Kälteanlage im Rechenzentrum modernisieren: Was im laufenden Betrieb geht – und was der Bestand vorgibt

Ein Rechenzentrum, das seit Jahren läuft, lässt sich nicht abschalten, um die Kälteversorgung zu erneuern. Die Anlage muss weiterarbeiten, während daneben ihr Nachfolger entsteht. Das ist die eigentliche Aufgabe bei einer Modernisierung im Bestand, und sie entscheidet über die Reihenfolge fast aller weiteren Schritte.

Warum Bestandsrechenzentren gerade jetzt umgebaut werden

Ein Teil der deutschen Rechenzentrumslandschaft hat in den vergangenen Jahren den Betreiber gewechselt. Wer einen Standort übernimmt, übernimmt auch dessen technischen Stand und findet häufig eine Kälteversorgung vor, die für frühere Lastdichten ausgelegt wurde.

Dazu kommt der regulatorische Druck. Die europäische Verordnung über fluorierte Treibhausgase schreibt fest, dass Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial schrittweise aus dem Markt verschwinden. Für Bestandsanlagen kann das bedeuten, dass bestimmte Kältemittel über die Restlaufzeit schwerer verfügbar und wirtschaftlich unattraktiver werden. Welche Anforderungen eine konkrete Anlage trifft, hängt von Füllmenge, Kältemittel und Inbetriebnahmezeitpunkt ab und richtet sich nach der jeweils geltenden Fassung der Vorgaben. Diese Prüfung gehört an den Anfang jeder Modernisierungsplanung.

NorthC Datacenters beschreibt das für die 2025 übernommenen Standorte in den eigenen Standortangaben offen: Die Rechenzentren in Hamburg, München 2 und Berlin 2 sollen auf den konzernweiten Standard gebracht werden. Auf der Kälteseite heißt das nach den veröffentlichten Werten eine Kühlleistung von 750 W/m² auf 2.400 W/m² und eine Kühlungs-Redundanz von N auf N+1. Die Umsetzung ist für Hamburg und München 2 bis zum vierten Quartal 2026 angesetzt, für Berlin 2 bis zum ersten Quartal 2027.

Das sind keine Detailkorrekturen. Die dreifache Kühlleistung auf derselben Fläche verändert die Anlagenstruktur. Und der Schritt von N auf N+1 betrifft den gesamten Weg vom Kälteerzeuger bis zur Übergabe.

Auf der Kälteseite setzt KSI diese Modernisierung um. Nach dem abgeschlossenen Projekt in München 1 läuft die Zusammenarbeit mit NorthC an allen drei Standorten weiter.

Was der laufende Betrieb technisch bedeutet

Die Formulierung klingt nach einer organisatorischen Randbedingung. Tatsächlich bestimmt sie die Bauform der neuen Anlage.

Eine Kältezentrale, die den Bestand ablösen soll, wird parallel errichtet und erst danach eingebunden. Das verlangt eine zweite Aufstellfläche, eine zweite hydraulische Anbindung und einen definierten Moment, in dem umgeschaltet wird. Beim Rechenzentrum von NorthC in München 1 ist die Technikzentrale aus diesem Grund vollständig im Außenbereich entstanden. Die Bestandsanlage blieb bis zur Umschaltung in Betrieb.

Der Umschaltpunkt selbst gehört an den Anfang der Planung. An ihm hängt, wie lange beide Systeme parallel versorgt werden müssen, welche Absperrungen dafür nötig sind und ob sich der Vorgang in Abschnitte teilen lässt. Ein Übergangskonzept, das erst auf der Baustelle entsteht, wird teuer.

Der Bestand gibt die Fläche vor

Beim Neubau folgt die Fläche der Anlage. Im Bestand ist es andersherum: Dach, Statik und vorhandene Trassen stehen fest, und die Anlage muss hineinpassen.

In München 1 wurde die Planung deshalb vollständig in 3D ausgeführt. Auf der begrenzten Dachfläche ließ sich so vorab abstimmen, wie Kälteerzeuger, Rückkühler, Pumpen und Rohrführung zueinander stehen, einschließlich der Wege, die für Wartung und späteren Tausch frei bleiben müssen. Bei einer Verdreifachung der Kühlleistung ist das kein Komfortthema. Größere Volumenströme brauchen größere Querschnitte, und die verlaufen selten dort, wo im Bestand Platz ist.

Die Statik gehört zur selben Prüfung. Zusätzliche Geräte, größere Pufferspeicher und volle Rohrleitungen bringen Gewicht auf eine Konstruktion, die dafür nicht ausgelegt sein muss.

Von N auf N+1: Redundanz reicht so weit wie ihr schwächstes Glied

Ein zweiter Kälteerzeuger allein erzeugt keine Redundanz. Sie entsteht erst, wenn sie durchgängig ist: über Erzeugung, Pumpen, Hydraulik und Regelung hinweg. Eine einsträngig gebaute Verteilung verhindert eine durchgängige Redundanz des Gesamtsystems.

In der Modernisierung ist das der aufwendigste Teil, weil die vorhandene Hydraulik meist genau dort ihre Grenze hat. In München 1 sind sämtliche Pumpen vollständig redundant ausgeführt; die Umschaltung im Störfall betrifft damit nicht den Kälteerzeuger allein.

Während des Umbaus stellt sich die Frage ein zweites Mal: Welche Redundanz gilt in der Übergangsphase? Wer beide Systeme kurzzeitig parallel fährt, hat sie meist. Wer zwischendurch einsträngig läuft, sollte das bewusst und zeitlich begrenzt tun.

Die Modernisierung schafft die Grundlage für mehr Effizienz

Der Anteil der Kühlung am Gesamtstromverbrauch eines Rechenzentrums ist eine Größe, die gegenüber Kunden und Behörden belegt werden muss. Welche Werte ein Standort überhaupt erreichen kann, entscheidet sich weniger an der Gerätewahl als an der Anlagenstruktur. Und die wird bei einer Modernisierung in jedem Fall angefasst.

Mehrere Stellhebel liegen dabei besonders nah:

Kaltwassertemperatur und freie Kühlung. Höhere Vorlauftemperaturen vergrößern in der Regel das nutzbare Potenzial für freie Kühlung. Wie viele Freikühlstunden daraus tatsächlich werden, hängt vom Gesamtsystem und den Standortbedingungen ab. Eine Regelung, die nur zwischen zwei Betriebsarten umschaltet, lässt den Mischbereich ungenutzt; sinnvoll ist ein gleitender Übergang entlang der aktuellen IT-Last. In München 1 passt sich der Betrieb aus diesem Grund dynamisch an die Last an.

Adiabate Unterstützung der Rückkühlung. An heißen Tagen sinkt die Leistung luftgekühlter Rückkühler genau dann, wenn die Last am höchsten ist. Eine adiabate Kühlung befeuchtet die angesaugte Luft vor dem Wärmetauscher und senkt so die Eintrittstemperatur. Das verbessert die Rückkühlbedingungen und kann dadurch den energieintensiven Verdichterbetrieb reduzieren. Im Bestand ist der Zusatznutzen oft groß, weil die vorhandenen Rückkühler für mildere Sommer ausgelegt wurden. Der Betrieb braucht dafür eine Wasseraufbereitung und ein Hygienekonzept. Beides gehört in die Planung.

Wärmerückgewinnung. Die abgeführte Wärme lässt sich nutzen, statt sie vollständig an die Umgebung abzugeben. Dafür braucht es einen Abnehmer und ein passendes Temperaturniveau. Beides gehört in die Konzeption und lässt sich später kaum nachrüsten. Die Anlage in München 1 hat die Wärmerückgewinnung deshalb von Beginn an integriert.

Der Umbau ist der Zeitpunkt für den Kältemittelwechsel

Eine umfassende Modernisierung ist ein sinnvoller Zeitpunkt, auch das Kältemittelkonzept neu zu bewerten. Wird der Wechsel verschoben, steht er als eigenes Projekt noch einmal an, mit einem zweiten Eingriff in eine dann gerade erst sanierte Anlage.

Propan (R290) wird für solche Anwendungen zunehmend eingesetzt. Es erreicht hohe Wirkungsgrade auch bei den höheren Vorlauftemperaturen, die Freikühlung und Wärmerückgewinnung brauchen, und es unterliegt keiner Verknappung über die Anlagenlebensdauer. In München 1 arbeitet die Anlage mit R290 bei 1,0 MW Kühlleistung.

Der Preis dafür ist ein Sicherheitskonzept, das zur Aufstellung passt: Propan ist in die Sicherheitsgruppe A3 eingestuft, brennbar bei geringer Toxizität. Die Aufstellung im Außenbereich vereinfacht das erheblich, weshalb sie bei Rechenzentren häufig die naheliegende Wahl ist. Welche Anforderungen im Einzelfall gelten, hängt von Aufstellort, Füllmenge und der jeweils geltenden Fassung der Vorgaben ab und gehört zu Beginn der Planung geprüft. Mehr dazu auf der Seite zu natürlichen Kältemitteln.

Was danach messbar sein muss

Eine modernisierte Anlage, deren Betriebsdaten niemand sieht, lässt sich weder optimieren noch nachweisen. Zähler und Sensorik auf der Kälteseite gehören deshalb in das Konzept und nicht in eine spätere Nachrüstung.

In München 1 übernimmt ein Siemens-Zentralsteuersystem die Regelung und Überwachung aller Betriebszustände; Visualisierung und gesicherter Fernzugriff gehören dazu. Bei mehreren Standorten desselben Betreibers gewinnt dieser Punkt zusätzlich an Gewicht: Vergleichbare Regelung und vergleichbare Datenpunkte machen aus Einzelanlagen einen Bestand, den man gemeinsam bewerten kann.

In Stufen denken, nicht in einem Endzustand

Rechenzentren wachsen in Ausbaustufen, und eine Modernisierung trifft selten den Endausbau. Die Grundstruktur aus Erzeugung, Hydraulik und Regelung sollte weitere Stufen aufnehmen können, ohne dass der laufende Betrieb erneut angefasst werden muss.

Die Anlage in München 1 war als erster Ausbauschritt angelegt und auf weitere Stufen vorbereitet. Der Aufwand dafür fällt zu Beginn an, in Form größerer Sammler, freigehaltener Anschlusspunkte und einer Regelung, die zusätzliche Erzeuger aufnehmen kann. Beim zweiten Ausbauschritt zahlt sich das aus.

Wie KSI bei Bestandsanlagen vorgeht, von der energetischen Analyse über die Umrüstung bis zur Umstellung auf natürliche Kältemittel, steht auf der Seite Revitalisierung und Modernisierung. Die Anforderungen speziell im Rechenzentrumsumfeld sind unter Kältetechnik für Rechenzentren zusammengefasst; die Grundlagen zur Auslegung stehen im Beitrag zur Kühlung von Rechenzentren.