Direct Liquid Cooling: Paradigmenwechsel in der Rechenzentrumskühlung

• Innovation trifft Physik
• Direct-to-Chip: Kühlung an der Quelle
• Technologievarianten im Überblick
• Herausforderungen und Hindernisse
• Leckage-Risiken: Mythos und Realität
• Regulatorischer Rückenwind
• Die nächste Generation der Kühlung
• Strategische Handlungsempfehlungen für Entscheidungsträger
• Technische Risiken und Mitigationsstrategien
• Zukunftsszenarien: Rechenzentren 2030+
• Fazit

Nach Angaben des Französischen Instituts für wirtschaftliche Zusammenarbeit (IFRI), Paris verschlingen Rechenzentren derzeit etwa 1,3 % der globalen Stromerzeugung. Ein großer Teil davon wird für die Kühlung aufgewendet. Perspektivisch wird der Stromhunger von Rechenzentren mit zunehmender Nutzung von Künstlicher Intelligenz (KI) dramatisch steigen. Denn die dafür erforderlichen Server erzeugen bis zu fünfmal mehr Abwärme als herkömmliche Server.

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Für traditionelle Luftkühlsysteme ist das zu viel. Das offenbart eine Studie der US-amerikanischen Datacenter Association AFCOM aus dem vergangenen Jahr. Demnach stoßen 35 % der Rechenzentren mit Luftkühlung bereits heute an ihre thermischen Grenzen – und das obwohl herkömmliche Server-Racks mit 5 bis 15 kW Leistung auskommen, wohingegen moderne KI-Anwendungen Rack-Dichten von bis zu 100 kW erfordern. Tendenz steigend. Das zwingt Rechenzentrumsbetreiber zum Umdenken, zumal der Energiebedarf für die Kühlung laut Untersuchungen der Wirtschaftsprüfungs- und -beratungsgesellschaft Deloitte, München, in manchen Rechenzentren bereits heute 50 % des Gesamtenergieverbrauchs ausmacht.
Der Markt reagiert auf diese Herausforderung sehr dynamisch Lösungen zur Flüssigkeitskühlung (Direct Liquid Cooling, DLC). Von 5,65 Mrd. US-Dollar im Jahr 2024 soll der globale DLC-Markt bis 2034 auf 48,42 Mrd. US-Dollar wachsen – eine jährliche Wachstumsrate von 23,96 %. Das prognostiziert das irische Markforschungsunternehmen Research and Markets.

Innovation trifft Physik

Zum Hintergrund: Wasser transportiert Wärme erheblich effizienter als Luft. Da es eine höhere Wärmekapazität und Dichte hat, ergibt sich eine etwas 3.500-fach höhere Wärmetransportkapazität. Während Luft eine spezifische Wärmekapazität von 1,01 kJ/(kg*K) besitzt, beträgt diese für Wasser 4,19 kJ/(kg*K), was zusammen mit der höheren Dichte von Wasser mit 997 kg/m³ gegenüber 1,2 kg/m³ bei Luft zu diesem Vorteil von Wasser als Wärmetransportmedium führt. Diese physikalische Grundwahrheit treibt die DLC-Revolution an.
Herkömmliche Luftkühlung funktioniert nach dem Prinzip der Konvektion: Warme Luft steigt auf, wird durch Klimaanlagen gekühlt und zurück zu den Servern geführt. Bei niedrigen Leistungsdichten funktioniert das. Doch sobald Rack-Dichten den Bereich von 20 bis 30 kW überschreiten, stößt die Luftkühlung an physikalische Grenzen. Der Luftstrom kann dann nicht genügend Wärme aufnehmen und abführen.

Direct Liquid Cooling (DLC) senkt den Energieverbrauch und ermöglicht eine effizientere Wärmerückgewinnung. Dadurch lassen sich CO₂-Emissionen verringern. Auch der Wasserbedarf ist geringer als bei klassischen Systemen – ein Vorteil angesichts knapper werdender Ressourcen. Die Zeit der Beobachtung ist daher vorbei. Wer heute die Weichen für Direct Liquid Cooling stellt, positioniert sich für eine Zukunft, in der Rechenzentren nicht nur leistungsfähiger und nachhaltiger, sondern auch wirtschaftlicher werden. Die Revolution der Rechenzentrumskühlung wartet nicht – sie findet jetzt statt.

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