Dieser Leitfaden von gbc engineers bietet einen umfassenden Überblick über bewährte Praktiken zur Energieeffizienz im Rechenzentrumsdesign.
Die Dringlichkeit der Energieeffizienz in Rechenzentren
Rechenzentren bilden das digitale Rückgrat unserer modernen Welt – sie treiben alles an, von Cloud Computing bis hin zu künstlicher Intelligenz. Gleichzeitig zählen sie jedoch zu den energieintensivsten Einrichtungen: Manche verbrauchen bis zu 100-mal mehr Strom als herkömmliche Bürogebäude.
Dieser enorme Energiebedarf treibt nicht nur die Betriebskosten in die Höhe, sondern trägt auch erheblich zu den globalen CO₂-Emissionen bei.
Mit dem fortschreitenden Wachstum der digitalen Wirtschaft wird die Optimierung der Energieeffizienz in Rechenzentren immer wichtiger. Dieser Leitfaden geht auf umfassende Best Practices für das Design und den Betrieb energieeffizienter Rechenzentren ein – mit Fokus auf IT-Systeme, Umweltbedingungen, Luftmanagement, Kühlsysteme, elektrische Systeme sowie Nachhaltigkeitskennzahlen.
1. IT-Systeme
Hardware-Standort und -Konsolidierung
Die effiziente Platzierung von Hardware spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung des Energieverbrauchs.
Rechenzentren sollten Geräte mit ähnlichen Wärmeentwicklungen und Temperaturanforderungen gruppieren. Die Trennung nach spezifischen Umweltanforderungen ermöglicht eine Optimierung der Belüftungssysteme mit minimalem Energieeinsatz.
Durch Konsolidierung ungenutzter Rechenzentrumsflächen an zentralisierten Standorten kann der Bedarf an dezentralen Kühlsystemen reduziert werden. Das verbessert die Verwaltung und senkt gleichzeitig den Energieverbrauch.
Eine zentralisierte Datenhaltung verbessert außerdem das Umweltmonitoring, vereinfacht den Datenzugriff und die Notfallwiederherstellung – alles unter dedizierter Zugangskontrolle.
Mehr lesen: Top 5 Rechenzentrumstechnologien im Jahr 2025: Neue Trends & Netzwerktechnologien - gbc engineers
Virtualisierung
Virtualisierung ist ein hocheffizienter Ansatz zur Energieeinsparung in IT-Systemen.
Durch die Ausführung mehrerer virtueller Betriebssysteme auf einem physischen Server wird die Serverauslastung optimiert.
Dies reduziert die Anzahl physischer Server und damit den Strombedarf sowie die benötigte Kühlung. Virtualisierung sorgt auch für eine höhere Sicherheit, da sie isolierte Umgebungen innerhalb derselben Maschine schafft.
2. Umweltbedingungen
ASHRAE Thermal Guidelines
Die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) empfiehlt für die meisten Rechenzentren (Klassen A1 bis A4) eine Lufteinlasstemperatur zwischen 18°C und 27°C.
Diese Empfehlung ermöglicht mehr Flexibilität im Betrieb und hilft, den Energieverbrauch zu senken.
Empfohlene vs. Zulässige Bereiche
Es ist wichtig, zwischen dem empfohlenen Bereich (für optimale Effizienz und Zuverlässigkeit) und dem zulässigen Bereich (funktionale Grenzen ohne Ausfall) zu unterscheiden. Der Betrieb innerhalb des empfohlenen Bereichs gewährleistet langfristige Effizienz.
3. Luftmanagement
Vermeidung von Luftvermischung
Ziel ist es, die Vermischung von kalter Zuluft und heißer Abluft zu vermeiden.
So erreicht die Kühlung gezielt die Hardware und verhindert Energieverschwendung durch Umwälzung.
Lösungen sind unter anderem:
- Zonenbildung
- Luftschottsysteme
- Trennung von Warm- und Kaltgängen
Hot-Aisle/Cold-Aisle-Konfiguration
Bewährte Methode zur Luftführung:
- Kaltluft wird vorne an die Racks geführt (Cold Aisle)
- Heißluft tritt hinten aus (Hot Aisle)
Dies ermöglicht präzise Steuerung und vermeidet ineffiziente Luftströme.
Wichtig ist die geeignete Positionierung von Luftverteilern (über dem Kaltgang) sowie die freie Gestaltung der Unterflursysteme – keine Kabelträger dürfen den Luftstrom blockieren.
Effiziente Luftverteilung
- Overhead-Systeme (von oben) bieten eine bessere Kontrolle der Luftschichtung.
- Variable Air Volume (VAV)-Systeme passen den Luftstrom dynamisch an den Kühlbedarf an.
- Drehzahlgeregelte Lüfter sparen Energie, da sie nur so schnell laufen wie nötig.
Bei Dachgeräten ist eine zentrale Platzierung vorteilhaft, um Rohrleitungsbedarf und Energieverluste zu minimieren.
Überlegungen zur Unterflur-Luftzufuhr
Unterflur-Luftinfrastrukturen bringen eigene Herausforderungen mit sich. Der Unterbodenplenum, der sowohl als Luftkanal als auch als Leitungsschacht dient, kann durch elektrische oder Datenleitungen blockiert werden, was den Luftstrom beeinträchtigt. Es ist entscheidend, die Luftströmungswege sowohl in der Planungs- als auch in der Betriebsphase sorgfältig abzustimmen, um Probleme wie eine hohe Luftgeschwindigkeit im Plenum zu vermeiden. Diese kann zu lokalem negativem statischem Druck führen und Raumluft zurück ins System ziehen.
Eine ausreichende Tiefe des Unterbodenplenums und eine durchdachte Anordnung der CRAC-/CRAH-Einheiten tragen dazu bei, einen gleichmäßigen statischen Luftdruck im gesamten System aufrechtzuerhalten. Eine gute Planung stellt sicher, dass alle Bereiche des Rechenzentrums ausreichend Kühlluft erhalten und eine gleichmäßige Luftverteilung gewährleistet ist.
Mehr lesen: Top 5 Strategien für das moderne Rechenzentrumsdesign im Jahr 2025 - gbc engineers
4. Kühlsysteme
Kompakte DX-Klimaanlagen
Direktexpansions-Klimaanlagen (DX) sind in kleineren Rechenzentren üblich. Die Energieeffizienz kann gesteigert werden, indem Geräte mit drehzahlgeregelten Kompressoren gewählt und Verdunstungskühlungstechniken integriert werden, die die Wärmeabfuhr verbessern. Luftseitige Economizer können ebenfalls eingesetzt werden, um kühlere Außenluft zur freien Kühlung zu nutzen und so die Abhängigkeit von mechanischer Kälteerzeugung zu verringern.
Quelle: What is DX Cooling | Direct Expansion Cooling
Zentrale Luftaufbereitungssysteme
In größeren Anlagen bieten zentrale Luftaufbereitungssysteme mehrere Vorteile gegenüber dezentralen Kühlgeräten. Sie ermöglichen eine bessere Kontrolle des Luftstroms, arbeiten effizienter im Teillastbetrieb und vereinfachen die Integration von Economizern. Zentrale Systeme reduzieren auch die Wartungskomplexität und steigern die Gesamtenergieeffizienz.
Freie Kühlung und Economizer
Der Einsatz von Free-Cooling-Strategien, wie luft- oder wasserbasierte Economizer, ermöglicht es Rechenzentren, externe Umweltbedingungen zur Kühlung der IT-Ausstattung zu nutzen, was den Energieverbrauch erheblich senkt. Diese Systeme sind besonders effektiv in kühleren Klimazonen und können sowohl in DX- als auch in Kaltwasser-Kühlsysteme integriert werden.
5. Elektrische Systeme
Die Optimierung der elektrischen Infrastruktur ist entscheidend für ein energieeffizientes Rechenzentrumsdesign. Die Auswahl hocheffizienter unterbrechungsfreier Stromversorgungen (USV) und Stromverteilungseinheiten (PDU) kann Energieverluste reduzieren. Trockentransformatoren mit einem Temperaturanstieg von 80°C verbrauchen beispielsweise 13 % bis 21 % weniger Energie als solche mit einem Anstieg von 150°C.
Redundanzstrategien sollten ebenfalls sorgfältig bedacht werden. Der Betrieb mehrerer kleinerer USV-Geräte mit höherem Lastfaktor kann effizienter sein als größere Einheiten im Teillastbetrieb. So lässt sich nicht nur Energie sparen, sondern auch die Sicherheit erhöhen, da kleinere, verteilte Systeme weniger anfällig für einzelne Ausfälle sind.
Die Minimierung von Spannungswandlungen sowie die Wahl von Geräten, die auch bei Teillast effizient arbeiten, steigert zusätzlich die Energieeffizienz. Dadurch sinkt nicht nur der Gesamtenergieverbrauch, sondern auch die Verfügbarkeit von Unterstützungssystemen wie Notstromversorgungen wird erhöht.
Darüber hinaus erlaubt eine effektive elektrische Optimierung eine bessere Überwachung der Systemleistung in Echtzeit. Durch das Monitoring und die Steuerung elektrischer Komponenten können ineffiziente Prozesse oder drohende Ausfälle frühzeitig erkannt und behoben werden.
Diese Maßnahmen verbessern nicht nur die betriebliche Effizienz, sondern erhöhen auch die Ausfallsicherheit, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Rechenzentrums. Die richtige Gerätewahl, ausreichende Redundanz und ein Fokus auf energieeffiziente Systeme ermöglichen eine nachhaltige und leistungsstarke Infrastruktur.
Mehr lesen: Top 5 Rechenzentrumstechnologien im Jahr 2025: Neue Trends & Netzwerktechnologien - gbc engineers
6. Nachhaltigkeitskennzahlen und Benchmarking
Die Bewertung der Gesamtbetriebskosten (TCO) und die Integration von Nachhaltigkeitskennzahlen sind entscheidend für eine langfristig effiziente Auslegung. Wichtige Leistungsindikatoren umfassen:
- Power Usage Effectiveness (PUE): Verhältnis der Gesamtenergie des Standorts zur Energie für IT-Geräte. Ein niedriger PUE-Wert bedeutet höhere Effizienz.
- Water Usage Effectiveness (WUE): Misst den Wasserverbrauch pro Einheit IT-Energieverbrauch.
- Carbon Usage Effectiveness (CUE): Bewertet die CO₂-Emissionen, die mit dem Betrieb des Rechenzentrums verbunden sind.
Regelmäßiges Benchmarking gegenüber Branchenstandards und die kontinuierliche Überwachung dieser Kennzahlen helfen, Verbesserungspotenziale zu erkennen und Fortschritte zu dokumentieren.
Mehr lesen: Umfassender Überblick über Rechenzentrums-Designstandards im Jahr 2025 - gbc engineers
Bereit, Ihr Rechenzentrum zukunftssicher zu machen?
Arbeiten Sie mit gbc engineers zusammen, um eine Einrichtung zu gestalten, die Leistung, Zuverlässigkeit und langfristigen Mehrwert bietet.
🌐 Besuchen Sie uns: www.gbc-engineers.com
🏗️ Unsere Leistungen entdecken: Leistungen - gbc engineers
Fazit
Die Gestaltung energieeffizienter Rechenzentren erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, der IT-Systeme, Umgebungssteuerung, Luft- und Kühlungsmanagement, elektrische Infrastruktur und Nachhaltigkeitskennzahlen berücksichtigt.
Durch die Umsetzung der in diesem Leitfaden beschriebenen Best Practices können Unternehmen ihren Energieverbrauch deutlich senken, Betriebskosten reduzieren und einen Beitrag zur ökologischen Nachhaltigkeit leisten.
Da der Bedarf an Datenverarbeitung stetig wächst, sind energieeffiziente Designprinzipien nicht nur eine Kostenfrage, sondern eine strategische Notwendigkeit zur Zukunftssicherung von Rechenzentren.
Mit unserer Expertise im Bereich Tragwerksplanung, BIM-Technologie und nachhaltigem Design sorgt gbc engineers dafür, dass jedes Projekt höchsten Effizienzanforderungen gerecht wird – im Einklang mit unseren Grundwerten Nachhaltigkeit und Innovation.