Mehr Energieeffizienz durch die Nutzung freier Kühlung

Freie Kühltechnik auf dem Dach
© Fotolia.com - arkady_z

 

Der wesentliche Anteil der in Rechenzentren verbrauchten Energie wird von den Hardwarekomponenten in Wärme umgewandelt. Um ein Überhitzen zu vermeiden, muss eine Kühlung der IT-Komponenten erfolgen. Die benötigte Kühlleistung von Rechenzentren ist daher direkt von dessen Auslastung abhängig und tritt ganzjährig auf. Die Kälteversorgung wird dabei auf die Wärmemenge ausgelegt, welche bei maximaler Auslastung der IT-Komponenten entstehen würde und somit abzuführen wäre. In der Regel wird die maximale IT-Last jedoch selten in Anspruch genommen, sodass die Kälteversorgung für einen Großteil der Betriebszeit überdimensioniert ist.

Optimierungspotenziale und mögliche Effizienzmaßnahmen

In vielen Rechenzentren wird die benötigte Kälte ausschließlich mithilfe von nicht regelbaren Kompressionskältemaschinen erzeugt, welche oft hohe Optimierungs- und damit Stromeinsparpotenziale aufweisen. Der wesentliche Nachteil von ungeregelten Kälteerzeugern ist, dass sich bei diesen die Kälteleistung nur mithilfe von An- und Abschaltvorgängen anpassen lässt. Aus Effizienzgründen empfiehlt es sich, einen neuen leistungsgeregelten Kompressor (mit Frequenz-Umrichter) einzusetzen. Der ständig wechselnde Kältebedarf kann dadurch mit jeweils angemessener Leistung versorgt werden. Auf diese Weise kann eine Effizienzsteigerung von 5 bis 10 % erreicht werden.
Bei niedrigen Außenlufttemperaturen kann die Kälte zudem vollständig oder zumindest teilweise durch freie Kühlung bereitgestellt werden. Dabei wird das Kühlwasser über einen Freikühler geleitet und durch die Umgebungsluft abgekühlt. Die jährliche Nutzungszeit der freien Kühlung und somit die Höhe der Einsparung ist abhängig von der geographischen Lage und der benötigten Kühlwassertemperatur. Durch derartige Maßnahmen lassen sich in Deutschland Stromeinsparungen in der Höhe von rund 40 % für den Bereich der Kälteversorgung realisieren.

Projektidee

In einem Server- und Rechenzentrum mittlerer Größe mit einer Fläche von ca. 2.000 m², einer Anschlussleistung der Server von 2.550 kW und einer mittleren Auslastung von 30 % soll die bestehende Kälteversorgung durch neue hocheffiziente Kältetechnik ausgetauscht werden. Es ergeben sich dabei folgende Kosten:

  • Investitionskosten für die Effizienzsteigerung der Kälteerzeugung (Kosten für den Ersatz der alten Kompressionskältemaschinen durch hocheffiziente regelbare Kältetechnik und den zusätzlichen Komponenten für die freie Kühlung) von rund 890.000 €,
  • Investitionsnebenkosten (für Installation, Messtechnik und Inbetriebnahme) in Höhe von 46.000 €
  • und damit in Summe Investitionsgesamtkosten in Höhe von 936.000 €.

Von diesen Kosten können bei STEP up! maximal 30 %, d.h. max. 280.800 €, gefördert werden. Die tatsächliche Höhe der jeweils förderfähigen Summe hängt letztlich davon ab, ob es sich bei der Maßnahme um eine vorgezogene Ersatzinvestition, eine Zusatzinvestition oder eine Erneuerungsinvestition handelt. (Hinweise zu den Investitionstypen finden sich im Merkblatt "Allgemeine Hinweise zur Antragstellung in STEP up!", welches unter dem Navigationspunkt "Teilnehmen" und "Ausschreibungsrunden" auf der STEP up!-Webseite zu finden ist).

Grundlegende Kriterien für eine Förderung durch STEP up! sind, dass die Maßnahme sich erst nach mehr als drei Jahren amortisiert und der sogenannte "Kosten-Nutzen-Wert" von maximal 0,10 €/kWh nicht überschritten wird.

Durch die im vorliegenden Projektbeispiel eingesetzte hocheffiziente Kältetechnik können jährlich 1.140 MWh eingespart werden. Bei einer Lebensdauer von zehn Jahren ergibt sich somit eine Stromeinsparung von 11.400 MWh. Bei einem angenommenen Strompreis von 0,15 €/kWh amortisiert sich die Effizienzmaßnahme ohne Förderung nach gut fünf Jahren, mit maximaler Förderung bereits nach knapp vier Jahren.

Der Kosten-Nutzen-Wert der Maßnahme ergibt sich aus dem Quotienten der beantragten Fördersumme (Kosten) und der Stromeinsparung über die gesamte Nutzungsdauer der Technik (Nutzen). Wird die maximale Förderung von 30 % beantragt, liegt der Kosten-Nutzen-Wert im betrachteten Beispiel bei 0,025 €/kWh und damit unterhalb des bei STEP up! zugelassenen Grenzwertes von 0,1 €/kWh.