Maximum Wet Bulb

Die Feuchtkugeltemperatur ist die Temperatur, die ein mit feuchtem Gewebe umwickeltes Thermometer in bewegter Luft anzeigt. Weil das Wasser verdunstet und dabei Wärme entzieht, liegt sie unter der normalen Lufttemperatur — und zwar umso deutlicher, je trockener die Luft ist. Bei vollständiger Sättigung sind beide Werte gleich.

Sie heißt deshalb auch Kühlgrenztemperatur: Weiter lässt sich Luft durch Verdunstung allein nicht abkühlen. Für die Klimatisierung von Rechenzentren ist das die entscheidende Eigenschaft.

Die Angabe hat zwei Bedeutungen

Dass derselbe Begriff an zwei völlig verschiedenen Stellen auftaucht, sorgt regelmäßig für Verwirrung.

Als Betriebsgrenze im Datenblatt. Hersteller von Servern und Netzwerktechnik geben neben dem zulässigen Temperaturbereich eine maximale Feuchtkugeltemperatur an. Sie begrenzt, wie viel Wasserdampf die Luft bei der höchsten zulässigen Temperatur enthalten darf — eine Schutzangabe gegen Kondensation und Korrosion.

Als Auslegungsgröße am Standort. In der Planung der Kältetechnik steht derselbe Begriff für den höchsten am Ort zu erwartenden Wert. Auf ihn werden Rückkühlwerke und adiabate Systeme ausgelegt, denn er bestimmt, was die Anlage am heißesten Tag noch leisten kann.

Die erste Angabe gehört zum Gerät, die zweite zum Gebäude. Verwechselt man sie, dimensioniert man die Kühlung nach einer Zahl aus einem Serverhandbuch.

Warum trockene Hitze leichter ist

Dieselbe Lufttemperatur bedeutet je nach Feuchte eine völlig andere Kühlaufgabe:

Bei 35 °C und 30 % relativer Feuchte liegt die Feuchtkugeltemperatur bei 22 °C — Verdunstungskühlung hat reichlich Spielraum. Bei denselben 35 °C und 70 % Feuchte sind es 30 °C, und derselbe Apparat leistet kaum noch etwas.

Das erklärt, warum sich große Rechenzentren in trockenen Gegenden ansiedeln, obwohl es dort heißer ist als in Mitteleuropa: Für die Kühlung zählt nicht die Hitze, sondern die Feuchte.

Was daraus für die Anlage folgt

Ein Rückkühlwerk oder ein adiabates System kann das Kühlwasser nie unter die Feuchtkugeltemperatur bringen und erreicht sie in der Praxis auch nicht ganz; es bleibt ein Abstand von einigen Kelvin. Die erreichbare Kaltwassertemperatur ist damit festgelegt, bevor ein einziges Gerät ausgewählt ist.

Daran hängt die Frage, wie viele Stunden im Jahr ohne Kältemaschine auszukommen sind. In Mitteleuropa deckt freie Kühlung mit adiabater Unterstützung den weit überwiegenden Teil des Jahres ab; der Verdichter läuft nur an wenigen Tagen. Jedes Kelvin, das die Auslegung tiefer ansetzt, verlängert diese Zeit — und senkt die PUE.

Der Preis dafür ist Wasser. Die Verdunstung eines Liters führt rund 2.400 kJ ab, also etwa 0,7 kWh Wärme. Wer die Auslegung über Verdunstung löst statt über Verdichter, verschiebt Energieverbrauch in Wasserverbrauch — sichtbar in der WUE, unsichtbar in der PUE.

Das Verhältnis zu den ASHRAE-Vorgaben

Bemerkenswert ist, dass die maßgebliche Richtlinie für Rechenzentrumsklima die Feuchte nicht über die Feuchtkugel begrenzt. Die ASHRAE-Referenz für die empfohlene Umgebung nennt 18 bis 27 °C Trockenkugeltemperatur mit einem Taupunkt von −9 bis 15 °C; eine maximale Feuchtkugeltemperatur führt sie nicht auf.

Der Grund ist sachlich: Für Kondensation und Korrosion am Gerät ist der Taupunkt die richtige Größe, für Verdunstungskühlung die Feuchtkugel. Wer ein Datenblatt mit Feuchtkugelangabe gegen eine ASHRAE-Klasse prüfen will, muss deshalb umrechnen — die beiden Angaben sind nicht dasselbe.

Außerhalb der Technik

Der Begriff ist in den vergangenen Jahren über die Klimaberichterstattung bekannt geworden. Eine Feuchtkugeltemperatur von circa 35 °C gilt als Grenze der menschlichen Belastbarkeit: Bei diesem Wert kann der Körper selbst im Schatten und in Ruhe keine Wärme mehr durch Schwitzen abgeben, weil die Verdunstung zum Erliegen kommt.

Dahinter steht dieselbe Physik wie in der Kältetechnik. Was für das Rückkühlwerk die Leistungsgrenze ist, ist für den Menschen die Überlebensgrenze.