Wie kann KI Retrofit-Entscheidungen ermöglichen?

Retrofit statt Neubau: Wie Digitale Zwillinge und KI die Rechenzentrumskühlung effizienter machen

Rechenzentren wachsen – und mit ihnen der Energiebedarf. Dabei geht ein signifikanter Anteil des Stromverbrauchs nicht in die IT selbst, sondern in die Infrastruktur drumherum. Besonders die Kühlung ist in vielen Anlagen der dominante Hebel: Wer die Kälteversorgung effizienter betreibt, kann spürbar Energie und Kosten senken – oft ohne Neubau, sondern durch gezielte Retrofit-Maßnahmen.

Die Herausforderung: Retrofit ist planungsintensiv – und darf den Betrieb nicht gefährden  

Doch Retrofit ist mehr als „ein paar Teile austauschen“. In der Realität sind Kühlsysteme häufig historisch gewachsen: dezentral geregelt, nicht optimal aufeinander abgestimmt und mit konservativen Sicherheitsmargen betrieben. Das sorgt zwar für Stabilität – führt aber auch dazu, dass Potenziale im Teillastbetrieb, bei der freien Kühlung oder bei der Abstimmung von Hydraulik und Luftführung ungenutzt bleiben.  

Retrofit scheitert in der Praxis oft an Hürden wie Planungsaufwand, Betriebsunterbrechungen, Investitionskosten und Risikoabwägungen. Betreiber müssen Entscheidungen treffen, die Sicherheit, Verfügbarkeit und Effizienz gleichzeitig berücksichtigen. Genau deshalb reicht „Best Practice“ allein oft nicht aus – es braucht belastbare, standortspezifische Entscheidungsgrundlagen.

Genau hier setzen Digitale Zwillinge und KI an: Sie machen komplexe Zusammenhänge sichtbar, erlauben Simulationen verschiedener Szenarien und helfen, Maßnahmen quantitativ zu bewerten – bevor man in Umbauten investiert.

Warum Retrofit gerade jetzt relevant ist

Retrofit wird in vielen Rechenzentren aus einem Mix aus Betriebsrealität, Effizienzdruck und technischer Weiterentwicklung relevant. Typische Auslöser sind steigende Energiekosten, der Wunsch nach besserer PUE-Performance, Kapazitätsausbau im Bestand oder schlicht der Bedarf, Anlagen robuster und flexibler gegenüber wechselnden Lasten zu machen. Dabei zeigt sich immer wieder: Nicht eine einzelne Maßnahme ist entscheidend, sondern das Zusammenspiel aus Regelung, Infrastruktur und Systemphilosophie.  

Eine Auswertung von Retrofit-Maßnahmen (35 Nennungen, inklusive Mehrfachantworten) zeigt, dass das wahrgenommene Potenzial je nach Stakeholder-Gruppe und Kategorie variiert. Die Analyse wurde im Rahmen des SMART-KS-Projekts durchgeführt, einer gemeinsamen Initiative der Universität Stuttgart (IER), der etalytics GmbH, Iron Mountain Information Management, LLC und der STULZ GmbH. Aus Betreibersicht und aus der Perspektive von Planern und Technologieanbietern lassen sich die wichtigsten Retrofit-Themen in fünf Cluster einteilen: Regelung, Infrastruktur, Systemphilosophie, Elektronik und IT.

1) Regelung: Betrieb & Steuerung an die Realität anpassen

Viele der wirkungsvollsten Maßnahmen beginnen nicht mit Hardware, sondern mit der Frage: Wie wird die Anlage gefahren? Besonders häufig werden genannt:

• Anpassung der Betriebsweise (z. B. Setpoints, Regelstrategien, Last-/Wetterabhängigkeit)

• Drehzahlregelung zur Ermöglichung von Teillastbetrieb (Ventilatoren/Pumpen)

• PICV nachrüsten zur Ermöglichung von variablem Volumenstrom

• Freie Kühlung nachrüsten bzw. konsequenter nutzen

Gerade Teillast ist ein unterschätzter Hebel: Rechenzentren laufen selten dauerhaft am Peak. Wer die Regelung so auslegt, dass sie dynamisch und stabil auf wechselnde Lasten reagiert, kann oft deutlich effizienter werden – ohne die Betriebssicherheit zu kompromittieren.

2) Infrastruktur: Hydraulik, Luftführung und Komponenten sinnvoll ertüchtigen

Neben der Regelung betrifft Retrofit häufig die „physische Realität“ der Anlage. Hier werden besonders genannt:

• Hydraulischer Abgleich

• Aufständerung der Rückkühler/Kältemaschinen

• Anpassung der Luftführung (mit CFD-Simulationen), um Hotspots und Bypass-Luft zu reduzieren

• Einsatz von RDHX (Rear Door Heat Exchanger) als Option zur Entlastung der Raumkühlung

• Frostschutz der Rückkühler nachrüsten

• Kalt- und Warmgangeinhausung (zur Reduktion von Vermischung und Verlusten)

• Neue Expansionsventile als Voraussetzung für höhere Systemtemperaturen

Diese Maßnahmen zielen darauf ab, Verluste zu reduzieren, Engpässe zu beseitigen und die Anlage „temperaturtoleranter“ zu machen – was wiederum freie Kühlung und effizientere Fahrweisen erleichtert.

3) Systemphilosophie: Temperaturniveaus und Kältekreis neu denken

Ein besonders spannendes Feld ist die Frage nach den Temperaturniveaus. Denn häufig lässt sich Effizienz steigern, wenn Systemtemperaturen sinnvoll angehoben werden – natürlich nur, wenn die gesamte Kette das zulässt. Genannt werden hier:

• Erhöhung des Systemtemperaturniveaus

• Austausch des Kältemittels

• Verzicht auf Wärmeübertrager, um unnötige Temperaturhübe zu vermeiden

Praxisbeispiel: Viele Rechenzentren fahren Zulufttemperaturen konservativ im Bereich von ca. 22–24 °C. In geeigneten Umgebungen sind höhere Werte möglich, was die Effizienz verbessert und freie Kühlung häufiger erlaubt. Voraussetzung ist jedoch, dass alle Komponenten entlang der Kühlkette darauf ausgelegt sind.

4) Elektronik: Effizienz der Antriebe und Netzqualität verbessern

Auch elektrische Themen tauchen als Retrofit-Anlass auf – insbesondere dort, wo viele Antriebe und Leistungselektronik im Einsatz sind:

• Reduzierung der Oberwellenschwingung

• Aufrüstung der Motoren (z. B. von IE3 auf IE4)

Das sind Maßnahmen, die auf den ersten Blick „unspektakulär“ wirken – in Summe aber stabilere, effizientere Betriebszustände unterstützen können.

5) IT: Wärmequellen besser positionieren

Selbst innerhalb der IT-Infrastruktur gibt es Ansatzpunkte:

• Positionierung der IT (Layout/Lastverteilung)

Denn Kühlleistung wird nicht nur von der Technik bestimmt, sondern auch davon, wo und wie die Wärmelasten entstehen – und ob Luftführung und Kapazitäten dazu passen.

Digitale Zwillinge und KI: von Annahmen zu messbaren Entscheidungen

Hier kommen Digitale Zwillinge und KI ins Spiel. Ein Digitaler Zwilling bildet das Kühlsystem virtuell ab und ermöglicht, verschiedene Betriebsszenarien und Retrofit-Optionen zu simulieren. KI-gestützte Optimierung kann zusätzlich helfen, Maßnahmen:

• quantitativ zu bewerten (Energie, Kosten, Stabilität),

• Wechselwirkungen zwischen Komponenten besser zu verstehen,

• den Betrieb dynamisch an wechselnde Lastbedingungen anzupassen,

• und die Umsetzung als priorisierte Roadmap planbarer zu machen.

Der zentrale Vorteil: Betreiber gewinnen Sicherheit. Statt „Wir glauben, das bringt etwas“ heißt es „Wir können es im Modell nachweisen – und anschließend kontrolliert im Betrieb umsetzen“.

Fazit: Retrofit ist der schnellste Weg zu besserer Effizienz – wenn man es systemisch angeht

Retrofit in der Rechenzentrumskühlung ist kein singulärer Umbau, sondern ein systemischer Prozess: Regelung, Infrastruktur und Temperaturniveaus greifen ineinander. Die wichtigsten Anlässe reichen von smarteren Betriebsweisen und Teillastfähigkeit über freie Kühlung, Hydraulik und Luftführung bis hin zu Motoreneffizienz und IT-Layout.

Wer diese Themen nicht isoliert, sondern datenbasiert und modellgestützt betrachtet, kann schnell Wirkung erzielen – ohne Neubau, aber mit nachhaltigem Effekt auf PUE, Betriebskosten und CO₂-Bilanz. Digitale Zwillinge und KI liefern dafür die Grundlage: Sie machen Retrofit vom Bauchgefühl zur belastbaren Entscheidung.

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