Was Rechenzentren über Energieeffizienz lehren

Was macht ein energieeffizientes Gebäude aus? Wie kann der Gebäudebetrieb so gestaltet werden, dass er wirtschaftlich tragbar ist und zugleich Ressourcen schont? Wie können Verluste vermieden und überschüssige Energie wieder in den Kreislauf eingespeist werden?

Fragen zu Energieeffizienz und Dekarbonisierung gewinnen angesichts steigender CO₂- und Energiepreise, der Abhängigkeit von Energieimporten aus kritischen Regionen, verschärfter gesetzlicher Vorgaben und der Forderung nach Transparenz in Bezug auf Energieverbrauch immer mehr an Relevanz. Die Reduktion von Energiekosten und die Steigerung der Energieeffizienz kommen dabei nicht nur Mensch und Umwelt zugute, sie reduzieren ökonomische Risiken und haben stabilisierenden Einfluss auf die gesamtwirtschaftliche Entwicklung.

Eines ist klar: Energieeffizienz ist kein einzelner technischer Parameter. Sie beschreibt vielmehr, wie konsequent ein Gebäude mit Energie umgeht – von der Bereitstellung über die Nutzung bis zur Weiterverwendung. Die entscheidende Frage ist dabei nicht bloß, wie der Verbrauch möglichst gering gehalten werden kann, sondern wie die eingesetzte Energie optimal genutzt werden kann, um Verluste zu vermeiden und Energie im Kreislauf zu behalten. Dafür braucht es eine ganzheitliche Betrachtung und ein entsprechendes Konzept, dass alle technischen Anforderungen in ihrer Gesamtheit berücksichtigt.

Ganzheitliche Planung mit Energieeffizienz im Fokus
Eine optimierte Energieeffizienz kann nur dann erreicht werden, wenn alle relevanten Bereiche von Beginn an zusammengedacht werden. Einzelne Optimierungen greifen zu kurz, wenn sie nicht in eine übergeordnete Gesamtlösung eingebettet sind. Das zeigt sich insbesondere an den Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Bereichen: So beeinflusst etwa die Wahl des Kühlsystems nicht nur den Energiebedarf, sondern auch das Potenzial zur Abwärmenutzung und den Wasserverbrauch. Gleichzeitig wirkt sich die verfügbare Energieinfrastruktur auf die Auslegung der technischen Anlagen aus. Entscheidungen in einem Bereich haben damit direkte Auswirkungen auf andere. Unsere Erfahrung der interdisziplinären Zusammenarbeit ermöglicht es uns, diese Abhängigkeiten frühzeitig zu erkennen und gezielt aufeinander abzustimmen.
Ein weiterer zentraler Aspekt ist die Einbindung der lokalen Rahmenbedingungen. Verfügbare Netzkapazitäten, klimatische Bedingungen oder potenzielle Abnehmer für Abwärme beeinflussen die Planung maßgeblich. Dabei ist klar: Es gibt keine Pauschallösungen. Jedes Gebäude benötigt ein maßgeschneidertes System, das sowohl von den technischen Anforderungen des Gebäudes als auch von den lokalen Gegebenheiten und Potenzialen abhängt.

Maßnahmen zur Optimierung der Energieeffizienz
Rechenzentren sind ein Paradebeispiel energieintensiver Gebäude, denn sie verbrauchen enorme Mengen an Strom und Wasser. Damit zeigen sie exemplarisch, worauf es bei energieeffizienten Gebäuden und ihrer TGA-Ausstattung ankommt – und wo die größten Hebel zur Optimierung liegen.
Der Knackpunkt bei Rechenzentren liegt darin, dass der Strombedarf der IT-Komponenten quasi zu 100 % in Wärme umgewandelt wird, die wiederrum kontinuierlich abgeführt werden muss, um die Überhitzung der Komponenten zu vermeiden. Es geht also nicht bloß darum, Energie für den Betrieb bereitzustellen, sondern auch darum, wie diese Energie gelenkt wird und möglichst weiterverwendet werden kann.

Folgende Faktoren gelten in besonderem Maße für Rechenzentren, sind aber auch für andere Gebäudetypen relevant: 

• Energieeffizienz als zentrales Ziel: Die gesetzlichen Vorgaben setzen zunehmend strengere Anforderungen an den PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) und die Nutzung erneuerbarer Energien.

• Herausforderungen der Stromversorgung: In urbanen Gebieten ist die Bereitstellung großer elektrischer Leistungen oft limitiert. Industriestandorte bieten bessere Netzkapazitäten, jedoch weniger Abwärmenutzungsmöglichkeiten.

• Optimierung der Kühlung: Eine Kombination aus freier Kühlung, Luft- und Flüssigkeitskühlung sowie neue Technologien wie Immersionskühlung sind entscheidend für die Effizienzsteigerung.

• Abwärmenutzung als Potenzial: Die Einspeisung in Wärmenetze wird durch niedrigere Vorlauftemperaturen wirtschaftlicher. Besonders Heißwasserkühlung (DHWC) ermöglicht eine direkte Wärmeübertragung ohne Wärmepumpe.

• Wasserversorgung als kritischer Faktor: Der Wasserverbrauch von Rechenzentren kann durch geschlossene Kreislaufsysteme und innovative Kühltechnologien minimiert werden.

Stromversorgung: mehr als nur Energie bereitstellen
Die Energieversorgung bildet die Grundlage jedes Gebäudes. In energieintensiven Anwendungen zeigt sich jedoch schnell, dass sie mehr ist als nur eine Frage der Anschlussleistung.
Mit steigender Nachfrage nach Strom wird die verfügbare Infrastruktur zunehmend zum limitierenden Faktor – bzw. im positiven Sinne zu einem Standortfaktor. Besonders in urbanen Gebieten stoßen bestehende Netze an ihre Kapazitätsgrenzen. Gleichzeitig verändern sich die Anforderungen. Neben der reinen Verfügbarkeit rücken Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeit in den Fokus. Redundante Systeme stellen sicher, dass der Betrieb auch bei Ausfällen stabil bleibt. Parallel dazu gewinnt die Integration erneuerbarer Energien an Bedeutung.

Kühlung: der Schlüssel zur Effizienz
In Datenzentren fließt ein wesentlicher Teil der eingesetzten Energie in die Kühlung. Hier entscheidet sich maßgeblich, wie effizient das Gebäude und seine TGA tatsächlich sind. Grundsätzlich geht es darum, Wärme möglichst effizient abzuführen. Dabei kommen unterschiedliche Ansätze zum Einsatz, die jeweils spezifische Vorteile bieten.
Ein besonders wirkungsvoller Ansatz ist die sogenannte freie Kühlung. Dabei wird die Temperatur der Außenluft genutzt, um Wärme abzuführen. Voraussetzung ist, dass die äußeren Bedingungen geeignet sind. Wenn das gelingt, kann der Energiebedarf für die Kühlung deutlich reduziert werden.
Auch die Organisation der Luftströme im Gebäude spielt eine entscheidende Rolle. Systeme wie die Trennung von Kalt- und Warmgängen verhindern, dass sich Luft unterschiedlicher Temperatur vermischt. Dadurch wird die Kühlung effizienter und der zusätzliche Energieeinsatz minimiert.
Mit steigenden Leistungsdichten stoßen luftbasierte Systeme jedoch an ihre Grenzen. Flüssigkeitskühlung bietet hier neue Möglichkeiten, da sie Wärme deutlich effektiver aufnehmen und abführen kann. In der Praxis entstehen häufig hybride Lösungen, die verschiedene Systeme kombinieren. Sie ermöglichen es, flexibel auf unterschiedliche Betriebszustände zu reagieren und die Effizienz weiter zu steigern.

Wasser: oft unterschätzt, aber entscheidend
Ein weiterer zentraler Faktor ist Wasser. Es wird vor allem für die Kühlung benötigt und beeinflusst die Effizienz des Gesamtsystems erheblich.
Der Bedarf hängt stark von der eingesetzten Technologie ab. Während einige Systeme auf kontinuierlichen Wasserverbrauch angewiesen sind, setzen moderne Lösungen zunehmend auf geschlossene Kreisläufe. Ziel ist es, Wasser im System zu halten, Verluste zu minimieren und vorhandene Ressourcen effizient zu nutzen. Dazu gehören auch Konzepte wie Wiederaufbereitung, Recycling oder die Nutzung alternativer Wasserquellen.

Abwärme: vom Nebenprodukt zur Ressource
Ein besonders großes Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz liegt in der Nutzung von Abwärme. Was zunächst als Nebenprodukt entsteht, kann und muss künftig vermehrt genutzt werden. Nach dem Energieeffizienzgesetz EnEfG müssen ab Mitte 2026 20 % der Abwärme gezielt weiterverwendet werden.
Die Abwärme kann in Wärmenetze eingespeist oder direkt in benachbarten Gebäuden genutzt werden. Entscheidend ist dabei das Temperaturniveau. Höhere Abwärmetemperaturen erleichtern die direkte Nutzung, während niedrigere Netztemperaturen die thermischen Verluste von Wärmenetzen reduzieren.
Neue Technologien insbesondere im Bereich der Flüssigkeitskühlung, aber auch in der Wärmepumpenentwicklung eröffnen hier zusätzliche Möglichkeiten. Sie stellen Wärme auf einem Niveau bereit, das eine direkte Nutzung erleichtert.

Gebäudeautomation: Effizienz durch intelligentes Monitoring
Zu guter Letzt bildet die Gebäudeautomation einen entscheidenden Baustein für energieeffiziente Rechenzentren. Intelligente Regelungssysteme gewährleisten einen optimierten Betrieb der Anlagen- und IT-Infrastruktur. Mess- und Zählkonzepte werden zur Überwachung eingesetzt und ermöglichen ein Monitoring des Betriebs und aller Kühl- und Abwärmekomponenten. Hiermit lassen sich Energieströme überwachen, Ineffizienzen aufdecken und Ausfallszenarien vorab simulieren.

Integrale Zusammenarbeit als Voraussetzung für energieeffiziente Gebäude
Wie wir bereits eingangs festgehalten haben, entsteht Energieeffizienz nicht durch Einzelmaßnahmen, sondern ist das Ergebnis eines konsistenten TGA-Gesamtkonzepts. Das Beispiel Rechenzentren zeigt, dass Energieversorgung, Kühlung, Wasser und Abwärme gemeinsam betrachtet und aufeinander abgestimmt werden müssen.
Damit die Maßnahmen im TGA-Bereich ihre volle Wirkung zeigen können, muss die TGA essentieller Bestandteil der Planung sein. Müssen alle Gewerke von Beginn an mit-, statt neben- oder nacheinander arbeiten. Auf Augenhöhe, interdisziplinär und simultan. Der integrale Ansatz, der unserem Selbstverständnis als Kompetenzplattform für die gebaute Welt zugrunde liegt, ist kein zusätzlicher Planungsschritt, sondern eine grundlegende Haltung: Sie bringt die Expertisen aller Planungsbereiche zusammen und ist die Basis für den fachübergreifenden Wissensaustausch. Dadurch entsteht die Grundlage für energieeffiziente und zukunftsfähige Gebäude.

ATP sustain verbindet fachliches Knowhow aus Forschung und dem Betrieb von Gebäuden im Bereich Energieeffizienz, CO₂-Optimierung und Klimaschutz mit einem klaren Blick für Wirtschaftlichkeit. Die Expert:innen von ATP sustain entwickeln Energiekonzepte, CO₂-Audits und Klimaschutzfahrpläne für Neubauten, Bestandsobjekte und Quartiere.