Konfrontiert mit der Anforderung, ihre Anlagen zukunftssicher zu machen, beschäftigen sich viele RZ-Betreiber mit der Frage, wohin bei ihnen die Energie tatsächlich fließt – und wo die größten Einsparungen erzielt werden können. Die Kühlung ist nach wie vor in jedem Rechenzentrum einer der ressourcenintensivsten Bereiche und damit ein naheliegender Ansatzpunkt für Effizienzsteigerungen. Die Umstellung auf Flüssigkeitskühlung nimmt nicht zuletzt deshalb an Fahrt auf, weil sie im Einklang mit übergeordneten Zielen steht: Senkung der Betriebskosten, Verringerung der Umweltbelastung und Unterstützung der hohen Rechenleistung, die KI und moderne Workloads erfordern.
So funktioniert Flüssigkeitskühlung
Flüssigkeitskühlung basiert in der Regel auf zwei Hauptansätzen: Direct-to-Chip-Kühlung, bei der das Kühlmittel die Wärme direkt von den Prozessoren aufnimmt, und Immersionskühlung, bei der die Hardware vollständig in eine thermisch effiziente dielektrische Flüssigkeit eingetaucht wird. Beide Methoden bieten eine deutlich höhere Wärmeabfuhrkapazität als die Luftkühlung und eignen sich daher gut für dichte, KI-gesteuerte Rechenumgebungen.
Verbesserung der Energieeffizienz
Die Power Usage Effectiveness (PUE) ist die branchenübliche Kennzahl zur Messung der Energieeffizienz von Rechenzentren. Sie vergleicht den Gesamtstromverbrauch der Anlage mit dem Stromverbrauch der IT-Geräte. Sie ist definiert als:
PUE = Gesamtenergieverbrauch der Anlage ÷ Energieverbrauch der IT-Geräte
Der Wert für eine PUE mit optimaler Effizienz beträgt 1,0. Forbes geht davon aus, dass reale Rechenzentren diesen Wert nicht ganz erreichen und die durchschnittliche PUE weltweit derzeit bei etwa 1,55 liegt. Dieser Durchschnittswert hat sich im Laufe der Jahre allmählich verbessert, jedoch verbergen sich hinter dieser Gesamtzahl erhebliche Schwankungen.
Luftgekühlte Rechenzentren erreichen in der Regel eine PUE von 1,5 bis 1,7, während flüssigkeitsgekühlte Anlagen einen Wert von 1,2 erreichen können, der sich durch Immersionskühlung sogar noch weiter senken lässt. Laut DataGarda erreichen die effizientesten Hyperscale-Rechenzentren eine PUE von nur 1,06.
Misst man die Kühlleistung ausschließlich anhand der PUE, kann dies allerdings dazu führen, dass die Vorteile der Flüssigkeitskühlung unterschätzt werden. Da sie den Energieverbrauch sowohl der IT-Geräte als auch des Kühlsystems senken kann, lassen sich beide Faktoren der oben dargestellten Gleichung reduzieren. Einige Experten sind der Ansicht, dass eine alternative Messgröße, die Total Usage Effectiveness (TUE), besser geeignet wäre, um diese Vorteile zu messen.
Effizienzsteigerungen und betriebliche Überlegungen
Die Auswirkungen in der Praxis sind erheblich. Daten von Boyd zeigen, dass die Umstellung von einer vollständigen Luftkühlung auf eine zu 75% flüssigkeitsgekühlte Umgebung den Stromverbrauch der Kühlanlage um 27% senkt, bei einem um 15% reduzierten Gesamtstromverbrauch des Standorts. Diese Einsparungen verdeutlichen, dass Flüssigkeitskühlung Effizienzsteigerungen ermöglicht, die über die PUE hinausgehen und sowohl für das Kühlsystem als auch für die von ihr unterstützte IT-Last Vorteile mit sich bringen.
Während die Nachrüstung von Flüssigkeitskühlung in bestehenden Anlagen möglicherweise bauliche oder sanitäre Anpassungen erfordert, sind viele Betreiber der Ansicht, dass die langfristigen Effizienzsteigerungen diesen anfänglichen Aufwand rechtfertigen.
Wasserverbrauch und Umweltbelastung reduzieren
Neben den Effizienzgewinnen schneidet die Flüssigkeitskühlung auch bei anderen Nachhaltigkeitskennzahlen gut ab, zum Beispiel beim Wasserverbrauch, da keine Verdunstungskühltürme mehr erforderlich sind. BlueField Research stellt fest, dass es beim Wasserverbrauch herkömmlicher Verdunstungssysteme und moderner Closed-Loop-Konstruktionen deutliche Unterschiede gibt:
- Verdunstungskühlsysteme verbrauchen im Durchschnitt weniger als 1,9 Liter pro kWh, während weniger effiziente Anlagen mehr als 1,9 Liter verbrauchen.
- Closed-Loop-Flüssigkeitskühlsysteme verbrauchen weniger als 0,1 Liter pro kWh, da sie kontinuierlich dasselbe Wasser umwälzen.
Da die meisten Rechenzentren auf die kommunale Wasserversorgung angewiesen sind, bleibt der Zugang zu Wasser ein wesentlicher Faktor für den Standort und das Wachstum von Einrichtungen. Weniger wasserintensive geschlossene Flüssigkeitskühlsysteme entlasten die öffentlichen Versorgungsbetriebe, sind überaus attraktiv für Neubauprojekte und verringern möglicherweise die Hürden seitens der lokalen Behörden und der umliegenden Gemeinden.
Da sie die Risiken von Verdunstung, Verkrustung und biologischem Wachstum minimieren, bieten geschlossene Systeme sowohl betriebliche als auch ökologische Vorteile, ohne die Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen.
Strategischer Wandel hin zu nachhaltigem Betrieb
Mit Blick auf die Zukunft entwickelt sich die Flüssigkeitskühlung zu einem strategischen Weg, um den Ressourcenverbrauch zu senken, KI-Workloads mit höherer Dichte zu unterstützen und den steigenden Nachhaltigkeitsanforderungen gerecht zu werden. Durch die Reduzierung des Energie- und Wasserverbrauchs bei gleichzeitiger Verbesserung der Gesamtsystemstabilität bietet sie Rechenzentren eine resilientere Grundlage für zukünftiges Wachstum und ermöglicht einen intelligenteren, saubereren und effizienteren Betrieb in einer zunehmend anspruchsvollen digitalen Landschaft. In Verbindung mit einer kontinuierlichen Überwachung von Durchfluss, Temperatur und Wasserqualität hilft Flüssigkeitskühlung den Betreibern, die Leistung aufrechtzuerhalten und die Lebensdauer des Systems zu verlängern.
