Strom und Kühlung im Datacenter Ausbruch aus der thermischen Spirale

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Wo früher 5 bis 10 Kilowatt reichten, stehen in KI-Clustern heute 100 Kilowatt und mehr. Diese massive Energiekonzentration bedeutet vor allem eines: extreme Hitze. Unter diesen Hochleistungsbedingungen ist es riskant, Stromversorgung und Klimatisierung weiterhin getrennt zu planen.

Allein die US-Wirtschaft wird 2030 voraussichtlich mehr Strom für Rechenzentren benötigen als für die gesamte Aluminium-, Zement- und Stahlproduktion zusammen. Weltweit dürfte sich der Branchenverbrauch bis 2030 auf rund 945 Terawattstunden (TWh) verdoppeln.

Gefahr aus dem Silo

Früher arbeiteten die Teams für Elektroinfrastruktur und Kältetechnik oft völlig getrennt voneinander. Bei heutigen Hochdichte-Racks führt das unweigerlich zu physikalischen Problemen. Denn das elektrische System bestimmt exakt, wo und wie viel Abwärme entsteht. Stimmen Betreiber die Kühltechnik nicht nahtlos darauf ab, droht eine thermische Spirale.

Je heißer die IT-Komponenten laufen, desto mehr elektrische Leistung zieht die Kühlung. Das treibt die Total Cost of Ownership (TCO) in die Höhe und untergräbt gleichzeitig die Systemstabilität. Nicht umsonst zählen laut Ausfallanalysen Probleme bei der Stromversorgung und der Kühlung zu den häufigsten Ursachen für schwere Störungen.

Strom und Kühlung intelligent zu vernetzen, ist daher zwingend erforderlich. Moderne Steuerungssysteme müssen in Echtzeit orchestrieren, wie das Netz und die Kälteanlagen auf schwankende IT-Lasten reagieren – sei es durch das Anpassen der Pumpendrehzahlen oder das gezielte Drosseln von Servern.

Die Systemintegration von Kühlung und Stromversorgung

Allerdings setzten mehr Rechenzentren auf Gleichstromarchitekturen (DC) mit höheren Spannungen. Diese Architektur reduziert Übertragungsverluste und spart unnötige Wandlungsschritte.

Das Ergebnis: Die End-to-End-Effizienz der Stromversorgung steigt in mehrstufigen Pfaden von durchschnittlich 78 Prozent bei klassischen Wechselstromnetzen (AC) auf über 94 Prozent bei Hochvolt-DC-Systemen. Dass so im Whitespace deutlich weniger Abwärme entsteht, entlastet das Kühlsystem enorm.

Und dennoch: Bei extremen Leistungsdichten stößt die konventionelle Raumluftkühlung an ihre physikalischen Grenzen. Wesentlich effizienter ist es, die Wärme exakt dort abzuführen, wo sie entsteht. Flüssigkeitskühlungen wie Cold Plates oder Liquid Loops kühlen die Prozessoren direkt und zielgenau.

Die CDUs

Das Herzstück solcher Anlagen sind die Kühlmittelverteiler (Coolant Distribution Units, CDUs).Darin steuern Frequenzumrichter und Motoren, etwa von ABB Motion, die Pumpen, bewegen das Kühlmedium und passen Durchflussraten sowie Druck in Echtzeit an die aktuelle thermische Last an.

Arbeiten Pumpen und Lüfter auf diese Weise bedarfsgerecht, sinkt der Stromverbrauch im Teillastbetrieb massiv: oft im zweistelligen Prozentbereich. Zusätzlich können lokale, KI-gesteuerte Software-Systeme wie „Octaipipe“, ein Tool, das seit 2025 Teil des ABB-Ökosystems ist, meist ohne neue Hardware den Energiebedarf der gesamten Kühlinfrastruktur um bis zu 30 Prozent weiter reduzieren. Die ABB-Software passt dafür Sollwerte, Betriebsfenster und Regelparameter an die reale Last, die thermische Situation und das Anlagenverhalten an.

Darüber hinaus aber braucht wirkliche Systemeffizienz eine digitale Klammer. Dazu gibt es Intelligente Leistungsschalter und Schaltanlagen. Sie erfassen Betriebsdaten heute lückenlos.

Das Datacenter-Management

Offene Kommunikationsprotokolle wie IEC 61850 verknüpfen diese elektrische Infrastruktur dann über Automatisierungslösungen wie „ABB Ability Data Center Automation“ direkt mit einem übergeordneten Datacenter Infrastructure Management (DCIM). Kommen Gateways dazu, die die Daten sicher mit der Gebäude-Automation verbinden, und gezielte digitale Dienste – inklusive Flotten-Fernüberwachung, lasst sich das gesamte Lebenszyklus-Management abrunden.

Parallel dazu sorgen 'Ultra-Low Harmonic Drives' mit extrem niedrigen Oberschwingungsgehalt für eine präzise Klimatisierung und schützen gleichzeitig die Netzqualität. Sie drücken die harmonische Verzerrung im Netz von üblichen 40 Prozent auf unter 3 Prozent. Das verhindert gefährliche Überhitzungen und verlängert die Lebensdauer der Hardware.

Und im Bestand?

Dieser ganzheitliche Ansatz funktioniert bei Neubauten ebenso wie im Brownfield. Tauschen Betreiber alte Motoren, Antriebe und Steuerungssysteme im Bestand gezielt aus, man spricht hier von Retrofitting, verringert dies die Energieverluste bei Strom und Kühlung um bis zu 60 Prozent , je nach Ausgangszustand und Regelkonzept.

Solche Upgrades machen sich oft in weniger als zwei Jahren bezahlt. Gerade bei Großprojekten im zweistelligen Megawattbereich entscheidet genau dieses Zusammenspiel über den Erfolg. Technologiepartner wie ABB arbeiten deshalb über dedizierte Account-Management-Teams frühzeitig mit Endkunden, OEMs und Systemintegratoren zusammen. Wer Elektrifizierung, Kühlung und Automatisierung von Beginn an als eine gemeinsame Architektur plant, sichert langfristig Hochverfügbarkeit und Skalierbarkeit.

Lokale Wärmewende: Abwärme nutzen

Wer alle Systeme präzise abstimmt, öffnet die Tür für starke Nachhaltigkeitskonzepte. Optimierte Flüssigkeitskühlkreisläufe bündeln die Abwärme zuverlässig auf einem konstant hohen Temperaturniveau.

Clevere Integration vorausgesetzt, kann diese Abwärme in städtischen Gebieten problemlos zweistellige Prozentanteile des lokalen Fernwärmebedarfs abdecken. Passen Netzanbindung und Lastprofile zusammen, verwandeln sich Rechenzentren von isolierten Energieverbrauchern in aktive Treiber der kommunalen Wärmewende.

Ob eine kritische Dateninfrastruktur zukunftsfähig bleibt, hängt also künftig davon ab, wie nahtlos Energie- und Kühltechnik verschmelzen. Letztlich zeigen auch strengere EU-Nachhaltigkeitsregulierungen und ein enormer Kostendruck, dass kein Weg an einer ganzheitlichen Planung vorbeiführt.

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