Worauf Betreiber achten

Die Kühlung zählt zu den größten nicht-IT-bedingten Energieverbrauchern in Rechenzentren. Durch moderne Kühlsysteme, digitale Optimierung und neue Techno­logien wie Flüssigkühlung lässt sich ihr Energie­bedarf deutlich reduzieren.

Kühlsysteme sind also nach wie vor ein großer Hebel für Effizienz, Einsparungen und Nachhaltigkeit. Ein wachsender Bedarf an Rechenleistung – nicht zuletzt durch den zunehmenden Einsatz von KI – führt zu höheren Serverdichten und einem steigenden Energiebedarf der Rechenzentren im Allgemeinen. Die Bitkom/Borderstep-Studie nennt für 2025 einen Energiebedarf der Rechenzentren in Deutschland von 21,3 Mrd. kWh und einen Anstieg um mehr als 100 Prozent seit 2010. Klassische Luftkühlung stößt dabei immer mehr an ihre Grenzen.

Spannungsfeld im Rechenzentrum

Neben den grundsätzlichen Themen wie Flächen- und Energieversorgung stehen Rechenzentrumsbetreiber einer Reihe von weiteren Herausforderungen ganz unterschiedlicher Natur gegenüber, die sie alle unter einem Dach lösen müssen:

Gesetzliche Vorgaben:

Als digitale Infrastruktur unterliegen Rechenzentren diversen Gesetzen und Richtlinien mit unterschiedlichen Zielen. Das Klimaschutzgesetz (KSG), das Energieeffizienzgesetz (EnEfG), das Wärmeplanungsgesetz (WPG) sowie das Gebäudemodernisierungsgesetz (GModG) sollen in Deutschland Nachhaltigkeit und einen ressourcenschonenden Betrieb fördern. Sie sind die nationale Umsetzung bzw. Ausgestaltung europäischer Vorgaben wie die Verordnung (EU) 2018 / 842 und der Richtlinien 2012 / 27 / EU sowie 2010 / 31 / EU.

Es ist eine Vielzahl an gesetzlichen Anforderungen zu beachten.

Energieverbrauch senken:

Auch wenn einzelne Systeme effizienter werden, steigt der Gesamtenergieverbrauch durch Rechenzentren weiter an. Der KI-Boom treibt diese Entwicklung weiter in die Höhe. Betreiber brauchen deshalb Lösungen, die die Effizienz weiter steigern, den PUE-Wert ihrer Anlage verbessern und die Abwärme sinnvoll ­nutzen.

Nachhaltigkeit:

Umweltbedenken sind längst nicht mehr neu, bleiben jedoch wichtig. Die rechtliche Verankerung von Bemühungen, die den CO₂-Ausstoß verringern, den Stromverbrauch senken und die Einbindung erneuerbarer Energien fordern, üben aber auch einen Druck auf Betreiber aus.

Skalierbarkeit:

Der Einsatz von KI nimmt global zu, der Bedarf an Rechenleistung wächst. Um mit dieser Entwicklung Schritt halten zu können, lohnt sich die Investition in skalierbare Lösungen, die nicht nur heute die Anforderungen erfüllen, sondern auch morgen zur positiven Bilanz der Anlage beitragen.

Thermal Walls/Thermische Leistungsgrenzen:

KI-Workloads und die zunehmend dicht gefüllten Racks komprimieren den Energiefluss auf kleinstem Raum. Die dadurch entstehende Hitze bringt herkömmliche Luftkühlsysteme physikalisch, wirtschaftlich und operativ an ihre Grenzen. Es braucht nicht nur moderne Upgrades, sondern vollständig neue Lösungen, um diese Hürde zu überwinden.

So ist die rechtliche Lage

Die komplexe rechtliche Lage zu durchblicken, ist nicht immer leicht, zumal sowohl die EU als auch Deutschland in den letzten Jahren eine Vielzahl von Gesetzen auf den Weg gebracht haben, die die Rechenzentrumsbranche direkt oder indirekt betreffen, und auch versuchen, ein Rechenzentrum erst einmal zu definieren. Neben dem Klimaschutzgesetz (KSG), dem Wärmeplanungsgesetz (WPG) und dem Gebäudemodernisierungsgesetz (GModG), beinhaltet besonders das Energieeffizienzgesetz Anforderungen an die Branche (Stand August 2026):

PUE-Grenzwerte:

Für Rechenzentren vor dem 1. Juli 2026 gelten PUE ≤ 1,5 ab 1. Juli 2027 und PUE ≤ 1,3 ab 1. Juli 2030. Neue Rechenzentren ab 1. Juli 2026 müssen PUE ≤ 1,2 erreichen.

Strombezug:

Das Gesetz schreibt außerdem die Nutzung erneuerbarer Energien vor. Seit 1. Januar 2024 bilanziell mindestens 50 Prozent erneuerbare Energien, ab 1. Januar 2027 100 Prozent.

Thermische Energie:

Auch die Abwärmenutzung ist im Energieeffizienzgesetz verankert. Betreiber müssen Abwärme nach Möglichkeit vermeiden, reduzieren oder zur Wiederverwendung bereitstellen. Für neue Rechenzentren gelten gestaffelte Vorgaben: Bei Inbetriebnahme ab dem 1. Juli 2026 müssen mindestens 10 Prozent der eingesetzten Energie wiederverwendet werden, ab dem 1. Juli 2027 mindestens 15 Prozent und ab dem 1. Juli 2028 mindestens 20 Prozent. Bestehende Rechenzentren sind von diesen ERF-Vorgaben nicht in gleicher Weise betroffen.

Gesetze und Leistung sind nur zwei Eckpunkte für die Anforderungen an die Kühlung.

Management und Meldung:

Betriebe mit einem jährlichen Bedarf von mehr als 7,5 GWh müssen validierte Managementsysteme (wie ISO 50001 oder EMAS) einsetzen und relevante Betriebs­daten alljährlich an eine staatliche Datenbank über­mitteln.

Auf die richtige Kühlung kommt es an

Angesichts der Anforderungen – regulatorischer und technischer Natur – muss die Kühlung im Rechenzentrum in Zukunft mehr leisten als nur die Temperatur senken. Es gibt verschiedene Ansätze, die jeweils spezifische Vorteile und Einsatzbereiche bedienen:

Die Luftkühlung ist nach wie vor der Klassiker unter den Kühlsystemen und weit verbreitet. Für Rechenzentren mit niedriger Serverdichte ist sie ausreichend. Steigt jedoch die Dichte, kommt auch die Luftkühlung an ihre Grenzen, da sie Hotspots nur schwer beheben kann und damit die Sicherheit beeinträchtigt und im schlimmsten Fall zu Schäden an der Infrastruktur und Ausfällen führt.

Wasser hat eine deutlich höhere Wärmekapazität und Wärmeübertragungsfähigkeit als Luft und eignet sich daher besonders für hohe Leistungsdichten. Wasserbasierte Kühlsysteme kommen deshalb auch in Hochleistungsrechenzentren mit hoher Packungsdichte zum Einsatz. Beim direkten Einsatz von Wasser sind jedoch noch besondere Anforderungen zu beachten.

Bei der Außenluftkühlung kommen Wärme­übertrager zum Einsatz, um mit der kühleren Außenluft das Innere des Rechenzentrums zu temperieren. Sie ist prädestiniert für Standorte in kälteren Klimazonen, inzwischen gibt es aber auch Lösungen für wärmere Gebiete, die eine effiziente Kühlung erlauben und trotzdem den Energieverbrauch senken. Varianten mit Wasserübertragung sorgen für zusätzliche Flexibilität.

Wärmepumpen kommen nicht nur in Außenluftkühlsystemen zum Einsatz. Sie werden genutzt, um Abwärme auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen und z. B. für Gebäudeheizung oder Fernwärme nutzbar zu machen.

Es gibt etliche Möglichkeiten für die effiziente ­Kühlung.

Spezielle Klimageräte für Rechenzentren (CRAC / CRAH) wurden passgenau für die dortigen Anforderungen konzipiert. CRAC-Geräte (Computer Room Air Conditioner) arbeiten meist mit Direktverdampfung, während CRAH-Geräte (Computer Room Air Handler) über ein Kaltwassersystem mit externen Kälteerzeugern betrieben werden. Sie steuern Temperatur und Luftfeuchtigkeit und ­sorgen so für eine optimale Betriebsumgebung.

Welches Kühlsystem sich am besten eignet, ­entscheidet die Leistungsdichte im Rechenzentrum. Bei moderaten Lasten reicht oft eine optimierte Luftkühlung mit Kalt-/Warmgangtrennung und CRAC / CRAH-Geräten für stabile Bedingungen. In Anlagen mit hohen Serverdichten kommen hingegen vermehrt wasserbasierte Kühlsysteme zum Einsatz, um Hotspots effektiver bekämpfen zu ­können. Der Einsatz hybrider Modelle, die Kom­ponenten aus den verschiedenen Kühlsystemen kombinieren, wird immer beliebter, weil sie die Vorteile mehrerer Systeme – wie höhere Energieeffizienz und bessere Kühlleistung – in einer Anlage verbinden.

www.carrier.de

Reiner Nattefort,

Sales Director Data Centers Vertical Germany bei Carrier, Neuss.

Bild: Carrier / Nattefort

Bild: Carrier

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Fünf Tipps für Konzept und Betrieb

Der Neubau oder Austausch einer ganzen Kühlanlage ist nicht immer eine Option. Es gibt dennoch kleinere Hebel, mit denen Rechenzentrumsbetreiber Einsparungen erreichen und die ­Umwelt entlasten können:

• Standortvorteile nutzen: In kälteren Regionen liegt die Kühlung vor der Haustür. Ebenso wie Thermalbäder natürliche heiße Quellen nutzen, können Rechenzentren auf die Außenluft als Kühlsystem zurückgreifen und so Energie einsparen.
• Dimensionierung beachten: Je mehr Raum im Rechenzentrum vorhanden ist, desto mehr Rechenleistung kann untergebracht werden. Es lohnt sich deshalb Anlagen wie die Kühlung so klein wie möglich zu halten, um diesen Platz nicht unnötig zu verschenken. Mit kleinen Anlagen sparen Betreiber oft bares Geld.
• Intelligent steuern: Ein Kühlsystem entfaltet sein volles Potenzial nur, wenn es auch richtig gesteuert wird. Rechenzentren, die zusätzlich Sensoren einsetzen, um Temperatur, Feuchtigkeit und Luftströme kontinuierlich zu messen, können diese Echtzeitdaten für eine KI-basierte Steuerung nutzen und so zusätzliches Optimierungspotenzial freischalten.
• Kühlmittel wechseln: Der Umstieg auf Kältemittel mit geringerem Global Warming Potential (GWP) ist zwar ein vergleichsweise kleiner Schritt, lässt sich jedoch schnell umsetzen und erzielt spürbare Effekte.
• Ganzheitlich denken: Betreiber neigen oft dazu, einzelne Anlagen als voneinander getrennte Systeme zu sehen. Wer jedoch Kühlung, Stromversorgung und IT als Einheit denkt, versteht die Anforderungen des eigenen Rechenzentrums und kann darauf basierend Lösungen suchen, die Betriebs­kosten nachhaltig verringern, die Abwärmequote steigern und den PUE dauerhaft senken.

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