Aufbereitung und Bereitstellung von hochwertigem Zusatzwasser für Rechenzentren

• 1. Wasserverbrauch in Rechenzentren
• 2. Verschmutzung des in Rechenzentren verwendeten Wassers
• 3. Aufbereitung des Zulaufwassers für Kühlsysteme
• 4. Schlussfolgerung

1. Wasserverbrauch in Rechenzentren

In Rechenzentren sind unzählige Server und Steuergeräte untergebracht, die große Gebäudeflächen einnehmen und für deren Kühlung sowie zur Aufrechterhaltung eines ordnungsgemäßen Betriebs eine große Menge an gereinigtem Wasser benötigt wird.

Rechenzentren haben einen hohen Wasserverbrauch, vor allem für die Kühlung. Im Durchschnitt verbrauchen Rechenzentren täglich etwa 2.000^m³ Wasser. Dies entspräche der Wassermenge, die eine Stadt benötigt, um etwa 10.000 Einwohner zu versorgen.

2. Verschmutzung des in Rechenzentren verwendeten Wassers

Die größte Verschmutzung entsteht beim Entlüften von Kühlsystemen. Die am häufigsten eingesetzte Technologie sind Kühltürme (halbgeschlossene Kreisläufe).

In Kühltürmen entstehen Wasserverluste durch Verdunstung und Mitreißverluste (ca. 2 % des Durchflusses) sowie durch Entleerungen (ca. 3–5 %). Diese Wasserverluste enthalten konzentrierte Salze, Metalle und Chemikalien.

Durch ein angemessenes Wassermanagement lassen sich der Wasserverbrauch minimieren und die Umweltauswirkungen dieser Anlagen verringern.

Das Speisewasser für das System kann aus dem kommunalen Wasserversorgungsnetz, aus Brunnen oder aus wiederaufbereitetem Wasser stammen. Vor der Verwendung müssen dessen physikalisch-chemische Eigenschaften bekannt sein, um die geeignete Aufbereitung festzulegen.

Die Verschmutzung entsteht durch den Eintrag von Schwebstoffen, organischen Stoffen und Mikroorganismen, die in der im Kühlturm verwendeten Luft enthalten sind, sowie durch den Anstieg des Salzgehalts, der Wasserhärte und des Metallgehalts, der durch die bei der Wasserverdunstung auftretende Konzentration verursacht wird.

Bei geschlossenen Kreisläufen können Korrosionsprobleme und in der Folge Leckagen auftreten, weshalb Korrosionshemmer und Feinfilter dosiert werden müssen.

Die folgende Tabelle zeigt die durchschnittlichen Analysewerte des Wassers, das wir in den halbgeschlossenen Kühlkreisläufen dieser Anlagen vorgefunden haben:

Parameter	Einheit	Wasserzufuhr	Kühlwasser (Entlüftung)	Aufbereitetes Wasser im Kühlturm	Aufbereitetes Wasser im geschlossenen Kreislauf
Härte	mg/lCaCO₃	150 – 500	450 – 2000	50	5
Leitfähigkeit	µS/cm	500–1500	1500–5000	200–800	100
Eisen	mg/l	0,3	0,5 – 5	0,1	0,05
Trübung	NTU	5	10	1	0,5
Biologische Kontamination		Variable	Anmeldung	Sehr niedrig	Sehr niedrig

3. Aufbereitung des Zulaufwassers für Kühlsysteme

Oberflächengewässer enthalten Schwebstoffe und organisches Material in unterschiedlichen Konzentrationen, je nach ihrer Herkunft. Daher muss eine Charakterisierung und eine umfassende Analyse durchgeführt werden, um diese Schadstoffe und ihre Konzentrationen zu ermitteln.

Die konventionelle Behandlungsmethode umfasst:

• Abscheidung grober Feststoffe (Sieben)
• Gegebenenfalls Zugabe von pH-Regulierungsmitteln (Säure, Soda)
• Zugabe von Koagulierungs- und Flockungsmitteln zur Abscheidung von Kolloiden und feinen Schwebstoffen
• Klärung durch Flotation mit gelöster Luft (DAF)
• Filterung durch Filtermedien (Doppel- oder Mehrstufenfilter)
• Filtermembranen (µF/UF)

Diese Behandlungsmethode gilt für zwei Strömungen:

1. Das zugeführte Wasser, das zur Ergänzung der Entleerungen und der Verdunstung im halbgeschlossenen Kühlkreislauf entnommen wird.
2. Das Wasser, das aus den Kühltürmen zurückgeführt wird, nachdem es abgekühlt ist.           

Bei hohem Salzgehalt kommen Reinigungsverfahren mit Umkehrosmosemembranen oder Ionenaustauscherharzen zum Einsatz.

Blockschaltbild zur Aufbereitung des Zulaufwassers für Rechenzentren

4. Schlussfolgerung

Der hohe Verbrauch an Frischwasser, das zur Versorgung der Kühlkreisläufe von Rechenzentren benötigt wird, macht den Einsatz geeigneter Systeme unerlässlich, mit denen ein möglichst großer Teil dieser Ressource recycelt und wiederverwendet werden kann. Diese Strategie ist eine grundlegende Lösung, um die Effizienz, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit der Kühlsysteme dieser Anlagen zu gewährleisten.

Der größte Wasserbedarf entsteht in Kühlsystemen, die dazu dienen, die von Servern und anderen IT-Geräten erzeugte Wärme abzuführen. Diese Geräte geben erhebliche Mengen an Wärmeenergie ab und müssen innerhalb sehr enger Temperaturbereiche betrieben werden, um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten.

Die in Rechenzentren eingesetzten Kühlsysteme sind im Wesentlichen geschlossene oder offene Kreisläufe. In Anlagen mit geschlossenen Kreisläufen werden üblicherweise Korrosionshemmer und Feinfiltersysteme eingesetzt, um die Qualität der Kühlflüssigkeit aufrechtzuerhalten. In Anlagen mit offenen Kreisläufen und Kühltürmen – die am häufigsten anzutreffen sind – hingegen hat die Wasserqualität direkten Einfluss auf die Bildung von Ablagerungen, die Korrosion der Anlagen, das mikrobiologische Wachstum und den Gesamtwasserverbrauch, weshalb eine spezifische Wasseraufbereitung erforderlich ist.

Als allgemeine Lösung eignet sich besonders eine Aufbereitungsanlage, die aus einer Flotation mit gelöstem Luft (DAF) besteht, gefolgt von einer Mikrofiltrations- oder Ultrafiltrationsstufe und einer abschließenden Feinbehandlung, die an die geforderte Qualität angepasst ist. Das DAF-System ermöglicht die Entfernung von Schwebstoffen, Ölen, Fetten und organischen Stoffen; die Membranfiltration reduziert Trübung, Kolloide und Mikroorganismen erheblich; während die Feinaufbereitung – die Enthärtung, teilweise Demineralisierung, chemische Einstellung und Desinfektion umfassen kann – die notwendigen Voraussetzungen für einen sicheren und effizienten Betrieb der Kühltürme gewährleistet.

Diese Kombination von Technologien ermöglicht es, die Konzentrationszyklen zu verlängern, die Spülvorgänge zu reduzieren, den Chemikalienverbrauch zu minimieren und die Lebensdauer von Wärmetauschern, Rohrleitungen und Kühlanlagen zu verlängern. Zudem erleichtert sie die Nutzung von wiederaufbereitetem Wasser oder Wasser unterschiedlicher Qualität und trägt so dazu bei, den Trinkwasserverbrauch zu senken und die ökologische Nachhaltigkeit von Rechenzentren zu verbessern.

Daher stellt die Integration von DAF-Verfahren, Membranfiltration und Feinfiltration eine robuste, flexible und technisch bewährte Lösung für die Aufbereitung des Zulaufwassers in mittelgroßen und großen Rechenzentren dar, die Kühlsysteme mit Kühltürmen einsetzen.

Literaturverzeichnis und Quellenangaben

KI und Wasser: Welche ökologischen Auswirkungen haben Rechenzentren?

Rechenzentren | Grundfos