Überzeugende Bilanz nach vier Jahren Serverkühlung mit Adsorptionstechnik

September 14, 2015

Berlin/Marburg, 14. September 2015 – Clever gekoppelte Energiesysteme versprechen oft enorme finanzielle Einsparpotenziale. Wie die zuverlässige Produktion von Strom, Wärme und Kälte effektiv den eigenen Energiebedarf senkt, demonstriert mittlerweile im vierten Betriebsjahr die Serverkühlung des städtischen Rechenzentrums Marburg. Die vielfach als Vorbild genutzte Demonstrationsanlage überzeugt Planer und Kommune mit einer beeindruckenden Bilanz.

Rathaus Marburg

Im September 2011 installierte die Stadtverwaltung Marburg eine der ersten KWKK-Anlagen zur Serverkühlung in Deutschland. Seither liefern ein Blockheizkraftwerk aus dem Hause SenerTec und ein InvenSor Adsorptionskältesystem praktisch rund um die Uhr zuverlässig und äußerst effizient Strom und Kälte für den Betrieb des Rechenzentrums.

Durch die Nutzung einer optimal aufeinander abgestimmten Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung reduzierte sich der Energiebedarf der EDV-Server um mehr als 70 Prozent. Die Erfahrungen der vergangenen vier Jahre belegen die hohe Ausfallsicherheit des Systems, wobei auch die Prognosen zu den Energieeinsparungen voll erfüllt wurden.

Prognose zur Wirtschaftlichkeit der KWKK-Anlage im Rathaus Marburg in knapp vier Jahren voll erfüllt

Energieberater Dipl.-Ing. (FH) Hans Hermann Freischlad erklärt das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten: „Das erdgasbetriebene BHKW produziert Strom für den Serverbetrieb und Abwärme, welche die Adsorptionskältemaschine als Antriebsenergie nutzt. Die InvenSor-Maschine liefert 15 bis 17 °C kaltes Wasser als Kühlmittel an ein in die Serverschränke eingesetztes ‚cooling package’ mit Luft-Wasser-Wärmeübertragern.

Gekühlter Serverraum im Rathaus

Dieses saugt warme Luft ab und bläst abgekühlte Luft seitlich in den vorderen Teil des geschlossenen Serverschranks zurück.“ Das Gesamtsystem nutzt geschickt die verschiedenen Energiebedürfnisse im Jahresverlauf aus. Im Sommer wird die Wärme des BHKWs von der AdKM zur Produktion von Kälte genutzt und sorgt so für die zuverlässige Klimatisierung der empfindlichen IT-Hardware.

Im Winter wird die gesamte Abwärme des BHKW zur Gebäudeheizung verwendet. Die Adsorptionskältemaschine (AdKM) läuft während dieser Zeit im „Free Cooling“-Modus, d.h. die Serverschränke werden direkt über die Außenluft gekühlt, sobald die Tagestemperaturen unter 12 Grad sinken.

Modernisierung rechnet sich

Die damalige Wirtschaftlichkeitsberechnung zeigte schnell das ungeheure Energiesparpotential der Gesamtanlage auf. Vor der Modernisierung wurde im Marburger Rathaus eine Umluftkühlung mit fünfprozentiger Außenluftzugabe eingesetzt. Mithilfe einer Kompressionskältemaschine hielten die Betreiber die Raumtemperatur im Rechenzentrum auf konstanten 22 °C. Mit 70.000 kWh entfiel der Großteil des Strombedarfs der Stadtverwaltung von insgesamt 177.000 kWh auf den Serverbetrieb.

Für die Kühlung der Server wurden weitere 28.000 kWh benötigt, für die Ventilation nochmals 13.000 kWh. Die letzten beiden Posten sollten durch die Anschaffung einer modernen KWKK-Anlage komplett ersetzt werden. Hinzu kam eine errechnete Stromerzeugung des BHKWs von 44.000 kWh bei 8.000 Betriebsstunden im Jahr, mit welcher wiederum die Server angetrieben werden können. Eventuelle Überschüsse sollten direkt ins Gesamtnetz des Rathauses eingespeist werden, um zusätzlich die Strombeschaffungskosten zu verringern.

Strom und Wärme per BHKW

Auf Empfehlung des Energie-Experten Freischlad entschied sich die Stadt Marburg für eine InvenSor LTC 09 Kältemaschine mit 9 kW Nennleistung und ein SenerTec BHKW mit 5,5 kW elektrischer und 12,5 kW thermischer Leistung. Aus Brand-, Wasser- und Einbruchschutzgründen wurde zuvor bereits auf neue, hermetisch abgeschlossene Serverschränke der Firma Rittal aufgerüstet. Das passende Kühlsystem sollte sowohl ökologisch als auch wirtschaftlich äußerst effizient arbeiten.

Die aktuelle Bilanz nach nur vier Jahren Laufzeit kann sich sehen lassen. Alle im Vorfeld berechneten Werte wurden voll erfüllt, wie auch Peter Wagner vom Fachdienst Hochbau der Stadtverwaltung Marburg bestätigt: „Das Betriebsverhalten ist genauso eingetreten wie es prognostiziert wurde. Wir sind sehr zufrieden, dass die in Aussicht gestellten Energie- und Kosteneinsparungen in der Realität sogar noch übertroffen wurden.“

Alle Komponenten wiesen durchgehend hohe Betriebslaufzeiten auf. Dadurch realisierte das BHKW wie zuvor prognostiziert 80.000 kWh. Der Strombedarf für Kühlung und Ventilation konnte wie versprochen um 41.000 kWh reduziert werden. Dank der Förderung durch das Bundesland Hessen mit 32.000 Euro sowie einer zusätzlichen BAFA-Förderung von 9.000 Euro halbierten sich zudem die Anschaffungskosten.

Zu Beginn des Projekts gingen die Beteiligten bei einer jährlichen Kostenersparnis von mindestens 14.500 Euro von einer Amortisationszeit von circa drei Jahren aus. Durch die kontinuierlich sinkenden Gaspreise konnte jener Wert nach der Inbetriebnahme der Anlage sogar noch unterschritten werden. Mittlerweile läuft das System seit vier Jahren und Planer wie Betreiber sind absolut überzeugt von der Adsorptionstechnologie.

Dabei trägt ein Dienstleister alle anfallenden Investitionskosten für den Kunden und übernimmt im Rahmen langfristiger Verträge die Gesamtverantwortung für den reibungslosen Betrieb der neuen Anlage. Der Nutzer der bereitgestellten Energie geht damit kein eigenes finanzielles Risiko ein und profitiert gleichzeitig von der langjährigen Erfahrung des Serviceanbieters. Besonders eignet sich das Modell für Unternehmen, die ihre Heiz- und Klimatisierungskosten deutlich senken möchten, aber die anfänglichen Anschaffungskosten meiden wollen.

Zuverlässiger Betrieb ohne Unterbrechung

Die Hauptherausforderung der Serverkühlung in Marburg lag klar in der Ausfallsicherheit der gewählten Lösung. Wichtigstes Kriterium für den Magistrat stellte seinerzeit die Zuverlässigkeit des Systems dar, immerhin greifen über 700 Computer täglich auf die Anwendungsprogramme der zentralen EDV-Server zu. Im Falle eines Serverausfalls käme die Arbeit in der gesamten Stadtverwaltung zum Erliegen vom Bürgerbüro bis hin zum Jugend- und Sozialamt.

Die technischen und qualitativen Anforderungen bei der Auswahl aller Komponenten waren dementsprechend hoch. Auch im Detail mussten sorgfältige Entscheidungen getroffen werden z.B. für die richtige Pumpentechnologie oder beispielsweise einen geeigneten Platz für den Rückkühler. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung wurde durch die Installation einer USV-Anlage geschaffen, so dass der Betrieb und die Kühlung der temperaturempfindlichen IT-Infrastruktur jederzeit sichergestellt ist – unabhängig vom herkömmlichen Netzstrom.

Fachdienstleiter Jörg Weiershäuser bestätigt, dass auch die IT-Abteilung sehr zufrieden mit der ausgesprochen hohen Zuverlässigkeit der KWKK-Anlage ist. Einmal pro Jahr wird die Adsorptionskältemaschine gewartet, beim BHKW ist ein Service alle sechs Monate fällig. Herr Wagner vom Fachdienst Hochbau berichtet, dass lediglich ein Rückkühler ausgetauscht werden musste, weil die Lamellen irreparabel verschmutzt waren. Daraufhin wurden die Wartungsintervalle speziell für den Rückkühler auf eine Kontrolle im Quartal erhöht. Ferner wurde eine Hocheffizienzpumpe ausgetauscht, die Magnetit-Ablagerungen aufwies. Die InvenSor-Adsorptionskältemaschine lief in den vergangenen vier Jahren ohne jegliche Beanstandung.

Ausgezeichnetes Leuchtturmprojekt

Peter Wagner von der Stadtverwaltung Marburg mit der InvenSor Adsorptionskältemaschine

Das Marburger Modell einer energie- und kostensparenden Serverkühlung sprach sich in der Fachwelt schnell herum und avancierte zum Vorzeigeprojekt. Die einschlägigen Fachmedien berichteten ausführlich über das Pionierprojekt. Nach intensiver Prüfung des Konzepts verlieh das Bundesland Hessen dem Projekt nach § 4-8 des Hessischen Energiegesetzes den Status einer „Demonstrationsanlage“, sprich: einer technisch wie wirtschaftlich erfolgreichen, zukunftsweisenden Technologie. Gefördert wurde die Anlage damals mit 32.000 Euro, was immer noch aktuellen Fördersummen entspricht. „Aufgrund der umfangreichen Berichterstattung riefen tatsächlich etliche Personen aus der Privatwirtschaft an, um sich von mir die Details unserer KWKK-Anlage erklären zu lassen“, schmunzelt Wagner über die Wellen, die das außergewöhnliche Modernisierungsprojekt inzwischen geschlagen hat. Die erfolgreiche Umsetzung der Energiesparmaßnahmen im Rathaus Marburg hat im Übrigen auch die Firma Freischlad überregional bekannt gemacht.

Heutzutage gehören Adsorptionskältemaschinen zum Standard in der Rechenzentrumskühlung. Dank ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und ihrer hohen Energieeffizienz befinden sie sich aber auch in der Industrie auf dem Vormarsch. Der Umstieg auf die nachhaltige Technologie lohnt sich bereits ab Kälteleistungen von 10 kW. Die Anlagen von InvenSor sind häufig im Leistungsbereich ab 30 kW bis hin zu 200 kW im Einsatz. Die mit dem Adsorptionsprozess bei der Kälteerzeugung erreichten Stromeinsparungen liegen dabei in der Regel zwischen 70% und 90%. Ein weiterer zentraler Pluspunkt der Adsorptionskältemaschinen aus dem Hause InvenSor: Sie arbeiten mit reinem Wasser statt mit immer strenger regulierten konventionellen Kältemitteln.

Für die Energiebilanz der Stadtverwaltung Marburg sind die Vorzeichen weiterhin positiv. Diese freut sich, so Wagner, dank der durchdachten Versorgungslösung auf die nächsten Jahre Serverkühlung mit hohen Einsparungen, niedrigen Kosten und zukunftssicherem Kältemittel.

 

Technische Daten der Anlage

KühlsystemInvenSor Adsorptionskältemaschine LTC mit 9 kW Nennleistung, Kaltwasserpuffer mit 500 l, geschlossene trockene Rückkühlung.
AntriebswärmeSenerTec BHKW mit 5,5 kW thermischer und 12,5 kW elektrischer Leistung (inkl. integrierte Kondenser).
Kühlanwendung3 hermetisch geschlossene 19’’ Serverschränke mit individueller Umluftkühlung durch Luft-Wasser-Wärmetauscher („Rittal Liquid Cooling Package“)
InstallationSeptember 2011