Kühlung im Rechenzentrum
Jedes Watt, das ein Server aufnimmt, gibt er als Wärme wieder ab. Ein Rechenzentrum mit 1 MW IT-Leistung muss also 1 MW Wärme abführen, rund um die Uhr. Die Kühlung ist deshalb nach der IT selbst der größte Stromverbraucher und der Teil der Infrastruktur, der sich mit der Leistungsdichte am stärksten verändert.
Der Weg der Wärme
Kühlung ist eine Kette. Die Wärme wandert in mehreren Stufen vom Chip nach draußen:
| Stufe | Was passiert | Technik |
|---|---|---|
| Am Gerät | Lüfter oder Kühlplatten nehmen die Wärme von Prozessor und Speicher auf | Serverlüfter, Kühlkörper, Kühlplatten |
| Im Saal | warme Abluft oder Kühlflüssigkeit wird gesammelt | Kalt- und Warmgang, Klimageräte, Rücktür-Wärmetauscher, CDU |
| Im Gebäude | Kaltwasser transportiert die Wärme zur Kälteerzeugung | Rohrnetz, Pumpen, Kältemaschine |
| Nach draußen | die Wärme geht an die Außenluft oder in ein Wärmenetz | Rückkühlwerk, freie Kühlung, Abwärmenutzung |
An jeder Stufe kostet der Transport Strom — für Lüfter, Pumpen und vor allem für die Kältemaschine. Je weniger Stufen und je höher die Temperaturen, desto effizienter die Kühlung.
Luftkühlung
Der klassische Weg: Klimageräte am Rand des Saals blasen kalte Luft in den Doppelboden oder direkt in den Raum, die Server saugen sie vorne an und blasen sie hinten warm aus.
Entscheidend ist, dass kalte und warme Luft sich nicht mischen. Dafür stehen die Racks abwechselnd Front an Front und Rück an Rück, und die Gänge werden eingehaust — entweder der Kaltgang oder der Warmgang. Ohne Trennung kühlt das Rechenzentrum zu einem guten Teil seine eigene Abluft.
Die Klimageräte heißen Präzisionsklimageräte: mit eigenem Kältekreis (CRAC) oder gespeist mit Kaltwasser aus der Zentrale (CRAH).
Wie warm die Zuluft sein darf, empfiehlt die ASHRAE. Für die gängige Geräteklasse liegt der empfohlene Bereich bei 18 bis 27 °C am Servereinlass. Jedes Grad mehr verlängert die Zeit, in der die Kühlung ohne Kältemaschine auskommt.
Flüssigkeitskühlung
Luft stößt an Grenzen, wenn die Leistung je Rack steigt. Klassische Racks liegen bei einigen Kilowatt, Racks mit KI-Beschleunigern bei über 100 kW. So viel Wärme lässt sich mit Luft nicht mehr wirtschaftlich abführen. Dann rückt Wasser näher an die Wärmequelle:
| Verfahren | Wo das Wasser hinkommt |
|---|---|
| Rear Door Heat Exchanger | Wärmetauscher in der Rücktür des Racks |
| Direct-to-Chip-Kühlung | Kühlplatten direkt auf Prozessor und GPU |
| Immersionskühlung | der ganze Server liegt in nicht leitender Flüssigkeit |
Zwischen dem Kühlkreis im Rack und dem Kaltwassernetz des Gebäudes sitzt meist eine Coolant Distribution Unit, die beide Kreisläufe trennt. Mehr dazu unter Wasserkühlung.
Kälteerzeugung
Irgendwo muss die Wärme das Gebäude verlassen:
Kältemaschine. Ein Chiller erzeugt Kaltwasser mit einem Kompressor — zuverlässig bei jedem Wetter, aber mit hohem Stromverbrauch.
Freie Kühlung. Ist die Außenluft kalt genug, wird das Kaltwasser direkt über Wärmetauscher gekühlt, ohne Kompressor. In Mitteleuropa geht das einen großen Teil des Jahres. Siehe Freie Kühlung.
Rückkühlung. Das Rückkühlwerk auf dem Dach gibt die Wärme an die Außenluft ab, trocken oder mit Verdunstung von Wasser. Verdunstung spart Strom, kostet aber Wasser.
Abwärme. Statt sie an die Luft zu verschenken, kann die Wärme in ein Wärmenetz gehen. Je höher ihre Temperatur, desto leichter — ein Vorteil der Flüssigkeitskühlung. Siehe Abwärmenutzung.
Kennzahlen
| Kennzahl | Misst |
|---|---|
| PUE | Gesamtverbrauch im Verhältnis zur IT, enthält die Kühlung |
| CER | abgeführte Wärme je Kilowattstunde Kühlstrom |
| WUE | Wasserverbrauch je Kilowattstunde IT |
| ERF | Anteil der Abwärme, der genutzt wird |
Ein Beispiel aus dem Rechenzentrumsregister: Im Rechenzentrum „RZ 9“ des Bayerischen Landesamts für Steuern gingen 2025 fast 29 % des Stroms in die Kühlung.
Normen
- DIN EN 50600-2-3 – Regelung der Umgebungsbedingungen