzentren mit einem PUE-Wert von ca. 2,0 eingespart. Legt man eine durchschnittliche CO²-Emission von 600 g pro erzeugter kWh zugrunde, vermeidet das brunnengekühlte Rechenzentrum 2.500 Tonnen CO² jährlich. 

Bildquelle: © IGN

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