Wasserqualität in Rechenzentren & Kaltwassernetzen

Kaltwassernetze in Rechenzentren sind konstruktiv geschlossen ausgeführt. Sie sind jedoch nicht zwangsläufig korrosionstechnisch vollständig geschlossen. Durch Nachspeisung, Undichtigkeiten, Wartungsarbeiten, ungeeignete Druckhaltung oder nicht ausreichend entgaste Systeme kann Sauerstoff in den Kreislauf gelangen. Sauerstoffeintrag ist ein wichtiger Faktor für Korrosionsprozesse an Kupferrohren, Aluminium-Wärmetauschern und Stahlbauteilen. Weitere Einflussgrößen sind pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Chlorid- und Sulfatgehalt, Werkstoffkombinationen, Montageverunreinigungen, Temperatur, Strömungsverhältnisse und die Verwendung ungeeigneter Additive.

Korrosion an Wärmetauschern: der häufigste Schadensfall

Aluminium-Wärmetauscher reagieren empfindlich auf pH-Werte außerhalb des für den jeweiligen Werkstoff geeigneten Bereichs. Ein zu hoher oder zu niedriger pH-Wert kann die Schutzwirkung passivierender Schichten beeinträchtigen und Korrosion begünstigen. Bei gemischten Anlagen mit Kupfer- und Aluminiumkomponenten können ungünstige Wasserbedingungen und Materialkombinationen zu erhöhten Metallkonzentrationen im Umlaufwasser führen.

Gelöste oder partikulär eingetragene Kupferverbindungen können sich unter bestimmten Bedingungen auf Aluminiumoberflächen ablagern und dort lokale galvanische Korrosionsprozesse begünstigen. Dieser Ablauf ist jedoch nicht zwangsläufig und hängt von Wasserchemie, Werkstoffen, Strömung und Anlagenzustand ab.

Ablagerungen und Biofilm: sinkende Kühlleistung im Betrieb

Härtebildner aus ungeeignetem oder nicht ausreichend aufbereitetem Wasser können sich als Kalkschicht an Wärmetauscherflächen ablagern. Dadurch verschlechtert sich der Wärmeübergang, während Druckverlust und Energiebedarf steigen können.

Bei erhöhten organischen Belastungen können sich Biofilme bilden. Diese können an Rohrinnenwänden, Ventilen und Wärmetauscherflächen haften, den Strömungswiderstand erhöhen und die Wärmeübertragung beeinträchtigen. Ein geschlossenes Kaltwassernetz ist jedoch nicht automatisch mit einem Legionellenrisiko gleichzusetzen. Legionellen sind insbesondere bei geeigneten Temperaturbedingungen, Aerosolbildung und Anlagen mit Verdunstung oder Trinkwasserbezug relevant. Anlagen mit Verdunstungskühlung fallen zudem nicht in den Anwendungsbereich der VDI/BTGA 6044.

Magnetit und Eisenoxide sind ein weiteres mögliches Problem in Anlagen mit Stahlkomponenten. Sie können schwarzen Feinschlamm bilden, der sich in Bereichen mit geringer Strömung absetzt und Pumpen, Ventile sowie Messarmaturen beeinträchtigt. Ein geeigneter Schlamm- oder Magnetitabscheider kann – abhängig von der Anlagenhydraulik und dem Anlagenkonzept – dazu beitragen, Partikel aus dem Kreislauf zu entfernen.

Die Folgen mangelhafter Wasserqualität sind damit nicht auf die Rohrleitung begrenzt. Schäden an Präzisionsklimageräten, verstopfte Kaltwasserventile in Server-Racks und blockierte Wärmetauscher in zentralen Kältemaschinen können die Verfügbarkeit eines Rechenzentrums beeinträchtigen. Das konkrete Schadensausmaß hängt von Redundanz, Überwachung, Reparaturkonzept und Anlagenaufbau ab.

Die VDI 6044 unterscheidet zwischen Füll- und Ergänzungswasser einerseits und dem Umlaufwasser im laufenden Betrieb andererseits. Das Füllwasser wird vor der Inbetriebnahme kontrolliert; das Umlaufwasser entwickelt durch den Kontakt mit Anlagenkomponenten eigene charakteristische Messwerte, die laufend überwacht werden müssen.

Die exakten Zahlenwerte für die einzelnen Wasserparameter sollten der Originalveröffentlichung der VDI/BTGA 6044 entnommen werden. Eine Übersicht mit pauschalen Angaben wie „Grenzwert nach VDI 6044“ ist für eine technische Dokumentation nicht ausreichend.

Die veröffentlichte Fachübersicht zur VDI 6044 nennt unter anderem einen pH-Bereich von 8,2–10,0 für Umlaufwasser ohne Aluminiumlegierungen, engere Bereiche bei Aluminiumlegierungen, Leitfähigkeitswerte von < 1.500 beziehungsweise < 800 µS/cm sowie eine Gesamthärte von < 8,5 °dH. Diese Werte sind als Übersicht zu verstehen und ersetzen nicht die Originalrichtlinie.

Füllwasser vs. Umlaufwasser: zwei Kontrollzeitpunkte

Die Richtlinie trennt zwischen den Anforderungen an das Wasser vor der Befüllung und den Bedingungen im laufenden Betrieb. Füll- und Ergänzungswasser müssen für die jeweilige Anlage geeignet sein und die festgelegten Parameter einhalten.

Die Richtlinie schreibt nicht pauschal vor, dass ausschließlich vollentsalztes Wasser eingesetzt werden muss. Ob eine Enthärtung, Teilentsalzung, Vollentsalzung oder eine andere Aufbereitung erforderlich ist, hängt von der Wasseranalyse, den Grenzwerten, den Werkstoffen und dem Anlagenkonzept ab.

Im Umlaufwasser können sich Werte durch den normalen Systembetrieb verändern. Werden relevante Ziel- oder Grenzwerte überschritten, sind die Ursache zu ermitteln und geeignete Maßnahmen einzuleiten. Dazu können – je nach Befund – Reinigung, Filtration, Teilwasserwechsel, Anpassung der Wasseraufbereitung oder eine Korrektur des Wärmeträgers gehören.

Rechenzentren mit Freikühlfunktion oder Außenkühlern arbeiten häufig mit einem Glykol-Wasser-Gemisch. Der Grund: Bei niedrigen Außentemperaturen können Außenkühler und Rohrleitungen ohne geeigneten Frostschutz einfrieren.

Ein glykolischer Wärmeträger auf Basis von Monoethylenglykol oder Propylenglykol und Wasser senkt den Gefrierpunkt und kann den ganzjährigen Betrieb unterstützen. Die erforderliche Konzentration hängt von der Glykolbasis, dem konkreten Produkt, der gewünschten Schutztemperatur, einem Sicherheitszuschlag und der Anlagenhydraulik ab.

Wechselwirkungen zwischen Glykol und VDI-6044-Parametern

Für die Einhaltung der VDI 6044 hat der Glykol-Zusatz konkrete Konsequenzen. Ein Glykolgemisch verändert mehrere Parameter der Wasserqualität, teils direkt, teils indirekt über den Kontakt mit Anlagenkomponenten:

• Elektrische Leitfähigkeit: Reines Glykol ist nur schwach leitfähig. Korrosionsinhibitoren und gelöste Bestandteile des Produkts können die Leitfähigkeit jedoch erhöhen. Messwerte glykolhaltiger Medien dürfen daher nicht ohne Berücksichtigung der Produktformulierung mit den Grenzwerten eines reinen Wasserkreislaufs verglichen werden.
• pH-Wert und Pufferwirkung: Geeignete Wärmeträger enthalten Additive, die den pH-Wert und den Korrosionsschutz stabilisieren sollen. Der tatsächlich geeignete pH-Bereich muss jedoch mit dem Produktdatenblatt, den Werkstoffen und den Vorgaben der Anlagenhersteller abgeglichen werden.
• Korrosionsschutz der Inhibitoren: Fertige Wärmeträgerkonzentrate enthalten ein abgestimmtes Inhibitorpaket für verschiedene Werkstoffe. Bei der letztendlichen Auswahl des glykolischen Wärmeträgers unterstützt Sie unsere Glysofor Produktberatung.

Für einen technisch einwandfreien Betrieb eines glykolhaltigen Kaltwassernetzes ist daher entscheidend, ein Produkt einzusetzen, das für die Anwendung insgesamt bestmöglich geeignet ist. Ein reines Glykol-Wasser-Gemisch ohne geeigneten Korrosionsschutz kann den Werkstoffschutz beeinträchtigen und ist daher nicht geeignet.

Weitere Informationen zu den Vorteilen von Glykol-Wasser-Gemischen gegenüber reinem Wasser finden Sie in unserem Überblick.

Freikühlung: warum der Glykolanteil den PUE-Wert beeinflusst

Die Freikühlung ist in modernen Rechenzentren eine wichtige Methode, um den Energiebedarf der Kälteerzeugung zu reduzieren. Dabei wird kühle Außenluft über geeignete Wärmeübertrager genutzt, um das Kaltwassernetz oder einen Teil des Kühlsystems zu kühlen.

Freikühlung kann den Energiebedarf der Kälteanlage senken und dadurch den PUE-Wert positiv beeinflussen. Der tatsächliche Einfluss hängt jedoch vom gesamten Rechenzentrum, dem Klima, den Solltemperaturen, der Hydraulik, den Ventilatoren, den Pumpen und der Betriebsstrategie ab.

Ein zu hoher Glykolanteil erhöht in der Regel die Viskosität des Gemischs und kann dadurch Druckverlust und Pumpenleistung erhöhen. Außerdem können sich Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität verändern. Ein zu niedriger Glykolanteil kann den erforderlichen Frostschutz unterschreiten.

Mit dem Glysofor Stoffdatenkalkulator lässt sich die Konzentration für die jeweilige Auslegungstemperatur berechnen. Dabei sollten mindestens Gefrier- beziehungsweise Schutztemperatur, Viskosität, Dichte, spezifische Wärmekapazität und Druckverlust berücksichtigt werden.

Die normgerechte Befüllung eines Kaltwassernetzes beginnt vor der ersten Betriebsstunde. Wird ein Rechenzentrum mit unaufbereitetem Leitungswasser gefüllt, sind die VDI-Grenzwerte für Härte und Leitfähigkeit von Anfang an überschritten, eine spätere Korrektur ist aufwendig und wirtschaftlich selten sinnvoll. Die Konsequenz: Wasseraufbereitung vor der Erstbefüllung ist kein optionaler Schritt, sondern integraler Bestandteil der Inbetriebnahme.

Wasseraufbereitung ist deshalb häufig ein wesentlicher Bestandteil der Inbetriebnahme. Welche Aufbereitungsstufe erforderlich ist, muss anhand einer Wasseranalyse, der VDI-6044-Anforderungen und der Herstellerangaben festgelegt werden.

Nachspeisung: der häufigste Fehler im Betrieb

Jede Nachspeisung bringt frisches Wasser, und damit potenziell neue Härtebildner, Salze und Sauerstoff, in den geschlossenen Kreislauf. Die VDI 6044 fordert, dass auch das Ergänzungswasser die Grenzwerte einhält. Direktes Nachspeisen aus dem Trinkwassernetz ist daher in den meisten Fällen nicht zulässig. In der Praxis bewähren sich drei Ansätze:

• Eine fest installierte Nachspeiseeinheit mit Demineralisierungsstufe oder Umkehrosmose
• Manuelle Ergänzung mit vorab aufbereitetem, abgefülltem VE-Wasser aus Kanistern
• Bei größeren Anlagen: ein automatisches Nachspeisesystem mit Leitfähigkeitsmessung, das nur bei Unterschreitung eines Grenzwerts freigibt
• Ein Nachspeiseprotokoll mit Wassermengen, Zeitpunkten und gegebenenfalls nachdosiertem Wärmeträger.

Bei glykolhaltigen Systemen kommt ein weiterer Aspekt hinzu: Reine Wassernachspeisung verdünnt die Glykolkonzentration. Bei größeren Nachspeisemengen muss Glykol nachdosiert werden, um den Frostschutz aufrechtzuerhalten. Ein regelmäßig geführtes Nachspeiseprotokoll mit Angabe der Wassermengen erlaubt es, die Konzentration rechnerisch zu schätzen und bei der nächsten Analyse gezielt zu prüfen. Für wasserführende Systeme in der Industrie gilt dasselbe Prinzip, die normgerechte Nachspeisung ist branchenübergreifend die häufigste Schwachstelle im Betrieb.

Die VDI/BTGA 6044 behandelt die Überwachung und Dokumentation der Wasserbeschaffenheit während der Betriebszeit. Praktisch bedeutet das: regelmäßige Probennahmen, nachvollziehbare Messungen und dokumentierte Maßnahmen. Die Richtlinie nennt den Zeitpunkt und Umfang der erstmaligen und wiederkehrenden Untersuchungen als Bestandteil der Instandhaltungsplanung. Ein allgemeingültiges „mindestens einmal jährlich“ sollte deshalb nicht ohne Beleg als zwingende VDI-Vorgabe formuliert werden.

Probennahme: worauf es in der Praxis ankommt

Die Qualität einer Wasseranalyse steht und fällt mit der Probennahme. Folgende Punkte sind bei Kaltwassernetzen in Rechenzentren zu beachten:

• Entnahmestelle: Proben immer an einer Stelle mit turbulenter Strömung entnehmen, nicht aus toten Strängen oder ruhenden Anlagenteilen. Ruhende Bereiche entwickeln andere Wasserchemie als durchströmte Leitungen.
• Spülen vor der Entnahme: Die Entnahmeleitung vor der eigentlichen Probennahme nach einem festgelegten Verfahren spülen. Die Spüldauer sollte nicht pauschal, sondern abhängig von Entnahmestelle und Anlagenkonzept festgelegt werden.
• Probengefäß: Saubere, für die jeweilige Analytik geeignete Probengefäße verwenden. Für Metallanalysen sind die Vorgaben des Labors zu beachten; die Gefäße müssen für die vorgesehene Untersuchung geeignet sein.

Für die Auswertung empfiehlt sich ein spezialisiertes Labor mit Erfahrung in der Analyse glykolhaltiger Kühlmedien. Unser Fluidanalytik-Labor übernimmt die Untersuchung Untersuchung je nach Auftrag einschließlich relevanter Parameter für Wasserqualität und Wärmeträgermedium und liefert eine dokumentierbare Bewertung des Anlagenzustands.

Inhibitorgehalt bei glykolhaltigen Systemen überwachen

Bei Rechenzentren, die mit Glykol-Wasser-Gemischen arbeiten, reicht eine reine Wasseranalyse nicht immer aus. Zusätzlich können Glykolkonzentration, pH-Wert, Inhibitorzustand und gegebenenfalls Abbauprodukte relevant sein.

Additivpakete können im Lauf der Betriebsjahre durch Verdünnung, Nachspeisung, chemische Reaktionen und thermische Belastung verändert werden. Sinkt der Inhibitorgehalt unter den vom Hersteller empfohlenen Bereich, kann der Korrosionsschutz nachlassen, auch wenn der Frostschutz noch ausreichend ist.

Eine kombinierte Analyse aus relevanten Wasserparametern, Glykolkonzentration und produktbezogener Inhibitorprüfung kann deshalb ein umfassenderes Bild des Systemzustands liefern. Welche Parameter tatsächlich erforderlich sind, sollte mit dem Produktanbieter und dem Analyselabor abgestimmt werden.

Change-Over-Anlagen sind Systeme, die zwischen Heiz- und Kühlbetrieb wechseln. Sie kommen in modernen Gebäuden mit reversiblen Wärmepumpen ebenso vor wie in Rechenzentren, die Abwärme für die Gebäudeheizung nutzen. Für diese Anlagen gelten, je nach Betriebsmodus, die Anforderungen beider Richtlinien gleichzeitig.

Das bedeutet konkret: Im Heizbetrieb unterliegt die Anlage den Vorgaben der VDI 2035, im Kühlbetrieb den Anforderungen der VDI 6044. Beide Normen sind in mehreren Parametern kompatibel, der angestrebte pH-Bereich überschneidet sich, und demineralisiertes Füllwasser ist für beide Betriebsmodi die richtige Wahl. An einem Punkt unterscheiden sich die Anforderungen jedoch: Die Gesamthärtevorgabe ist in der VDI 6044 (unter 8,4 °dH) weiter gefasst als in manchen Auslegungen der VDI 2035 für Hochtemperaturanlagen. Wer eine Change-Over-Anlage auslegt, muss beide Richtlinien kennen und die jeweils strengeren Grenzwerte als Maßstab nehmen.

Ein weiterer Aspekt betrifft das Kühlmedium selbst. Viele Change-Over-Anlagen arbeiten mit einem Glykol-Wasser-Gemisch, das sowohl im Heizbetrieb (niedrigere Temperaturen in der Kaltwasserstrecke) als auch im Kühlbetrieb die Anlage schützt. Das Glykolprodukt muss in diesem Fall für beide Temperaturbereiche geeignet sein, für den moderaten Kühlbetrieb bis 40 °C ebenso wie für die Heizungsvorlauftemperaturen, die in Wärmepumpenheizkreisen typischerweise zwischen 35 und 55 °C liegen. Für die Heizungs- und Kältetechnik stehen bei Glysofor abgestimmte Produkte bereit, die für diesen kombinierten Einsatz konzipiert sind.

Für den Einsatz in Rechenzentrums-Kaltwassernetzen bieten wir mehrere abgestimmte Wärmeträgerflüssigkeiten an. Alle Produkte enthalten ein vollständiges Inhibitorenpaket, das den Werkstoffschutz gemäß den Anforderungen moderner Kaltwassernetze sicherstellt. Einfüllfertige Glysofor-Wasser-Mischungen werden mit demineralisiertem Wasser gemäß VDI 2035 oder VDI 6044 hergestellt und geliefert. Technische Spezifikationen und Dokumentationen finden Sie auf der jeweiligen Glysofor-Produktseite.

Glysofor N, der Standard für HVAC und Rechenzentrum

Glysofor N ist ein Wärmeträger Glysofor N ist ein Wärmeträger auf Monoethylenglykolbasis mit Korrosionsschutz. Wie es für ein bestimmtes Rechenzentrum, eine Präzisionsklimaanlage oder einen Außenkühler geeignet ist, hängt von Konzentration, Temperatur und weiteren Anlagenparametern ab. Es verhindert das Einfrieren von Außenkühlern bei niedrigen Temperaturen und den optimalen Wärmeabtransport im Sommerbetrieb.

Es kann dazu beitragen, das Einfrieren von Außenkühlern bei niedrigen Temperaturen zu verhindern und den Wärmeabtransport im Sommerbetrieb zu ermöglichen. Projekt- und Kundenreferenzen wie WINX Tower Frankfurt oder Tesla Gigafactory Grünheide sollten nur mit belastbaren, öffentlich freigegebenen Nachweisen veröffentlicht werden.

Glysofor L, für energieeffiziente Kühlsysteme

Glysofor L basiert auf Propylenglykol und ist für sensible Bereiche vorgesehen. Propylenglykol-Wasser-Gemische sind bei vergleichbarer Konzentration und Temperatur typischerweise viskoser als Monoethylenglykol-Wasser-Gemische. Daher kann nicht pauschal behauptet werden, dass Glysofor L den Pumpenenergiebedarf gegenüber MEG reduziert.

Glysofor EVO N, die umweltfreundliche Variante ohne kritische Additive

Glysofor EVO N ist ein Frostschutzkonzentrat und Wärmeträgermedium auf Monoethylenglykolbasis mit einer speziellen Korrosionsschutzformulierung. Ohne Triazole, Borat, Nitrit, Phosphat oder Silikat.

Für Rechenzentren mit ESG-Reporting, Nachhaltigkeitszielen oder besonderen Anforderungen an die Additivformulierung kann ein solches Produkt interessant sein. Die Eignung für Abwasser, Umweltanforderungen und Entsorgung muss separat anhand der geltenden Vorschriften sowie des Sicherheitsdatenblatts bewertet werden.

Weitere Informationen zur Auswahl des richtigen Produkts für Ihre Anlage bietet die Seite zur Prozesskühlung.