Was man über Rechenzentren wissen muss.

Ein Rechenzentrum ist ein Gebäude voller Computer, sogenannter Server. Fast der gesamte Strom, den die Server verbrauchen, wird zu Wärme. Diese Wärme muss ständig aus dem Gebäude heraus, sonst überhitzen die Geräte. Kühlung ist deshalb kein Zubehör, sondern der zweitgrößte Stromverbraucher nach den Servern selbst (siehe Thema Strom).

Dabei müssen die Server gar nicht kalt stehen. Die Fachgesellschaft ASHRAE, deren Richtwerte weltweit gelten, unterscheidet für die Luft, die vorne in die Server eintritt, zwei Bereiche. Empfohlen sind 18 bis 27 °C. In diesem Bereich arbeiten die Geräte am zuverlässigsten, und darauf sollen Rechenzentren ausgelegt werden. Zulässig sind je nach Geräteklasse 15 bis 32 °C oder mehr. Bis zu diesen Grenzen prüfen die Hersteller, dass ihre Geräte noch funktionieren. Das Umweltbundesamt schreibt, die Zuluft müsse für ein einwandfreies Funktionieren der Server „nicht kühler als 28 °C" sein. Das ist kein Widerspruch zu ASHRAE: 28 °C liegt im zulässigen Bereich, ein Grad über dem empfohlenen. ASHRAE fragt, wo die Geräte am zuverlässigsten laufen; das Umweltbundesamt fragt, wie viel Kühlenergie sich sparen lässt, solange sie einwandfrei funktionieren. Wer über den empfohlenen Bereich hinausgeht, muss nach ASHRAE abwägen: Er spart Kühlenergie, aber die Lüfter in den Servern drehen schneller, brauchen mehr Strom und machen es im Gebäude lauter, und die Geräte können öfter ausfallen. Welche Temperatur ein Rechenzentrum tatsächlich fährt, legt jeder Betreiber selbst fest. Je wärmer die Server laufen dürfen, desto öfter reicht die Außenluft zum Kühlen und desto seltener muss eine Kältemaschine laufen.

Eine Kältemaschine funktioniert wie ein Kühlschrank. Ein Kompressor, der mit Strom läuft, verdichtet ein Kältemittel. Beim Verdampfen nimmt das Kältemittel Wärme auf, an anderer Stelle gibt es sie wieder ab; beim Kühlschrank geschieht das über das Gitter an der Rückwand. So kann eine Kältemaschine auch dann kühlen, wenn es draußen wärmer ist als drinnen. Das kostet viel Strom.

Drei Grundprinzipien gibt es, und fast jedes große Rechenzentrum kombiniert sie:

Luftkühlung mit freier Kühlung. Kalte Luft wird vor die Server geführt, die warme Luft hinter den Servern abgesaugt; Kalt- und Warmgang sind getrennt, damit sich beides nicht mischt. Die Wärme geht über Wärmetauscher an die Außenluft. Dafür müssen ständig große Luftmengen durch das Gebäude und die Kühlanlagen bewegt werden. Das übernehmen Ventilatoren. Sie werden mit Strom betrieben und brauchen ihn auch dann, wenn keine Kältemaschine läuft. Abgase entstehen bei der Kühlung selbst nicht, sondern bei der Stromerzeugung und bei Notstromaggregaten, etwa mit Dieselmotoren. Ohne Kältemaschine kommt man aus, solange die Außenluft deutlich kühler ist als die Luft, die den Servern zugeführt werden soll. Das nennt man „freie Kühlung". Das Umweltbundesamt beschreibt, was das heißt: Darf die Zuluft bis zu 28 °C warm sein, lässt sich „über die meiste Zeit des Jahres" frei kühlen. Ist sie auf 26 °C eingestellt, reicht freie Kühlung an den meisten Tagen; wird es draußen wärmer als etwa 22 °C, braucht es zusätzlich Verdunstungskühlung (siehe unten) oder eine Kältemaschine. Für die Batterien der unterbrechungsfreien Stromversorgung, die bei 20 °C gehalten werden müssen, braucht es nach dem Umweltbundesamt ohnehin Kältemaschinen. Eine Kältemaschine braucht Strom, aber kein Wasser. Vorteil der Luftkühlung: kein oder fast kein Wasserverbrauch. Nachteil: an heißen Tagen deutlich mehr Strom, und auch dieser Strom wird zu Wärme, die zusätzlich abgeführt werden muss.

Geschlossener Kreislauf. Wasser oder ein Wasser-Frostschutz-Gemisch läuft in Rohren vom Serverraum zu Rückkühlern im Freien, gibt dort seine Wärme an die Luft ab und fließt zurück, wie in einer Heizung, nur umgekehrt. Das Wasser fließt also immer im Kreis und wird immer wieder verwendet. Nachgefüllt wird nur, was im Kreislauf verloren geht, und diese Menge ist nach Einschätzung von Fachleuten meist vernachlässigbar. Bei der Flüssigkühlung direkt am Chip reicht dieser Kreislauf bis auf den Prozessor; das Wasser darf dabei mit 45 bis 50 °C hineinfließen, weil es Wärme viel besser aufnimmt als Luft. Solche warmen Kreisläufe kommen fast das ganze Jahr ohne Kältemaschine aus und liefern Abwärme auf einem Niveau, das sich nutzen lässt. Nachteil: Die Rückkühler geben die Wärme an die Außenluft ab, und bei Sommerhitze reicht das nicht mehr. Dann hilft entweder eine Kältemaschine (Strom) oder das Besprühen mit Wasser (siehe nächster Punkt). Wenn ein solches System Wasser verbraucht, dann vor allem bei dieser Rückkühlung und vor allem in den Sommermonaten, nicht im Kreislauf selbst.

Verdunstungskühlung, auch adiabate Kühlung. Wasser wird versprüht oder über Matten geleitet. Beim Verdunsten entzieht es der Luft Wärme, das ist dasselbe Prinzip wie Schwitzen. Bei der indirekten Bauart wird nicht die Luft im Serverraum gekühlt, sondern zuerst die Außenluft: Das Wasser wird in die angesaugte Außenluft gesprüht, bevor sie durch den Wärmetauscher strömt. Die Außenluft lässt sich so um bis zu 14 Grad abkühlen und nimmt dann mehr Wärme aus dem Rechenzentrum auf. Die Luft im Serverraum wird dabei nicht befeuchtet, die feuchte Außenluft geht wieder nach draußen. So lassen sich nach dem Umweltbundesamt 26 °C Zuluft selbst bei 40 °C Außentemperatur erreichen. Es gibt auch Anlagen, bei denen das Wasser direkt in der Luft verdunstet, die zu den Servern strömt. In der Form des Kühlturms verdunstet dauerhaft viel Wasser; als „adiabate Unterstützung" wird nur an heißen Tagen besprüht, den Rest des Jahres läuft der Rückkühler trocken. Vorteil: sehr wenig Strom, oft ganz ohne Kältemaschine. Nachteil: Etwa 80 Prozent des eingesetzten Wassers verdunsten, der Rest muss als salzhaltiges Abwasser abgeleitet werden. In Deutschland nutzt rund ein Drittel der großen Rechenzentren Verdunstungskühlung.

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Was man draußen hört. Ein Rechenzentrum ist auch eine Geräuschquelle. Laut sind vor allem die Kühlanlagen mit ihren Ventilatoren, etwa Rückkühler und Kältemaschinen auf dem Dach oder im Freien, und die Notstromaggregate, wenn sie für Probeläufe oder bei einem Stromausfall anspringen. Wie viel davon bei den Nachbarn ankommt, hängt von Zahl, Größe und Betriebsweise der Anlagen ab, von ihrem Aufstellort, von Einhausungen und Schalldämpfern. Wie laut es höchstens sein darf, legt die TA Lärm je nach Gebiet fest: in allgemeinen Wohngebieten zum Beispiel 55 dB(A) am Tag und 40 dB(A) in der Nacht, an Krankenhäusern und Pflegeanstalten 45 und 35 dB(A). Bei genehmigungspflichtigen Anlagen wird mit einem Schallgutachten nachgewiesen, dass diese Werte eingehalten werden.

Der Kern ist ein Zielkonflikt: Wer Wasser spart, braucht mehr Strom; wer Strom spart, braucht Wasser. Welches System ein Betreiber wählt, hängt vom Klima am Standort, von der Verfügbarkeit von Wasser, vom Strompreis und von den gesetzlichen Effizienzvorgaben ab.

Die ehrliche Antwort lautet: von fast nichts bis zu mehreren Millionen Litern am Tag. Entscheidend ist das Kühlsystem. Ein Rechenzentrum mit Luftkühlung und geschlossenem Kreislauf kommt im Betrieb nahezu ohne Wasser aus; ein Rechenzentrum mit Kühltürmen verdunstet Wasser rund um die Uhr.

Wofür Wasser gebraucht wird: erstens und mit Abstand am meisten zum Verdunsten in Kühltürmen oder Sprühanlagen; zweitens zum Spülen der Anlagen, damit sich keine Ablagerungen bilden; drittens zum Befeuchten der Luft im Winter, wenn trockene Außenluft angesaugt wird — diese Menge ist gering; viertens für Sanitärräume, was bei wenigen Beschäftigten kaum ins Gewicht fällt. Dazu kommt ein indirekter Verbrauch, den man am Standort nicht sieht: Kraftwerke, die den Strom erzeugen, brauchen selbst Kühlwasser. In den USA ist dieser indirekte Verbrauch etwa zwölfmal so groß wie der direkte.

Damit man Rechenzentren vergleichen kann, gibt es eine Kennzahl: die WUE (Water Usage Effectiveness). Sie gibt an, wie viele Liter Wasser ein Rechenzentrum je Kilowattstunde Strom verbraucht, die die Server ziehen. Die Bandbreite ist groß. Luftkühlung und Trockenkühler ohne Sprühen liegen nahe null. Trockenkühler mit Sprühunterstützung liegen bei etwa 0,2 bis 0,4 Litern je Kilowattstunde, also 200 bis 400 Millilitern. Kühltürme ohne freie Kühlung liegen bei rund drei Litern je Kilowattstunde. Der Durchschnitt aller US-Rechenzentren lag 2023 bei 0,36 Litern je Kilowattstunde; einige große Cloud-Rechenzentren melden für Anlagen mit Sprühunterstützung 0,1 bis 0,3. Ältere Schätzungen nennen im Schnitt rund 1,9 Liter je Kilowattstunde. Der Unterschied zeigt, wie sehr Methode, Jahr und Anlagenmix das Ergebnis prägen.

Ein Rechenbeispiel, keine Prognose. Was diese Kennzahlen in Kubikmetern bedeuten, zeigt eine Vergleichsrechnung für ein gedachtes Rechenzentrum mit 100 MW IT-Anschlussleistung. Läuft es das ganze Jahr unter Volllast, ziehen die Server 876 Millionen Kilowattstunden (100.000 kW × 8.760 Stunden); bei der durchschnittlichen Auslastung von 50 Prozent, mit der das Lawrence Berkeley National Laboratory rechnet, sind es 438 Millionen. Mit reiner Luftkühlung oder Trockenkühlern ohne Sprühen bleibt der Wasserverbrauch nahe null. Bei 0,3 Litern je Kilowattstunde, typisch für Trockenkühler mit Sprühunterstützung, wären es rund 263.000 m³ im Jahr unter Volllast und rund 131.000 m³ bei halber Auslastung. Beim US-Durchschnitt von 0,36 Litern sind es rund 315.000 und 158.000 m³, mit Kühltürmen ohne freie Kühlung, rund 3 Liter, etwa 2,6 und 1,3 Millionen m³. Zum Vergleich: So viel Trinkwasser verbrauchen in Deutschland im Jahr rund 5.700 beziehungsweise 2.900 Menschen (bei 0,3 Litern), 6.900 beziehungsweise 3.400 (beim US-Durchschnitt) und 57.000 beziehungsweise 29.000 (bei Kühltürmen). Wie viel ein bestimmtes Rechenzentrum tatsächlich verbraucht, hängt von seinem Kühlsystem, seiner Auslastung und dem Wetter ab.

Was das absolut bedeutet: Ein mittelgroßes Rechenzentrum in den USA kann bis zu 110 Millionen Gallonen im Jahr verbrauchen, das sind rund 416.000 m³; sehr große Anlagen bis zu 5 Millionen Gallonen am Tag, rund 19 Millionen Liter. Alle US-Rechenzentren zusammen verbrauchten 2023 direkt 66 Milliarden Liter. Zur Einordnung der Einheiten: 1 m³ sind 1.000 Liter. Ein Mensch in Deutschland verbraucht im Schnitt 126 Liter Trinkwasser am Tag, also rund 46 m³ im Jahr. 1.000 m³ im Jahr entsprechen damit dem Trinkwasserverbrauch von etwa 22 Menschen.

Wovon der Verbrauch abhängt, in dieser Reihenfolge der Wirkung: von der Effizienz der Server, vom Wasserbedarf des Stromnetzes, von der Auslastung und vom Kühlsystem; das Klima kommt als Verstärker dazu. Der Verbrauch verteilt sich nicht gleichmäßig über das Jahr. Hybride Anlagen kühlen bei niedrigen Außentemperaturen trocken und schalten erst bei großer Hitze auf Verdunstung um. Bei Hitze steigt der Verbrauch deshalb deutlich, genau dann, wenn auch die öffentliche Wasserversorgung am stärksten belastet ist. Und es zählt, welches Wasser: Trinkwasser, Grundwasser, Oberflächenwasser oder gesammeltes Regenwasser. Das deutsche Umweltzeichen Blauer Engel verlangt von Rechenzentren, den Verbrauch nach diesen Quellen getrennt zu erfassen und die WUE jährlich zu veröffentlichen; eine Obergrenze für Wasser setzt es bislang nicht. Nach Angaben der Fachliteratur misst weniger als ein Drittel der Betreiber den Wasserverbrauch systematisch.

Auch für Hessen gibt es keine verlässliche Gesamtzahl. In einem Register des Bundeswirtschaftsministeriums, in das Rechenzentren seit 2023 Daten melden, steht für Hessen nach Angaben der hessenschau ein Wassereinsatz von 1,4 Millionen m³. Ein Fachmann des Öko-Instituts schätzt den jährlichen Verbrauch im Rhein-Main-Gebiet auf 5 bis 50 Millionen m³. Das hessische Umweltministerium hat nach eigenen Angaben keine Daten zum Trinkwasserverbrauch von Rechenzentren.

Große Rechenzentren werden nach ihrer IT-Anschlussleistung beschrieben, gemessen in Megawatt (MW). Das ist die elektrische Leistung, die die Server, Speicher und Netzwerktechnik höchstens ziehen dürfen. Als „groß" gelten Anlagen ab etwa 10 MW; Rechenzentren, die Fläche an viele Kunden vermieten, liegen zwischen 1 und über 50 MW. Ein Rechenzentrum läuft 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr. Ein Megawatt, das dauerhaft anliegt, ergibt im Jahr 8,76 Millionen Kilowattstunden (8.760 Stunden × 1.000 kW). Die Anschlussleistung ist aber eine Obergrenze, kein Verbrauch: Wie viel tatsächlich fließt, hängt von der Auslastung ab. Das Lawrence Berkeley National Laboratory rechnet für die USA im Durchschnitt mit 50 Prozent.

Wofür der Strom gebraucht wird: Der größte Teil geht in die Server, Speicher und Netzwerktechnik, die eigentliche IT. Der Rest geht in die Infrastruktur — vor allem Kühlung, dazu Verluste in der unterbrechungsfreien Stromversorgung, Beleuchtung und Sicherheitstechnik. Der Anteil der Infrastruktur liegt je nach Studie und Alter der Anlage zwischen 15 und 40 Prozent, bei modernen Anlagen am unteren Ende.

Genau dieses Verhältnis misst die Kennzahl PUE (Power Usage Effectiveness, deutsch: Energieverbrauchseffektivität). Sie teilt den gesamten Stromverbrauch des Rechenzentrums durch den Stromverbrauch der IT. Ein PUE von 1,5 heißt: Für jede Kilowattstunde in den Servern wird eine halbe Kilowattstunde für Kühlung und Co. gebraucht. 1,0 wäre das theoretische Ideal. Deutsche Rechenzentren lagen zuletzt im Schnitt bei 1,5 bis 1,6; in der Praxis reicht die Spanne von 1,1 bis 2,5. In den USA lag der Durchschnitt 2023 bei 1,4, die größten Cloud-Rechenzentren bei 1,22.

Der PUE ist seit 2023 Gesetz. Das Energieeffizienzgesetz (EnEfG) schreibt in § 11 vor: Rechenzentren, die ab dem 1. Juli 2026 in Betrieb gehen, müssen spätestens zwei Jahre nach Inbetriebnahme dauerhaft einen PUE von höchstens 1,2 erreichen; bestehende Anlagen 1,5 ab Juli 2027 und 1,3 ab Juli 2030. Neue Anlagen müssen außerdem einen Teil ihrer Abwärme wiederverwenden (10, 15 oder 20 Prozent, je nach Jahr der Inbetriebnahme) und ihren Strom ab 2027 vollständig aus erneuerbaren Quellen beziehen. Die Bundesregierung hat am 24. Juni 2026 eine Lockerung beschlossen, die der Bundestag am 24. September 2026 in erster Lesung berät: Für Bestandsanlagen sollen 1,6 und 1,4 gelten, neue Anlagen behalten 1,2, bekommen aber vier statt zwei Jahre Zeit; die Ökostrom-Pflicht soll auf 2030 rücken. Bis zur Verkündung gilt das Gesetz von 2023.

Zwei Dinge sagt der PUE nicht. Er misst nicht, wie effizient die Server selbst arbeiten — und er misst kein Wasser. Ein niedriger PUE wird oft gerade durch Verdunstungskühlung erreicht, also mit Wasser statt Strom; deshalb gehören PUE und Wasserverbrauch immer zusammen betrachtet.

Zur Größenordnung: Alle Rechenzentren in Deutschland verbrauchten 2024 rund 20 Milliarden Kilowattstunden, etwa 3,7 Prozent des deutschen Stromverbrauchs; für 2025 werden 21,3 Milliarden erwartet. Zählt man kleine Serverräume in Unternehmen hinzu, kommen andere Schätzungen auf rund 26 Milliarden und etwa 5 Prozent. Die installierte IT-Anschlussleistung lag 2025 bei 2.980 MW; gut 1.100 MW davon, mehr als ein Drittel, stehen im Großraum Frankfurt. Bis 2030 rechnet die Branche mit 5.000 MW und 25 bis 37 Milliarden Kilowattstunden. Weltweit verbrauchten Rechenzentren 2024 rund 415 Milliarden Kilowattstunden, 1,5 Prozent des Weltstroms, mit Verdopplung bis 2030.