Energiekosten im Rechenzentrum reduzieren: Was PUE mit Ihrer Sensorik zu tun hat
Rechenzentren verbrauchen derzeit weltweit rund 485 TWh Strom pro Jahr. Bis 2030 könnte dieser Wert auf 950 TWh steigen, so ein aktueller IEA-Bericht von 2025. Ein wesentlicher Treiber dieser Entwicklung ist der zunehmende Einsatz künstlicher Intelligenz.
Wer die Energiekosten im Rechenzentrum reduzieren will, sollte jedoch nicht nur die IT-Hardware näher betrachten. Der größte kurzfristig erschließbare Hebel liegt nämlich in der Kühlung. Abhängig von Standort, Auslastung und Kühlkonzept, kann sie einen Anteil von 25 % des gesamten Facility-Energieverbrauchs ausmachen. Mit präzisen und verlässlichen Messdaten lässt sich Energieeffizienz im Data Center Cooling gezielt steuern, ohne die Ausfallsicherheit zu gefährden.
In diesem Artikel erfahren Sie:
- Was PUE und WUE bedeuten und warum sie wichtige Kennzahlen sind.
- Welche Messpunkte im Rechenzentrum den größten Einfluss auf den Energieverbrauch haben.
- Was präzise Sensorik konkret bringt.
Was sind die wichtigsten Kennzahlen, um Energiekosten in Rechenzentren zu reduzieren?
Was ist PUE und warum ist er der zentrale KPI für Energieeffizienz?
PUE steht für Power Usage Effectiveness. Die Formel ist einfach:
PUE = Gesamtenergieverbrauch des Gebäudes / Energieverbrauch der IT-Hardware
Sinkt die PUE eines Rechenzentrums mit 10 MW IT-Last beispielsweise von 1,5 auf 1,2, reduziert sich die erforderliche Gesamtleistung rechnerisch von 15 auf 12 MW. Bei ganzjährigem Betrieb und bei einem Strompreis von 0,12 Euro pro Kilowattstunde entspricht diese einer Einsparung von rund 3,15 Millionen Euro pro Jahr.
Was ist WUE und wann ist er relevant?
WUE steht für Water Usage Effectiveness und beschreibt den standortbezogenen Wasserverbrauch eines Rechenzentrums im Verhältnis zur IT-Energie. Er wird relevant, wenn Verdunstungskühlung oder Free Cooling über Kühltürme eingesetzt wird. deren Kühlleistung und das verfügbare Free Cooling-Potenzial werden wesentlich durch die Feuchtkugeltemperstur der Außenluft bestimmt. Eine präzise und langzeitstabile Messung der Außentemperatur und der Feuchte ermöglicht eine optimale Regelung der Kühltürme, des Free Coolings und der Chiller und trägt so zur Energiereduktion bei.
Was treibt den Energieverbrauch in Rechenzentren und wo liegt der größte Hebel?
1. Server-Inlet-Temperatur
Die Einlasstemperatur am Server-Rack ist einer der stärksten Stellhebel, um Energiekosten in Rechenzentren zu reduzieren. Laut dem US Departement of Energy und ENERGY STAR spart jede kontrollierte Anhebung der Einlasstemperatur um 0,5°C etwa 4 bis 5 % Kühlenergie.
Das Problem: Aus Gründen der Ausfallsicherheit wird der Setpoint oft zu konservativ gefahren. Das ist verständlich. Ein Sensor mit ±0,5 °C Messgenauigkeit erzwingt einen Sicherheitspuffer.
Mit hochgenauer und langzeitstabiler Sensorik lässt sich der Betriebspunkt näher an die zulässigen Temperaturgrenzen heranführen ohne die Betriebssicherheit zu gefährden. Voraussetzung dafür sind eine geeignete Sensorplatzierung und eine sorgfältige Bewertung des gesamten Messsystems.
2. Luftführung und Containment
Bei Rechenzentren mit Doppelboden unterstützt präzise Differenzdruckmessung eine bedarfsgerechte Verteilung der Kühlluft. Der geeignete Sollwert hängt von der konkreten Konstruktion, den eingesetzten Luftauslässen und der erforderlichen Luftmenge ab. Abweichungen können zu ungünstiger Luftverteilung oder Bypass-Luft führen. Kaltluft strömt so an den Servern vorbei, ohne sie zu kühlen.
3. Be- und Entfeuchtung
Feuchte im Rechenzentrum ist eine Gratwanderung. Zu trockene Luft kann elektrostatische Entladungen begünstigen. Zu hohe Feuchte erhöht das Risiko von Kondensation und Korrosion an Platinen und Kontakten.
Relative Feuchte verändert sich bereits bei jeder kleinen Änderung der Lufttemperatur. Der Taupunkt beschreibt dagegen den tatsächlichen Feuchtegehalt der Luft und eignet sich daher häufig besser als stabile Regelgröße.
Für luftgekühlte IT-Systeme der Klassen A1-A4 empfiehlt ASHRAE einen Taupunkt von -9 bis 15 °C und maximal 70% bzw. 50% rF, abhängig von der Korrosionsbelastung.
4. Außenklima
Temperatur, relative Feuchte und Feuchtkugeltemperatur der Außenluft entscheiden darüber, ob und wie lange Free Cooling genutzt werden kann. Sind die Außenbedingungen günstig, lässt sich die mechanische Kühlung teilweise oder vollständig abschalten. Wer diese Werte nicht kontinuierlich misst, verpasst nutzbare Free-Cooling-Fenster oder schaltet zu früh, was das Risiko von Kondensation und Korrosion erhöht. Mit einer Außenklimastation können Energiekosten im Rechenzentrum erheblich reduziert werden.
5. Kühlkonzept
Luftkühlung stößt bei Rack-Leistungsdichten ab etwa 30-50 kW an ihre Grenzen. Flüssigkeitskühlung und Immersionskühlung übernehmen in diesen Leistungsklassen zunehmend.
Moderne A1-Racks mit >100 kW setzen auch verstärkt aus Direct to Chips Liquid Cooling, die Luftkühlung bleibt häufig aber ergänzend für weniger wärmeintensive Komponenten bestehen. Je nach System werden hier unter anderem Vorlauf- und Rücklauftemperatur, Durchfluss, Druck, Leitfähigkeit oder mögliche Leckagen erfasst. Bei dielektrischen Kühlflüssigkeiten kann zusätzlich die Überwachung des Wassergehalts im Liquid relevant sein.
Effizienz und Ausfallsicherheit: Was sind die kritischen Messgrößen im Data Center?
Die folgende Tabelle zeigt, welche Parameter in Rechenzentren erfasst werden müssen, um Energiekosten zu reduzieren. Sie zeigt außerdem, welche Risiken durch ungenaue Messdaten entstehen können. E+E Elektronik bietet präzise Sensorik für alle oben genannten Messpunkte.
| Messgröße | Kritischer Ort | Warum die Messung entscheidend ist | Passende E+E Sensoren |
| Temperatur / Feuchte | Server-Rack-Inlet (oben, Mitte, unten) | ±0,5 °C Messabweichung erzwingt einen Sicherheitspuffer. Um Überhitzung zu vermeiden, nimmt man das Überkühlungsrisiko in Kauf. |
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| Temperatur | Chiller, Kühlleitungen, Kühltürme | Präzise Vor- und Rücklauftemperaturen sind entscheidend für die Regelung von Chiller, Free Cooling und Wärmetauscher. | EE431 |
| Taupunkt | Kaltgang, Chilled-Water-Loop | Bei Liquid Cooling Systemen muss die Kühlmittel- und Oberflächentemperatur oberhalb des Taupunkts liegen. Ansonsten kann an Leitungen, Anschlüssen oder anderen kalten Oberflächen Kondensat entstehen. |
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| Differenzdruck | Doppelboden, Kalt-/Warmgang | Weicht der Druck vom Sollwert ab, strömt Kaltluft an den Servern vorbei. |
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| Luftgeschwindigkeit | CRAC-Auslass, Rack-Inlet | Zu hohe Lüfterdrehzahlen verbrauchen überproportional viel Energie. Gezielte Regelung der Luftgeschwindigkeit kann die Energiekosten in Rechenzentren zusätzlich reduzieren. |
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| Außenklima (T/rF/Wet-Bulb) | Kühlturm, Free-Cooling-Economizer | Die Feuchtkugeltemperatur entscheidet, ob Free Cooling oder Verdunstungskühlung sinnvoll einsetzbar ist. |
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| Feuchte in Öl | Immersion Cooling | Leckagen an Wärmetauschern reduzieren die elektrische Isolierfähigkeit des Liquids. | MOP301, EE364 |
Zwei Normen geben klare Vorgaben für die Sensorplatzierung.
- Die Normenreihen DIN EN 50600 und ISO/IEC 22237 fordern eine kontinuierliche Überwachung der Umgebungsbedingungen. Für eine aussagekräftige Temperaturüberwachung sollten die Sensoren möglichst nahe an den Lufteinlässen der IT-Geräte platziert werden. Bei hohen Racks oder stark schwankenden Lasten können mehrere Messpunkte über die Rackhöhe sinnvoll sein.
- ASHRAE empfiehlt Temperatur- und Feuchtesensoren am unteren, mittleren und oberen Ende des Rack-Einlasses.
Wer diese Platzierung konsequent umsetzt, kann Hotspots erkennen, bevor sie zu Ausfällen führen und gleichzeitig Energiekosten in Rechenzentren gezielt reduzieren.
Was präzise Sensorik konkret bringt: Ein Rechenbeispiel
Ausgangslage: 10 MW IT-Last, PUE 1,5, Strompreis 0,12 €/kWh
Die Server-Inlet-Temperatur wird um 0,4 °C angehoben. Das ist möglich, wenn der Sensor ±0,1 °C statt ±0,5 °C Messgenauigkeit liefert. Die Berechnung erfolgt auf Basis der konservativen Schätzung von 5% Kühlenergieeinsparung je +1 °C Server-Inlet-Temperatur.
| Einsparung Energie | Einsparung Kosten/Jahr | PUE neu | CO_2-Reduktion |
|---|---|---|---|
| 657 MWh/Jahr | ~76.840 € | 1,493 | 154 t CO_2 |
Quelle: Die Berechnungsgrundlage stammt aus dem LBNL/DOE-Leitfaden und ENERGY STAR-Daten.
Das Ergebnis: Über fünf Jahre bei einer IT-Last von 10 MW und einer Anhebung der Server-Inlet-Temperatur von 0,4 °C ergibt eine mögliche Energieeinsparung von bis zu 400.000 Euro.
So setzen Sie Maßnahmen zur Energieeffizienz von Rechenzentren um
Rechenzentren verbrauchen mehr Energie als je zuvor. Der Druck, Kosten zu senken und gleichzeitig Ausfälle zu verhindern, nimmt zu. Energieeffizienz und Verfügbarkeit schließen sich jedoch nicht gegenseitig aus. Sie basieren auf derselben technischen Grundlage: zuverlässige Messdaten an den richtigen Punkten und mit ausreichender Genauigkeit.
Wenn Betreiber den Sollwert am Server-Einlass um 0,4 °C erhöhen können, weil sie den Sensordaten vertrauen, kann ein Standort mit 10 MW rund 80.000 € pro Jahr einsparen. Die Messung des Differenzdrucks im Kaltgang hilft, Bypass-Luft zu verhindern. Die Überwachung des Außenklimas ermöglicht die Nutzung von Zeitfenstern für freie Kühlung, die sonst ungenutzt blieben.
Die Energiekosten von Rechenzentren können sicher und systematisch gesenkt werden, jedoch nur mit Messdaten, die gezielte betriebliche Entscheidungen unterstützen. PUE und WUE werden dann zu mehr als abstrakten Kennzahlen. Sie werden zum direkten Ergebnis bewusster Entscheidungen im täglichen Betrieb und bilden die Grundlage für wirksame Maßnahmen zur Energieeffizienz von Rechenzentren.
E+E Elektronik liefert hochpräzise und langfristig stabile Sensoren für alle kritischen Messpunkte im Rechenzentrum – vom Rack-Einlass bis zum Kühlflüssigkeitskreislauf – mit vollständig dokumentierter messtechnischer Rückführbarkeit und nahtloser BMS-Integration.