Ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Rechenzentruminfrastruktur hat sich zum Ziel gesetzt, einen großangelegten Hochleistungsrechen-Campus im Süden der Vereinigten Staaten zu errichten. Die für extreme Leistung ausgelegte Anlage – mit redundanten elektrischen Topologien, vollständiger USV- und Batteriesicherung sowie sehr hohen Rack-Dichten – erforderte ein ebenso widerstandsfähiges Wasserfiltrationssystem zur Unterstützung der primären Kaltwasserkühlung und der adiabatischen Kältemaschinen.
Mit einer Leistungskapazität im Multi-Gigawatt-Bereich musste jedes System auf ein einziges Gebot ausgerichtet werden: den Dauerbetrieb. Bei einem Standort mit strengen Verfügbarkeitszielen könnte jede Kühlunterbrechung finanzielle Vertragsstrafen auslösen und das Rechenzentrum in Vertragsbruch mit seinen Kunden bringen.
Herausforderung
Um den Anforderungen von künstlicher Intelligenz und Hochleistungsrechnen im großen Maßstab gerecht zu werden, musste der abgelegene Campus einen kontinuierlichen, unterbrechungsfreien Betrieb unter extremen thermischen Lasten gewährleisten. KI-Workloads treiben beispiellose Rack-Dichten und Wärmeabfuhranforderungen voran und üben enormen Druck auf Kühlsysteme und die sie unterstützende Infrastruktur aus.
Anders als ein herkömmliches Rechenzentrum, das an das städtische Wassernetz angeschlossen ist, bezieht dieser Campus sein Wasser aus standorteigenen Brunnen, die einen ausgekleideten Speicherteich speisen, von dem aus das Wasser zur Aufbereitung und anschließend zur Verteilung über mehrere Kühlkreisläufe geleitet wird.
Der Standort und seine Größe brachten mehrere Herausforderungen mit sich:
- Einschränkungen der Wasserqualität: Unbehandeltes Brunnenwasser musste aufbereitet werden, um die Härtezielwerte zu erreichen, die für höhere Konzentrationszyklen erforderlich sind. Dies ermöglicht die Wiederverwendung von Wasser und verhindert gleichzeitig Ablagerungen in Kühlgeräten.
- Betriebsrisiken während der Bauphase: Kühlsysteme mussten in Betrieb genommen werden, bevor die permanente Aufbereitungsanlage hergestellt, geliefert und installiert werden konnte.
- Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit in abgelegenen Standorten: Der Auftraggeber wollte die Komplexität und potenzielle Fehlerquellen minimieren – insbesondere die Abhängigkeit von zentralisierten Druckluftsystemen der Anlage, die in abgelegenen Umgebungen das Risiko von Ausfallzeiten erhöhen können.
Für ein Hochleistungsrechenzentrum ist Zuverlässigkeit nicht nur ein Designziel – sie ist eine vertragliche Anforderung. Der Betreiber benötigte eine Versorgungskette für aufbereitetes Wasser, die in einer abgelegenen Umgebung ohne kommunalen Druck/Durchfluss und ohne Druckluft der Anlage funktionieren kann, während so viele Fehlerquellen wie möglich eliminiert werden – speziell konzipiert für den druckluftfreien Betrieb an abgelegenen Standorten.
Das Konzept von Xylem
Xylem arbeitete mit dem Projektteam zusammen, um eine phasenweise Wasseraufbereitungsstrategie umzusetzen: eine temporäre Übergangslösung zum Schutz des Bauzeitplans sowie ein dauerhaftes Aufbereitungssystem, das auf langfristige Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit ausgelegt ist.
Phase 1 – Temporäre Aufbereitungsbrücke
Um die frühe Inbetriebnahme zu unterstützen und kritische Meilensteine zu sichern, mobilisierte Xylem schnell ein temporäres Wasseraufbereitungssystem aus seinem mobilen Anlagenbestand. Das temporäre System war darauf ausgelegt, aufbereitetes Kühlergänzungswasser bereitzustellen, während die permanente Ausrüstung noch in der Fertigung war.
Zu den wesentlichen Elementen der temporären Phase gehörten:
- Mobile Multimedia-Filtrations- und Membranbehandlungssysteme, dimensioniert zur Unterstützung von Kühlbetrieben
- Integrierte Chemikaliendosierung zur Kalk- und Korrosionskontrolle
- Kontinuierliche Überwachung und Systemaufsicht
- Vollständige Betriebs- und Wartungsunterstützung, einschließlich Verbrauchsmaterialmanagement und Membranservice
Durch die Übernahme der Betriebsverantwortung für das temporäre System übertrug Xylem das Ausführungs- und Wasserqualitätsrisiko vom Eigentümer weg – sodass sich das Standortteam auf den Bau, die elektrische Inbetriebnahme und die Inbetriebnahme des Kühlsystems konzentrieren konnte.
Phase 2 – Permanentes Behandlungssystem
Parallel dazu entwickelte und lieferte Xylem eine feste, langfristige Behandlungslösung, die auf die Hydrogeologie, die Kühlanforderungen und die Zuverlässigkeitsziele des Standorts ausgelegt ist.
Das permanente System umfasst:
- Selbstansaugende Einlasspumpen, um Wasser vom Speicherbecken zur Aufbereitung zu fördern, ohne auf die Druckluftversorgung der Anlage angewiesen zu sein
- Dreifache Multimedia-Filtration zur Entfernung von Schwebstoffen und zur Gewährleistung der Vorbehandlungsstabilität
- Nanofiltration (NF) zur selektiven Reduzierung von Härte und zweiwertigen Ionen
- Elektrisch betätigte Ventile und SPS-basierte Steuerungen, die die Abhängigkeit von einer zentralisierten Druckluftinfrastruktur eliminieren
- Integrierte Chemikaliendosierung und Instrumentierung für eine konsistente Leistungsüberwachung
Das System wurde entwickelt, um zuverlässig Kühlergänzungswasser mit Härtewerten unter 30 ppm (als CaCO₃) zu erzeugen – zur Unterstützung höherer Eindickungsverhältnisse und zur Reduzierung des Gesamtwasserverbrauchs in den Kühlsystemen.
Warum Xylem ausgewählt wurde
Der Kunde suchte einen Partner, der in der Lage ist:
- Anspruchsvolle Bau- und Inbetriebnahmepläne zu unterstützen
- Ein Aufbereitungssystem zu entwickeln, das mit entlegenen, nicht-kommunalen Wasserquellen kompatibel ist
- Betriebsrisiken durch Vereinfachung mechanischer und versorgungstechnischer Abhängigkeiten zu reduzieren
- Die Aufbereitungsinfrastruktur mit der Erweiterung des Campus zu skalieren
Xylem hob sich ab, indem temporäre und dauerhafte Lösungen unter einer einheitlichen Ausführungsstrategie kombiniert wurden, wobei Pumpen, Filtration, Membranbehandlung, Steuerung und Betrieb zu einem kohärenten Liefermodell zusammengeführt wurden. Die enge Zusammenarbeit mit dem Projektingenieurteam stellte sicher, dass die Lösung nahtlos in die Gesamtplanung der Anlage integriert werden konnte und gleichzeitig Flexibilität für zukünftiges Wachstum gewährleistet wurde.
Ergebnisse
Am wichtigsten war, dass die Übergangslösung den Projektzeitplan schützte, indem ein kontinuierlicher Kühlbetrieb aufrechterhalten wurde, während das permanente System hergestellt und installiert wurde. Dies ermöglichte es dem Betreiber, Vertragsstrafen zu vermeiden, die bis zu 20.000 USD pro Tag hätten betragen können, und die Inbetriebnahmemeilensteine einzuhalten.
Weitere Vorteile umfassen:
- Zeitplanschutz: Die temporäre Behandlungsbrücke ermöglichte die fortlaufende Inbetriebnahme des Kühlsystems, während die permanenten Anlagen hergestellt und installiert wurden, wodurch das Risiko von Bauverzögerungen und möglichen Vertragsstrafen reduziert wurde.
- Betriebliche Kontinuität: Behandeltes Wasser stand während des gesamten Übergangs von temporären zu permanenten Systemen zur Verfügung, ohne den Kühlbetrieb zu unterbrechen.
- Verbesserte Kühleffizienz: Durch eine gleichmäßige Härtekontrolle unterstützt das permanente System höhere Konzentrationszyklen und eine nachhaltigere Wasserwiederverwendung.
- Reduzierte Komplexität: Das permanente Design minimiert die Abhängigkeit von zentralisierter Druckluft durch den Einsatz elektrischer Aktuatoren und selbstansaugender Pumpen, wodurch häufige Ausfallpunkte in abgelegenen Installationen beseitigt werden.
Unterstützt durch Xylems kontinuierliche Service- und Supportkapazitäten bietet das fertiggestellte System eine solide Grundlage für eine langfristige Kühlzuverlässigkeit, während der Campus weiter wächst.