Passive Kühlung
für hohe Betriebsstunden
und kontinuierliche Wärmelasten.
Rechenzentren und Serverräume mit Geo-HEP-Systemen kühlen
Dauerhafte Wärmelasten effizient abführen –
mit dem Gebirge als natürlicher thermischer Senke.
Rechenzentren und Serverräume erzeugen über viele Betriebsstunden kontinuierlich Wärme. Diese thermischen Lasten müssen zuverlässig aus der technischen Infrastruktur abgeführt werden.
Geo-HEP nutzt dafür den Untergrund als natürliche thermische Senke. Unter geeigneten Bedingungen kann ein wesentlicher Teil der Kühlung passiv erfolgen, ohne dass eine klassische Kältemaschine dauerhaft arbeiten muss.
Ob und in welchem Umfang Geo-HEP eingesetzt werden kann, hängt vom tatsächlichen Kühlbedarf, den benötigten Temperaturen, der vorhandenen Anlagentechnik sowie den geologischen und hydrogeologischen Bedingungen des Standorts ab.
Der Geo-HEP Hochleistungsenergiepfahl nutzt dafür das Gebirge bzw. den Untergrund als natürliche thermische Senke. Unter geeigneten Bedingungen kann die Kühlung passiv erfolgen, ohne dass eine klassische Kältemaschine dauerhaft arbeiten muss.
Ob und in welchem Umfang Geo-HEP Hochleistungsenergiepfahl eingesetzt werden kann, hängt vom tatsächlichen Kühlbedarf, den benötigten Temperaturen, der vorhandenen Anlagentechnik sowie den geologischen und hydrogeologischen Bedingungen des Standorts ab.
Das Systemprinzip auf einen Blick
So führt der Geo-HEP Hochleistungsenergiepfahl Wärme aus dem Rechenzentrum ab
Im Rechenzentrum nimmt die Kühltechnik die von Servern und technischer Infrastruktur abgegebene Wärme auf. Über einen technischen Kühlkreislauf wird diese Wärme zum Geo-HEP-Hochleistungsenergiepfahl transportiert und an den Untergrund abgegeben. Das abgekühlte Medium wird anschließend wieder dem Serverraum zugeführt.
Warme Luft aufnehmen
Die von Servern und technischen Komponenten erwärmte Luft wird von der Kühltechnik aufgenommen.
Wärme an den Kühlkreislauf übertragen
Die Wärme wird an das zirkulierende Wärmeträgermedium des technischen Kühlkreislaufs übergeben und zum Geo-HEP-System transportiert.
Thermische Lasten puffern und Wärme abgeben
In den Hochleistungsenergiepfählen kann die integrierte thermische Speichermasse kurzfristige Lastspitzen aufnehmen. Anschließend wird die Wärme über die Pfahloberfläche an den umgebenden Untergrund übertragen.
Gekühlte Luft zurückführen
Nach der Wärmeabgabe steht im Kühlkreislauf wieder ein niedrigeres Temperaturniveau zur Verfügung. Über die Kühltechnik wird die Raum- beziehungsweise Zuluft abgekühlt und erneut dem Serverbereich zugeführt.
Geo-HEP arbeitet dabei als geschlossenes Wärmeaustauschsystem.
Grundwasser wird weder gefördert noch in den Anlagenkreislauf eingebunden.
Warum Geo-HEP Systeme für Rechenzentren interessant ist
Rechenzentren haben ein für geothermische Kühlsysteme interessantes Einsatzprofil: Kühlenergie wird über viele Stunden im Jahr benötigt, gleichzeitig können die thermischen Lasten im Tages- und Betriebsverlauf schwanken.
Hohe Betriebsstunden effizient nutzen
Bei geeigneten Systemtemperaturen kann das Geo-HEP-System passive Kühlung ermöglichen. Elektrische Energie wird dabei im Wesentlichen für Umwälzpumpen sowie die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik benötigt.
Gerade bei hohen jährlichen Betriebsstunden kann der geringe elektrische Hilfsenergiebedarf einen wichtigen Beitrag zur Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit leisten. Der tatsächliche Vorteil gegenüber einer vorhandenen oder geplanten Kühlanlage wird projektspezifisch ermittelt.
Thermische Lastspitzen puffern
Die integrierte thermische Speichermasse der Hochleistungsenergiepfähle kann kurzfristige Lastspitzen aufnehmen und puffern. Die Wärme wird anschließend über die Pfahloberfläche an den umgebenden Untergrund übertragen.
Welche Bedeutung diese Pufferfunktion im konkreten Rechenzentrum hat, hängt vom Lastprofil und von der Dimensionierung des Systems ab.
Den Untergrund kompakt nutzen
Die Hochleistungsenergiepfähle stellen eine große Wärmeaustauschfläche zur Verfügung und ermöglichen eine kompakte Anordnung des Systems.
Das kann insbesondere an Standorten interessant sein, an denen nur begrenzte Flächen für die geothermische Erschließung zur Verfügung stehen. Anzahl und Anordnung der Hochleistungsenergiepfähle werden aus dem Kühlbedarf sowie den räumlichen und geologischen Standortbedingungen abgeleitet.
Geologie und Grundwasser bestimmen die Leistungsfähigkeit
Wie gut der Untergrund Wärme aufnehmen und weitertransportieren kann, ist für die Auslegung der passiven Kühlung entscheidend.
Neben Aufbau, Schichtung, Wärmeleitfähigkeit und Wärmespeichervermögen des Untergrunds spielen deshalb auch die hydrogeologischen Bedingungen eine wichtige Rolle.
Das Geo-HEP-System in das Kühlkonzept integrieren
Geo-HEP kann sowohl bei neuen Rechenzentren als auch bei der Modernisierung bestehender Kühlanlagen geprüft werden.
Für die Einbindung sind insbesondere die vorhandene Anlagenhydraulik, die erforderlichen Temperaturen, das tatsächliche Lastprofil, die Betriebsstunden sowie die technischen Schnittstellen relevant.
Ob das Geo-HEP-System bestehende Kühltechnik ersetzt, ergänzt oder gemeinsam mit weiteren Kühlsystemen betrieben wird, wird im Rahmen der projektspezifischen Planung festgelegt.
Wärme und Kälte im Gesamtkonzept betrachten
Wo neben einem hohen Kühlbedarf gleichzeitig oder zeitversetzt Wärme benötigt wird, kann Geo-HEP auch als Bestandteil eines kombinierten Energieversorgungskonzepts betrachtet werden. Im Heizbetrieb kann das geothermische System als Wärmequelle für eine Wärmepumpe dienen. Die konkrete Nutzung richtet sich nach dem jeweiligen Wärme- und Kälteprofil des Projekts.
Redundanz und Kältereserve im Kühlkonzept mitdenken
Bei Rechenzentren muss neben dem regulären Kühlbetrieb auch betrachtet werden, wie die Wärmeabfuhr bei Wartung, Störungen oder dem Ausfall einzelner Komponenten aufrechterhalten werden kann. Je nach gefordertem Verfügbarkeitsniveau werden dafür redundante Komponenten oder zusätzliche Kühlpfade vorgesehen.
Geo-HEP kann in diese Gesamtplanung einbezogen werden.
Geo-HEP Hochleistungsenergiepfahl und Saisonalspeicher kombinieren
Der Geo-HEP-Saisonalspeicher befindet sich derzeit in Entwicklung. Seine mögliche Nutzung als Kältereserve für Rechenzentren ist deshalb als konzeptioneller Ansatz zu verstehen und muss für jedes Projekt technisch nachgewiesen und ausgelegt werden. Maßgeblich wären unter anderem die erforderliche Kühlleistung, die gewünschte Überbrückungsdauer, das Temperaturniveau, die Ladestrategie, die hydraulische Einbindung sowie das geforderte Redundanz- und Verfügbarkeitskonzept.
Ein thermischer Speicher ersetzt damit nicht automatisch die vollständige Redundanzplanung eines Rechenzentrums. Er kann perspektivisch jedoch ein zusätzlicher Baustein innerhalb eines abgestimmten Kühl- und Ausfallkonzepts sein.
Normalbetrieb über die Hochleistungsenergiepfähle
Die Hochleistungsenergiepfähle übernehmen im regulären Betrieb die Wärmeabgabe an den Untergrund und bilden die thermische Senke für den Kühlkreislauf.
Kälte gezielt bevorraten
Ein Saisonalspeicher könnte auf ein für das jeweilige Kühlkonzept nutzbares niedriges Temperaturniveau geladen und als zusätzliche thermische Reserve vorgehalten werden.
Reserve bei Bedarf zuschalten
Bei einer Störung, Wartung oder einer vorübergehenden Unterbrechung eines regulären Kühlpfads könnte der Saisonalspeicher – abhängig von Hydraulik und Regelung – zeitweise in den Kühlkreislauf eingebunden werden. Denkbar wäre auch, Hochleistungsenergiepfähle und Speicher für einen begrenzten Zeitraum gemeinsam zu nutzen, um eine erhöhte thermische Last abzuführen.
Ein solcher Speicher könnte damit thermisch überbrücken, bis ein redundanter Kühlpfad übernimmt oder die reguläre Kühltechnik wieder vollständig zur Verfügung steht. Voraussetzung ist, dass die für den Kühlkreislauf notwendigen Pumpen, Wärmetauscher, Regelungseinrichtungen und die raumseitige Kühlung weiterhin funktionsfähig und entsprechend abgesichert sind.
Ist Geo-HEP für Ihr Rechenzentrum geeignet?
Für eine erste Projektbewertung betrachten wir insbesondere:
- Kühlleistung und thermisches Lastprofil
- benötigte System- und Kühltemperaturen
- jährliche Betriebsstunden
- vorhandene oder geplante Kühltechnik und hydraulische Schnittstellen
- Anforderungen an Verfügbarkeit, Redundanz und mögliche Überbrückungszeiten
- verfügbare Fläche am Standort
- geologische und hydrogeologische Bedingungen
- Möglichkeiten für eine spätere Einbindung thermischer Speicher
Auf dieser Grundlage lässt sich beurteilen, ob passive Kühlung mit Geo-HEP grundsätzlich sinnvoll eingesetzt werden kann, welche Rolle das System innerhalb des Kühlkonzepts übernehmen könnte und wie eine weitere technische Auslegung aussehen müsste.