Regulatorische Rahmenbedingungen im Rechenzentrumsbau

Die Informationstechnologie befindet sich weiterhin im Aufschwung und erfordert den Bau neuer Rechenzentren.
Bild: Clipdealer

Mit dem Inkrafttreten der novellierten ­F-Gase-Verordnung am 11. März 2024 wurden umfangreiche Neuerungen eingeführt. Ziel der Verordnung ist es, die Emissionen fluorierter Treibhausgase schrittweise zu reduzieren und nachhaltigere Alternativen zu etablieren. Branchenverbände und Fachgremien haben sich intensiv für eine ausgewogene Regulierung eingesetzt, die Effizienz, Betriebssicherheit und Emissionsreduktion miteinander vereint.

Dadurch können bestehende Projekte fortgeführt und neue Rechenzentren regelkonform geplant werden. Ein wichtiger Bestandteil der Planung ist der Einsatz von Kältemitteln mit einem niedrigen GWP (Global Warming Potential), sowie die Einhaltung und Erfüllung von Sicherheitsaspekten gemäß den in den Projektplanungen vorab getätigten Risikoanalysen für den zukünftigen Standort. Geeignete Kältemittel sind unter der Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften und der Betreiberrisiken beispielsweise R-1234ze, R-515B und R-513A.

Regelungen erfordern grundlegende Anpassungen

Hocheffiziente und ölfreie Turbo-Großwärmepumpe mit 2.000 kW Heizleistung.
Bild: Smardt-OPK

Das Energieeffizienzgesetz bringt zusätzliche Verpflichtungen für Betreiber von Rechenzentren mit einer Anschlussleistung von mehr als 300 kW (nicht redundant) mit sich. Dazu gehören die vollständige ­Erfassung und Meldung von Energieverbräuchen an das Energieeffizienzregister des BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) sowie festgelegte Fristen zur Einhaltung des gesetzlich vorgeschriebenen PUE-Wertes (Power Usage Effectiveness/Energieverbrauchseffektivität).

Bestehende Rechenzentren müssen bis 2027 einen jahresdurchschnittlichen PUE-Wert von ≤ 1,5 und bis 2030 von ≤ 1,3 nachweisen. Neubau-Rechenzentren, die ab Juli 2026 den regulären Betrieb aufnehmen werden, müssen innerhalb von zwei Jahren nach der Gesamt-Inbetriebnahme einen jahresdurchschnittlichen PUE-Wert von ≤ 1,2 erreichen (§ 11 Abs. 2 S. 2 EnEfG). Zudem steigt die Verpflichtung zur Nutzung der erneuerbaren Energien von 50 % (seit 2024) auf 100 % (ab 2027). Diese Regelungen erfordern grundlegende Anpassungen der Energieversorgung und der Kälteerzeugung, was unter anderem auch erhebliche Investitionen in modernere Technologien zur Folge hat.

Abwärmenutzung als zentrale Herausforderung

Wassergekühlter Kälteerzeuger mit Turboverdichter für Großrechenzentren.
Bild: Smardt-OPK

Ein bedeutender Bestandteil der neuen Regularien ist die Wiederverwendung von Abwärme. Betreiber eines neu errichteten Rechenzentrums, welches ab Juli 2026 in den regulären Betrieb gehen wird, müssen mindestens 10 % der entstehenden Abwärme einer weiteren Nutzung zuführen. Bei einer geplanten Inbetriebnahme ab Juli 2027 sind es bereits 15 % und ab Juli 2028 mindestens 20 %. Diese Vorgaben sind jedoch an die technische und wirtschaftliche Zumutbarkeit geknüpft. Sollte beispielsweise ein zuständiger Wärmenetzbetreiber das Angebot zur Wärmelieferung nicht innerhalb von 6 Monaten annehmen oder keine wirtschaftlich vertretbare Verwertung der Abwärme möglich sein, können auch gesetzliche Ausnahmen greifen.

Die Implementierung von Abwärmenutzung hilft, den PUE und die CO₂-Bilanz eines Rechenzentrums deutlich zu senken, stellt Betreiber aber auch vor technische Herausforderungen. Im Durchschnitt liegt der PUE deutscher Rechenzentren zwischen 1,5 und 1,6. Um eine Abwärmenutzung überhaupt möglich zu machen, sind allerdings geeignete Abnehmer wie ­Energiedienstleister, Kommunen oder Industrieunternehmen notwendig. Ist ein solcher Abnehmer gefunden, gilt es, ein passendes Wärmeübergabekonzept zu entwickeln, da die etablierten Kälte- und Klimatechnikkonzepte in Rechenzentren häufig nicht ohne Weiteres anpassbar sind.

Eine zusätzliche Herausforderung stellt darüber hinaus das Temperaturniveau der Abwärme dar. Standardmäßig liegt diese Wärmeleistung bei einem Temperaturprofil zwischen +25 °C und +40 °C, was für viele industrielle Anwendungen schlicht zu niedrig ist. Hier können Hochtemperatur-Wärmepumpen Abhilfe schaffen, indem sie die Temperatur der Abwärme auf ein nutzbares Niveau anheben. Sofern alle gesetzgebenden Kriterien erfüllt werden, fällt der energetische Mehraufwand dieser Wärmepumpen nach dem EnEfG nicht zulasten des PUE-Wertes des Rechenzentrums.

Verfügbare Technologien zur ­Abwärmenutzung

Am Markt existieren bereits verschiedene Möglichkeiten zur Abwärmenutzung, beispielsweise:

Entnahme aus dem Rücklauf der Kaltwasserversorgung

Kältemittel-Heißgas-Enthitzung

Wärmeauskopplung aus dem Rückkühlkreislauf

Diese Systeme müssen optimal aufeinander abgestimmt werden, um eine hohe Effizienz und Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Die Implementierung der Abwärmenutzung darf selbstverständlich keine negativen Auswirkungen auf die Ausfallsicherheit und Verfügbarkeit der IT-Systeme mit sich bringen. Eine große Herausforderung ist dabei die Diskrepanz zwischen der durchgehenden Betriebszeit von Rechenzentren (24/7/365) und der zeitlich wechselnden Abnahme von Abwärme durch externe Nutzer.

Dies kommt beispielsweise bei der Einspeisung in Fern-/Nahwärmenetze zum Tragen, da im Sommer oder in der Nacht natürlich deutlich weniger Wärme benötigt wird. Hierbei können thermische Speichersysteme von großem Nutzen sein. Um eine flexible und standortgerechte Wärmeübergabe zu ermöglichen, bieten Hersteller wie Smardt individuell konfigurierbare Hochtemperatur-Wärmepumpen sowie Wärmetauscher- und Pumpen-Kombinationen als Systemlösung an.

Unterschiede zwischen Bestands- und Neubauten

Neubauten können von Anfang an gesetzeskonform geplant werden, was die Integration energieeffizienter Systeme erleichtert. Allerdings könnten sich einzelne Standorte, die bisher noch in Frage kamen, aufgrund höherer Anforderungen jetzt als ungeeignet erweisen. Für Bestandsrechenzentren stellt die Einhaltung der neuen Vorschriften eine deutlich größere Herausforderung dar, da bestehende Systeme aufwendig nachgerüstet oder ersetzt werden müssen. Einschränkungen wie ­Gebäudestatik, Schallschutzauflagen oder begrenzte Flächenverfügbarkeit erschweren diese Nachrüstungen oder können sie in einigen Fällen sogar unmöglich machen. Für eine sinnvolle Umrüstung von Bestandsanlagen sind daher individuelle, auf die Standortbedingungen zugeschnittene Einzellösungen erforderlich, um diese Standorte, auch im Sinne der Nachhaltigkeit, wirtschaftlich weiterbetreiben zu können.

Zukunftsperspektiven für den IT-Standort Deutschland

Trotz der derzeit eher schwachen gesamtwirtschaftlichen Lage in Deutschland und Europa befindet sich die Informationstechnologie weiterhin im Aufschwung und erfordert somit auch den Bau neuer Rechenzentren. Anwendungen aus den Bereichen Digitale Transformation, Cloud-Computing, KI, Telekommunikation, Edge-Computing und Colocation bieten hier große Chancen für den Wirtschaftsstandort Deutschland, der durch seine zentrale Lage, die hohe Rechtssicherheit und hochqualifizierte IT-Experten beste Voraussetzungen als RZ-Standort mitbringt. In Zeiten immer schnellerer Transportnetze spielt auch die Nähe zum Anwender für möglichst geringe Latenzen eine entscheidende Rolle. Dem stehen aber auch hohe Energiekosten, knappe Flächenverfügbarkeit und immer höhere Anforderungen an Nachhaltigkeit in Verbindung mit neuen gesetzlichen Vorgaben und komplexen Genehmigungsprozessen entgegen.

Durch diese Hürden könnten einige Rechenzentrumsbetreiber ihre geplanten Investitionen in Deutschland möglicherweise noch einmal überdenken oder reduzieren. Trotz dieser Umstände haben sich Rechenzentren zu einem festen Teil unseres beruflichen und privaten Lebens entwickelt und sind dort auch nicht mehr wegzudenken. Rechenzentrumsbetreiber, Politik, Kommunen und Energieversorger haben mittlerweile verstanden, dass eine enge Zusammenarbeit für die Weiterentwicklung von Deutschland als wichtiger ­IT-Standort unumgänglich ist und schließlich alle gemeinsam davon profitieren. Wird diese Zusammenarbeit kontinuierlich intensiviert und der Abbau bürokratischer Hürden weiterverfolgt, steht einer positiven Wachstumsprognose für Deutschland als globaler Rechenzentrumsstandort nichts mehr im Weg.