ArKtIK

Adsorptions-Kältetechnologie für Informationstechnologie-Kühlung

Server und Rechenzentren in Deutschland verbrauchen jährlich etwa 14 TWh hauptsächlich elektrische Energie. Server wandeln die von ihnen verbrauchte elektrische Energie in Wärme um und müssen unter Aufwendung weiterer Energie wieder gekühlt werden. In Deutschland wird im Durchschnitt etwa ein Viertel der von Rechenzentren verbrauchten Energie für die Kühlung der Server aufgewendet. Klassischerweise werden sie durch Luft bei Temperaturen zwischen 18°C und 27°C gekühlt, die – insbesondere im Sommer – energieaufwändig durch den Einsatz von mechanischen Kältemaschinen erzeugt werden muss.

Insbesondere im Hochleistungsrechnen (High Performance Computing, HPC) wird seit einigen Jahren die Luftkühlung immer mehr durch direkte Warmwasserkühlung verdrängt, womit Server sehr energieeffizient mit warmem Wasser (40°C-60°C) gekühlt werden können. Dabei wird das Kühlwasser direkt durch die Server gepumpt, wo es die Abwärme selbst bei derart hohen Temperaturen deutlich leichter abführen kann als kalte Luft. Der wesentliche Vorteil dieser Technologie ist, dass die für Warmwasserkühlung erforderlichen Temperaturen auch im Hochsommer in allen Klimazonen ohne den Einsatz von Kältemaschinen erzeugt werden können (sog. freie Kühlung).

Ein weiterer Vorteil der Warmwasserkühlung ist, dass die abgeführte Wärme auf einem verhältnismäßig hohen Temperaturniveau bereits in Wasser gebunden ist. Dadurch lässt sie sich leicht für andere Zwecke wie zur Gebäudeheizung oder als Prozesswärme nutzen.

So lässt sich die Abwärme durch Adsorptionskühlung nutzen, um mit geringen energetischen Aufwand Kälte zu erzeugen, die in Rechenzentren trotz Warmwasserkühlung noch für eine Vielzahl an Systemen benötigt wird. Dabei wird über den sog. Hochtemperaturkreis (HT, >50°C) der Adsorptionskältemaschine Abwärme zugeführt und über den Niedertemperaturkreis (LT, ~20°C) die entstehende Kälte abgeführt. Die Wärmeenergie, die diesen beiden Kreisen entnommen wird, muss dann über den Mitteltemperaturkreis (MT, ~25°C) rückgekühlt werden, beispielsweise über einen Rückkühler. Der energetische Wirkungsgrad des Kältesystems wird hierdurch deutlich gesteigert.

Ziel des ArKTiK-Projekts ist es die Adsorptionskühlung für die besonderen Erfordernisse und Rahmenbedingungen in Rechenzentren zu optimieren. Dies soll hauptsächlich durch drei Ansätze erreicht werden:

1. Modularisierung der Adsoprtionskältemaschinen und engere Integration mit dem IT-System.
2. Erhöhung der Effizienz und Leistungsdichte der Adsorptionstechnologie, insbesondere bei den in Rechenzentren vorherrschenden Temperaturniveaus.
3. Optimierung der direkten Warmwasserkühlung für höhere Temperaturen und Erhöhung der durch Warmwasserkühlung abgeführten Wärme.

Steckbrief