Grosswärmepumpen: Wie Abwärme aus Rechenzentren ins Wärmenetz kommt

01Abwärme, die niemand nutzt

Die Kühlung eines Rechenzentrums führt fast die gesamte aufgenommene Elektrizität als Wärme ab – ganzjährig und gut planbar. Das Temperaturniveau ist allerdings zu tief für ein klassisches Fernwärmenetz. Eine Grosswärmepumpe schliesst diese Lücke: Sie entzieht dem Kühlwasser Wärme, hebt sie auf Netztemperatur und liefert gekühltes Wasser an das Rechenzentrum zurück.

02Der Denkfehler: die Maschine im Fokus

In frühen Projektphasen wird oft über Hersteller, Verdichterbauart oder Kältemittel diskutiert. Den grössten Einfluss auf Stromverbrauch und Wärmepreis haben aber zwei Temperaturen, die lange vor der Maschinenwahl feststehen: die Quelltemperatur aus dem Rechenzentrum und die geforderte Vorlauftemperatur des Netzes.

03Das Prinzip: Der Temperaturhub bestimmt die Effizienz

Die theoretische Obergrenze der Leistungszahl (COP) ergibt sich aus der absoluten Temperatur der Wärmeabgabe, geteilt durch den Temperaturhub zwischen Quelle und Senke. Reale Grosswärmepumpen erreichen einen Teil dieser Grenze, den sogenannten Gütegrad, oft etwa die Hälfte. Halbiert sich der Hub, verdoppelt sich die Leistungszahl annähernd.

Daraus folgt: Warmwasser-Kühlung im Rechenzentrum und tiefe Netztemperaturen wirken doppelt. Sie verkleinern den Hub von beiden Seiten.

Ein zweiter Vorteil der Rechenzentrums-Abwärme ist ihre Konstanz. Anders als Aussenluft ist die Quelle das ganze Jahr warm und frostfrei, eine Abtauung entfällt. Die Jahresarbeitszahl liegt deshalb meist näher am Auslegungswert als bei Luft-Wasser-Wärmepumpen. Entscheidend bleibt, wie sich die Netztemperatur über das Jahr verändert: Eine witterungsgeführte Absenkung im Sommer verbessert die Bilanz spürbar.

04Ein Rechenbeispiel

Angenommen, eine Wärmepumpe soll 1000 kW an ein Netz mit 65 °C Vorlauf liefern, gespeist aus Kühlwasser mit 30 °C. Mit einem Gütegrad von 0,5 ergibt sich eine Leistungszahl von rund 3,5. Die Wärmepumpe braucht dann etwa 290 kW Strom; gut 710 kW stammen aus der Abwärme.

> 80 %Anteil der Stromkosten an den jährlichen Wärmekosten – angenommen: 8000 Volllaststunden, 15 Rp./kWh, Investition über 20 Jahre abgeschrieben

Weil der Strom die Wärmekosten dominiert, schlägt jede Verbesserung der Leistungszahl fast direkt auf den Wärmepreis durch. Gleitet die Netztemperatur zwischen Vor- und Rücklauf stark, lohnen sich zudem mehrstufige Schaltungen in Serie oder Prozesse, die die Wärme gleitend abgeben.

05Was das für Ihr Projekt bedeutet

• Klären Sie mit dem Netzbetreiber Vor- und Rücklauftemperaturen über das ganze Jahr, nicht nur den Auslegungsfall.
• Planen Sie die Kühlung des Rechenzentrums mit möglichst warmem Kühlwasser – das senkt Kühlaufwand und Temperaturhub zugleich.
• Bewerten Sie Varianten über die Jahresarbeitszahl und die Wärmegestehungskosten, nicht über den COP im Datenblatt.
• Legen Sie Redundanz, Spitzenlastdeckung und das Sicherheitskonzept für das Kältemittel nach EN 378 früh fest. Hinweise zu natürlichen Kältemitteln gibt der Beitrag zur Kältemittel-Wende.

Merksatz

Bei der Abwärmenutzung mit Grosswärmepumpen ist die Netztemperatur der wichtigste Kostentreiber: Wer den Temperaturhub klein hält, senkt den Strombedarf – und damit den Wärmepreis – für die gesamte Nutzungsdauer.

SEDC AG · Beitrag aus unserer internen Weiterbildungsreihe «Technik Praxis», für Bauherrschaften und Nutzer gekürzt.