Adiabatik bezeichnet in der Thermodynamik einen Zustand bzw. Prozess, bei dem ein System ohne Wärme- und Energiezufuhr von außen arbeitet. In der Klimatechnik wird dieses Prinzip für die adiabatische Kühlung (Verdunstungskühlung) genutzt: Wasser wird in einen Luftstrom eingedüst und verdunstet. Die dafür benötigte Verdunstungsenergie wird der Luft in Form von sensibler Wärme entzogen, wodurch diese abkühlt. Die thermische Energie verschwindet dabei nicht physikalisch, sondern wird als latente Wärme in den entstehenden Wasserdampf verlagert. Da keine klassische, energieintensive Kompressionskältemaschine eingesetzt werden muss, sinkt die Lufttemperatur rein physikalisch.
In Rechenzentren trägt die adiabatische Kühlung dadurch massiv zur Senkung des Energiebedarfs bei. Da das Verfahren jedoch Wasser verbraucht, erfordert eine ganzheitliche Effizienzbetrachtung neben dem klassischen PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) stets auch die WUE (Water Usage Effectiveness).
Bei der adiabatischen Kühlung wird Wasser in einen Luftstrom eingebracht und verdunstet. Für diesen Phasenwechsel wird Energie benötigt. Diese Energie wird der Luft in Form von Wärme entzogen – die Luft kühlt ab.
Ein einfaches Beispiel: An einem heißen, trockenen Tag kann Außenluft durch die Verdunstung von Wasser deutlich abgekühlt werden, bevor sie für die Klimatisierung eines Gebäudes oder Rechenzentrums genutzt wird.
Wie stark die Kühlwirkung ausfällt, hängt unter anderem von der Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Außenluft ab. Je trockener die Luft ist, desto mehr Wasser kann sie aufnehmen und desto größer ist das Potenzial der Verdunstungskühlung. Die physikalische Grenze bildet die sogenannte Feuchtkugeltemperatur: Tiefer lässt sich die Luft durch Verdunstung allein nicht abkühlen. Bei feuchter Witterung liegt sie nah an der Lufttemperatur, sodass der Kühleffekt dann gering ausfällt.
Grundsätzlich wird zwischen zwei Verfahren unterschieden:
Direkte adiabatische Kühlung:
Das Wasser verdunstet direkt im Luftstrom. Dadurch sinkt die Temperatur, gleichzeitig steigt jedoch die Luftfeuchtigkeit.
Indirekte adiabatische Kühlung:
Die Verdunstung findet in einem separaten Luftstrom statt, der dadurch abkühlt. Über einen Wärmetauscher gibt die Zuluft anschließend Wärme an diesen gekühlten Luftstrom ab. Die Luft, die den IT-Bereich erreicht, kommt dadurch nicht direkt mit dem verdunsteten Wasser in Kontakt, und ihre Feuchte bleibt unverändert.
Gerade für Rechenzentren ist die kontrollierte Luftführung wichtig, da Temperatur und Luftfeuchtigkeit innerhalb definierter Betriebsbereiche gehalten werden müssen. Deshalb kommt dort häufig die indirekte Variante zum Einsatz.
Der wichtigste Vorteil der adiabatischen Kühlung liegt in ihrem vergleichsweise geringen elektrischen Energiebedarf. Unter geeigneten klimatischen Bedingungen kann sie mechanische Kälteerzeugung reduzieren oder zeitweise ersetzen.
Dadurch können:
Insbesondere in Kombination mit freier Kühlung kann Adiabatik eine Möglichkeit sein, die Zeiträume zu verlängern, in denen auf energieintensive mechanische Kühlung verzichtet werden kann.
Der geringere Stromverbrauch hat allerdings eine zweite Seite: Für die Verdunstung wird Wasser benötigt.
Deshalb sollte die Effizienz eines Rechenzentrums nicht ausschließlich anhand des PUE-Werts bewertet werden. Zusätzlich ist die Water Usage Effectiveness (WUE) relevant. Sie gibt an, wie viel Wasser im Verhältnis zum Energieverbrauch der IT-Systeme verbraucht wird, angegeben in Litern pro Kilowattstunde (l/kWh).
Eine Verdunstungskühlung kann somit einen positiven Effekt auf den PUE haben, gleichzeitig aber den WUE-Wert verschlechtern.
Für eine ganzheitliche Bewertung eines Rechenzentrums müssen daher Energie- und Wassereffizienz gemeinsam betrachtet werden.
Ob adiabatische Kühlung nachhaltig ist, lässt sich nicht pauschal beantworten. Das Verfahren kann den elektrischen Energiebedarf der Kühlung erheblich reduzieren. Gleichzeitig entsteht durch die Verdunstung ein Wasserverbrauch.
Entscheidend sind deshalb unter anderem:
Gerade vor dem Hintergrund zunehmender Wasserknappheit gewinnen Kennzahlen wie die WUE neben der Energieeffizienz zunehmend an Bedeutung.
Moderne Rechenzentren können unterschiedliche Kühlkonzepte einsetzen oder miteinander kombinieren. Neben adiabatischen Systemen kommen beispielsweise direkte und indirekte freie Kühlung, klassische Präzisionsklimatisierung sowie zunehmend Flüssigkeitskühlung zum Einsatz.
Welche Technologie sinnvoll ist, hängt unter anderem von der Leistungsdichte der IT, den klimatischen Rahmenbedingungen und den Anforderungen an Energie- und Ressourceneffizienz ab.
Besonders bei High-Density- und KI-Infrastrukturen gewinnt Flüssigkeitskühlung an Bedeutung, da Luft bei sehr hohen Leistungsdichten pro Rack an ihre physikalischen Grenzen stößt. Das neue firstcolo Rechenzentrum FRA7 in Rosbach ist beispielsweise für hohe Leistungsdichten und moderne Flüssigkeitskühlung ausgelegt.
Sie haben noch weitere Fragen? Antworten finden Sie in unserem Glossar.
Bei der adiabatischen Kühlung verdunstet Wasser und entzieht der Umgebungsluft dabei Wärme. Dadurch sinkt die Temperatur der Luft.
Adiabatische Kühlung kann den elektrischen Energiebedarf für die Klimatisierung reduzieren und damit zu einem niedrigeren PUE-Wert beitragen.
Bei der freien Kühlung wird niedrige Außentemperatur genutzt, um Wärme aus dem Rechenzentrum abzuführen. Bei der adiabatischen Kühlung wird zusätzlich der Verdunstungseffekt von Wasser genutzt, um die Lufttemperatur zu senken. Beide Verfahren können auch miteinander kombiniert werden.
