Rechenzentren und deren elektrischen/elektronischen Komponenten benötigen eine permanente Kühlung. Den größten Kühlbedarf im Rechenzentrum haben die Server, auf denen die Rechentechnik (CPU, RAM usw.) verbaut ist. Eine effiziente Wärmeabfuhr der Serverabwärme ermöglicht die Direktflüssigkeitskühlung. Bei dieser Kühltechnologie verlässt das Kühlmedium Wasser das Rack mit einer maximalen Austrittstemperatur von TIT,Aus,max  = 50…60 °C. Eine ganzjährig freie Kühlung mit Trockenkühlern entspricht dem Stand der Technik. Gleichzeitig ist auch eine Wärmerückgewinnung der Rechenzentrumsabwärme für verschiedene Anwendungsszenarien denkbar. In diesem Beitrag wird deswegen die Wärmenutzung von Rechenzentren mit Direktflüssigkeitskühlung zur Versorgung eines Quartiers mit einer Spitzenlast von 1855 kW und einer jährlichen Wärmelast von 5078 MWh thematisiert. Eine Anhebung des Temperaturniveaus der Rechenzentrumsabwärme auf das Nutztemperaturniveau des Nahwärmenetzes TVL,Netz = 75 °C erfolgt mit zwei Wärmepumpe mit je zwei Verdichtern (Kältemittel R1234ze(E)). Die Untersuchung analysiert dabei mittels transienter Anlagensimulation in TRNSYS die Auswirkung verschiedener Rechenzentrumsgrößen auf die Deckung der Heizlast des Quartiers sowie den Anteil der wiederverwendeten Energie des Rechenzentrums ERF (Energy Reuse Factor). Die Ergebnisse zeigen unter den getroffenen Annahmen, dass bei einer IT-Anschlussleistung von Pel,IT,max = 2200 kW die Wärmelast des Netzes vollständig gedeckt wird mit einem ERF = 0,38 (Web-Lastprofil). Ein weiterer Anstieg der Rechenzentrumsgröße reduziert den Anteil der wiederverwendeten Energie des Rechenzentrums. Ab einem Verhältnis von Pel,IT,max / QNetz,a  = 0,83 kWel/(MWhth/a) ist der ERF ≤ 0,2. Im Hinblick auf Diskussionen zur gesetzlichen Verpflichtungen zur Abwärmenutzung von Rechenzentren (z. B. Energieeffizienzgesetz in Deutschland) spielt das Verhältnis aus Rechenzentrumsgröße und Wärmelast des Quartiers eine entscheidende Rolle.

Im Forschungs- und Demonstrationsprogramm Solarthermie 2000, Teilprogramm 3 wurden von 1993 bis 2002 solar unterstützte Nahwärmesysteme konzipiert, errichtet und vermessen. Wesentliche Ziele dieses Programms waren die Demonstration der Durchführbarkeit, der Nachweis der Kostenreduktion bei großen Systemen und die Weiterentwicklung sowie Untersuchung dieser Technik. Das in diesem Bericht dokumentierte Forschungsvorhaben ist ein Projekt in oben genanntem Vorhaben und zeichnet sich durch folgende Parameter aus: - Energiequelle: Kollektorfelder mit einer Absorberfläche von 538,5 m² (Vakuum-Röhrenkollektoren) und BHKW, - saisonaler Speicher: 8000 m³ Kies-Wasser-Speicher, - Verbraucher: Heizung eines Bürogebäudes Das Vorhaben wurde durch die Autoren wissenschaftlich-technisch betreut. Die Erkenntnisse von der Konzeption bis zur funktionstüchtigen Anlage werden im Bericht erläutert. Auf Grund der meßtechnischen Untersuchung liegen detaillierte Ergebnisse zum Systemverhalten, zur Effizienz der Bauteile und des Systems vor.

Im Forschungs- und Demonstrationsprogramm Solarthermie 2000, Teilprogramm 3 wurden von 1993 bis 2002 solar unterstützte Nahwärmesysteme konzipiert, errichtet und vermessen. Wesentliche Ziele dieses Programms waren die Demonstration der Durchführbarkeit, der Nachweis der Kostenreduktion bei großen Systemen und die Weiterentwicklung sowie Untersuchung dieser Technik. Das in diesem Bericht dokumentierte Forschungsvorhaben ist ein Projekt in oben genanntem Vorhaben und zeichnet sich durch folgende Parameter aus: - Energiequelle: Kollektorfelder mit einer Absorberfläche von 538,5 m² (Vakuum-Röhrenkollektoren) und BHKW, - saisonaler Speicher: 8000 m³ Kies-Wasser-Speicher, - Verbraucher: Heizung eines Bürogebäudes Das Vorhaben wurde durch die Autoren wissenschaftlich-technisch betreut. Die Erkenntnisse von der Konzeption bis zur funktionstüchtigen Anlage werden im Bericht erläutert. Auf Grund der meßtechnischen Untersuchung liegen detaillierte Ergebnisse zum Systemverhalten, zur Effizienz der Bauteile und des Systems vor.

Diese Arbeit stellt die theoretischen Untersuchungen für ein ausgewähltes Wärmepumpen-Speicher-System zur emissionsneutralen Wärmeversorgung eines Quartiers vor. Dabei dient ein Fernwärme-Rücklauf als Wärmequelle für die Wärmepumpen. Die Stromversorgung (u. a. Antriebsenergie) kann sowohl durch erneuerbaren (PV, Wind) als auch konventionellen Strom erfolgen. Zur Abbildung des Systems kamen die Programme TRNSYS und MATLAB mit Solver CPLEX zum Einsatz. Von besonderem Interesse waren die optimale Dimensionierung und der optimale bzw. flexible Betrieb der Anlage. Das Anlagenkonzept mit dem Wärmespeicher ermöglicht eine signifikante Reduktion der CO2-Emissionen sowie eine Senkung der Wärmegestehungskosten bis zu 17,7 % gegenüber einer Referenzauslegung ohne einen Wärmespeicher. Zur Gewährleistung einer hohen Anlagenflexibilität im Betrieb inklusive der Versorgungssicherheit des Quartiers ist ein relativ großer Wärmespeicher mit einem Volumen größer als 30 m³ vorteilhaft und praktisch umsetzbar. Dieses System ermöglicht es kurzfristige (wenige Minuten) und langfristige (saisonale) Schwankungen seitens der erneuerbaren Stromversorgung aufzunehmen und in eine sichere/bedarfsgerechte Wärmeversorgung zu überführen.:1 Einleitung 2 Referenzquartier und -system 3 Transiente Simulation des Wärmepumpen-Speicher-Systems 4 Modell zur Erzeugereinsatzoptimierung 5 Untersuchungen zum praktischen Einsatz vom MATLAB/CPLEX-Modell 6 Flexibilitätspotential Anhang