Rechenzentrums-Kühlung: Wann Luft genügt und wann Wasser übernehmen muss

01Die Frage in fast jedem Projekt

Ist die Kaltgang-Einhausung noch zeitgemäss, oder plant man damit ein Auslaufmodell? Die Frage stellt sich, seit Racks für KI-Anwendungen ein Vielfaches der Wärme klassischer Server abgeben. Die Antwort ist differenziert: Die Einhausung bleibt die Basis – aber sie ist nicht mehr für jedes Rack die richtige Lösung.

02Der typische Denkfehler

Häufig wird lange über Kalt- oder Warmgang diskutiert. Energetisch liegen beide Varianten nahe beieinander. Entscheidend ist, dass die Zuluftmenge der tatsächlichen IT-Last folgt: Eine Regelung hält zwischen kalter und warmer Zone einen leichten Differenzdruck von wenigen Pascal und passt die Drehzahl der Umluftkühlgeräte laufend an. Weil die Ventilatorleistung etwa mit der dritten Potenz der Drehzahl steigt, spart schon eine moderate Reduktion der Luftmenge viel Strom.

Die Unterschiede liegen anderswo. Der Warmgang hält den Raum kühl und bietet bei einem Kälteausfall mehr thermische Reserve, braucht aber einen Rückluftweg über die Decke – eher eine Neubaulösung. Der Kaltgang lässt sich einfacher in bestehende Reihen nachrüsten.

03Das Prinzip: Die Leistungsdichte entscheidet

Luft hat eine geringe Wärmekapazität. Wasser nimmt pro Volumen und Kelvin rund 3500-mal mehr Wärme auf. Ab einer gewissen Leistung pro Rack lassen sich die nötigen Luftmengen deshalb nicht mehr sinnvoll bewegen. Dann folgen drei Stufen:

• Rückwand-Wärmetauscher: Ein wassergekühltes Register ersetzt die Rücktür des Racks und lässt sich nachrüsten. Die Vorlauftemperatur muss über dem Taupunkt der Raumluft bleiben, sonst bildet sich Kondensat.
• Direct-to-Chip: Kühlplatten führen den grössten Teil der Wärme direkt an Prozessoren und Grafikchips ab, der Rest bleibt Luftkühlung. Eine Kühlmittelverteileinheit trennt den Rack-Kreislauf vom Gebäudenetz; Leckageüberwachung und redundante Pumpen sind Pflicht.
• Immersion: Die Server liegen in einer nicht leitenden Flüssigkeit. Das ermöglicht die höchsten Dichten, verändert aber Wartung und Ersatzteillogistik grundlegend.

04Warmes Wasser ist das Ziel

Die ASHRAE-Richtlinien für Flüssigkühlung ordnen Systeme nach der maximalen Vorlauftemperatur des Kühlwassers, von 17 bis über 45 °C. Je höher diese Temperatur, desto öfter genügen Rückkühler ohne Kältemaschine – und desto wertvoller wird die Abwärme für Heizzwecke.

05Was das für Ihr Projekt bedeutet

• Erheben Sie die Leistungsdichte pro Rack für heute und für den geplanten Ausbau – sie bestimmt das System, nicht umgekehrt.
• Planen Sie Zonen: Luftgekühlte Reihen für Standard-IT und flüssiggekühlte Reihen für dichte Racks schliessen sich nicht aus.
• Sehen Sie Kühlwasser-Anschlüsse, Tragfähigkeit und Leckageschutz vor, auch wenn die Flüssigkühlung erst später kommt.
• Klären Sie die Abwärmenutzung früh. In der EU müssen Rechenzentren mit mehr als 1 MW Nennleistung ihre Abwärme nutzen, sofern das technisch und wirtschaftlich machbar ist; in der Schweiz stellen einzelne Kantone eigene Effizienzanforderungen.

Richtig geplant, wird die Abwärme zur Wärmequelle: Eine Grosswärmepumpe kann sie auf das Temperaturniveau eines Fernwärmenetzes heben. Als Abnehmer eignen sich auch Anergienetze, die Abwärme direkt aufnehmen.

Merksatz

Nicht die Einhausungsrichtung entscheidet, sondern die Leistungsdichte: Luft für die Standard-IT, Wasser für die dichten Racks – und die Wassertemperatur so hoch wie möglich, damit Freikühlung und Abwärmenutzung funktionieren.

SEDC AG · Beitrag aus unserer internen Weiterbildungsreihe «Technik Praxis», für Bauherrschaften und Nutzer gekürzt.