Projektidee energieeffiziente Kühlung in Rechenzentren durch Kaltgangeinhausung BMWi-Wettbewerb Energieeffizienz

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Der aktuelle Energiebedarf der deutschen Server- und Rechenzentren beläuft sich jährlich auf mehrere Milliarden kWh, wobei der Trend weiter steigend ist. 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. Diese erfolgt üblicherweise durch Kaltluft, die über einen doppelten Boden in den Serverraum eingebracht wird. Dabei wird oftmals mittels ungeregelter Lüfter die Kaltluft in den Klimaschränken auf die einzelnen Reihen der Serverracks (Racks = Gestelle) verteilt. Durch den Ansatz einer ungeregelten Lüftung entstehen deutlich überdimensionierte Volumenströme an Kaltluft. Darüber hinaus sind die Kaltluftströme der Klimaschränke und der internen Lüfter der Hardwarekomponenten mitunter nicht aufeinander abgestimmt, wodurch es zu Querströmungen zwischen den warmen und kalten Luftbereichen kommen kann. Als Folge muss die Temperatur der Kaltluft weiter abgesenkt werden, um die resultierende Temperaturerhöhung der Zuluft zu kompensieren.

Optimierungspotenziale und mögliche Effizienzmaßnahmen

Einen möglichen Ansatz zur Optimierung der Kühlung in Server- und Rechenzentren stellt die bedarfsgerechte und lokal kontrollierbare Temperaturregulierung mittels einer sogenannten Kaltgangeinhausung dar. Hierbei werden durch bauliche Maßnahmen an den Serverracks die Kalt- und Warmluftströme strikt voneinander getrennt. Hierdurch wird eine Durchmischung von Zu- und Abluft durch unkontrollierte Querströmungen vermieden, wodurch die Temperatur der Zuluft leicht erhöht werden kann. Zudem kann durch eine zusätzliche Druckdifferenzregelung der Lüfter in den Klimaschränken eine Reduzierung des Volumenstroms erreicht und damit die insgesamt umgewälzte Kühlluftmenge weiter reduziert werden. In Summe lassen sich durch derartige Maßnahmen Stromeinsparungen von 7 bis 15 % für den Bereich der Kälteversorgung realisieren.

Projektidee

In einem Server- und Rechenzentrum mittlerer Größe mit einer Fläche von circa 600 , einer Anschlussleistung der Server von 800 kW und einer mittleren Auslastung von 30 % soll die Serverkühlung mittels einer Kaltgangeinhausung optimiert werden. Es ergeben sich dabei folgende Kosten:

  • Investitionskosten für die Kaltgangeinhausung von rund 90.000 ,
  • Investitionsnebenkosten (für Installation und Inbetriebnahme) in Höhe von 60.000 ,
  • und damit in Summe Investitionsgesamtkosten in Höhe von 150.000 .

Von diesen Kosten können im Förderwettbewerb Energieeffizienz bis zu 50 % gefördert werden. Die tatsächliche Höhe der jeweils förderfähigen Kosten hängt letztlich davon ab, welchen Anteil an den Gesamtinvestitionskosten die effizienzbezogenen Kosten (Investitionsmehrkosten und -nebenkosten) aufweisen.

Ausführliche Hinweise zur Berechnung der Investitionsmehrkosten finden sich im Merkblatt "Allgemeine Hinweise zur Antragstellung" (PDF, 295 KB), welches unter "Mitmachen" und "Antragsstellung" auf den Webseiten des Förderwettbewerbs Energieeffizienz abrufbar ist.

Grundlegendes Kriterium für die Zulassung zum Förderwettbewerb Energieeffizienz ist, dass die Amortisationszeit des Projektes, berechnet aus den effizienzbezogenen Investitionskosten und der Summe der eingesparten Energiekosten, mindestens vier Jahre beträgt.

In der Projektidee können mittels der durch die Kaltgangeinhausung optimierten Kühlung jährlich 140 MWh bzw. 75 t CO2 eingespart werden. Bei einer Nutzungsdauer von zehn Jahren ergibt sich somit eine Stromeinsparung von 1.400 MWh. Bei einem angenommenen Strompreis von 0,15 /kWh amortisiert sich die Effizienzmaßnahme ohne Förderung nach mehr als sieben Jahren, mit maximaler Förderung bereits nach weniger als vier Jahren.

Das zentrale Kriterium für die Förderentscheidung im Förderwettbewerb Energieeffizienz ist die je Fördereuro erreichte CO2 -Einsparung pro Jahr („Fördereffizienz“). Diese liegt im beschriebenen Projekt bei der maximal möglichen Fördersumme von 75.000 (50 % Förderquote) und einer erwarteten Einsparung von 75 t CO2 pro Jahr bei etwa 1.000 pro t CO2 und Jahr. Der Antragsteller kann aber selbst entscheiden, ob er eine geringere Förderquote wählt, somit seine Fördereffizienz verbessert und dadurch die Chancen im Wettbewerb um die Fördermittel erhöht.