Kühlung
Luftmengen-CFM-Referenz
CFM-Formel, BTU-zu-kW-Umrechnung, ASHRAE TC 9.9 Betriebsbereiche, Höhenabminderung, typische Rackdichten und Faustregeln für Kühlsysteme. Ergänzung zum Luftmengen-CFM-Rechner.
Stand: Juni 2026
Abkürzungen
- ASHRAEAmerican Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
- Der US-Fachverband, der die Standard-Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche veröffentlicht, für die Serverhardware ausgelegt ist. Wenn eine Tabelle vom „empfohlenen ASHRAE-Bereich“ spricht, ist damit die sichere Zone gemeint, auf die die meisten Serverhersteller ihre Geräte auslegen.
- CRACComputer Room Air Conditioner
- Das spezielle Klimagerät, das einen Serverraum kühlt.
- CRAHComputer Room Air Handler
- Erfüllt denselben Zweck wie ein CRAC-Gerät — es kühlt einen Serverraum —, kühlt die Luft aber nicht selbst, sondern nutzt Kaltwasser, das von anderswo im Gebäude herangeführt wird.
Die CFM-Formel
CFM = Q(BTU/h) ÷ (1,085 × ΔT°F)
Dabei: Q = IT-Last in BTU/h = kW × 3412,14 | ΔT°F = Temperaturanstieg Zuluft zu Abluft in °F = ΔT°C × 1,8
m³/h = CFM × 1,699
Bei Höhenstandorten: CFMHöhe = CFMMeereshöhe ÷ Luftdichtefaktor
Die Konstante 1,085 = (0,075 lb/ft³ × 0,24 BTU/lb·°F × 60 min/h) — gilt für Normatmosphäre auf Meereshöhe bei ~25 °C.
CFM je kW — Schnellreferenz
Werte für ΔT = 15 °C (27 °F) auf Meereshöhe. Für Höhenstandorte durch den Luftdichtefaktor dividieren.
| IT-Last | BTU/h | CFM (ΔT 15 °C) | m³/h | Kühltonnage (TR) |
|---|---|---|---|---|
| 1 kW | 3 412 | 117 | 199 | 0,29 |
| 5 kW | 17 060 | 585 | 994 | 1,42 |
| 8 kW | 27 297 | 936 | 1 591 | 2,27 |
| 10 kW | 34 121 | 1 170 | 1 988 | 2,84 |
| 15 kW | 51 182 | 1 755 | 2 982 | 4,27 |
| 20 kW | 68 243 | 2 340 | 3 976 | 5,69 |
| 30 kW | 102 364 | 3 510 | 5 964 | 8,53 |
| 50 kW | 170 607 | 5 850 | 9 940 | 14,22 |
| 100 kW | 341 214 | 11 700 | 19 880 | 28,43 |
| 500 kW | 1 706 070 | 58 500 | 99 401 | 142,17 |
Faustregel: ~120 CFM je kW IT-Last bei ΔT = 15 °C. Bei hohem Bypass-Luftstrom auf 150 CFM/kW erhöhen.
ASHRAE TC 9.9 IT-Geräteklassen
ASHRAE definiert Betriebsbereiche für IT-Geräte. Die meisten Rechenzentrumsgeräte sind A1 oder A2 klassifiziert. Das Überschreiten des Betriebsbereichs führt zu Gerätefehlern, Drosselung und verminderter Zuverlässigkeit.
| Klasse | Zulufttemperatur | Max. Taupunkt | Max. rel. Feuchte | Typische Geräte |
|---|---|---|---|---|
| A1 | 15 – 32 °C | 17 °C | 80 % | Server, Storage — Enterprise-IT der höchsten Klasse |
| A2 | 10 – 35 °C | 21 °C | 80 % | Moderne Server, Enterprise-Storage |
| A3 | 5 – 40 °C | 24 °C | 85 % | Extended-Range-Geräte, Edge/Ruggedised |
| A4 | 5 – 45 °C | 24 °C | 90 % | Hochtemperaturfähige IT (selten) |
| B1 | 5 – 35 °C | 28 °C | 85 % | PCs, Büro-IT |
| H1 | 5 – 25 °C | 21 °C | 80 % | High-Density / Mainframe, Legacy |
Höhenabminderung
Die Luftdichte nimmt mit der Höhe ab. Dasselbe Luftvolumen trägt weniger Wärme — es wird mehr CFM benötigt. Den Kehrwert des Dichte-Faktors als Multiplikator auf die Meereshöhen-CFM-Werte anwenden.
| Höhe | Luftdichtefaktor | CFM-Multiplikator | Beispiel: 100-kW-Standort bei ΔT 15 °C |
|---|---|---|---|
| 0 – 300 m (Meereshöhe) | 1,000 | × 1,00 | 11 700 CFM |
| 600 – 900 m | 0,929 | × 1,08 | 12 636 CFM |
| 1200 – 1500 m | 0,864 | × 1,16 | 13 573 CFM |
| 1800 – 2100 m | 0,804 | × 1,24 | 14 571 CFM |
| 2400 – 3000 m | 0,747 | × 1,34 | 15 688 CFM |
Typische Rackdichten
| Rackdichte | Klassifikation | Typischer CFM je Rack (ΔT 15 °C) | Kühlungsansatz |
|---|---|---|---|
| ≤ 5 kW/Rack | Niedrige Dichte | ≤ 600 CFM | Raumkühlung (CRAC/CRAH), Standard-Lochbleche |
| 5 – 10 kW/Rack | Mittlere Dichte | 600 – 1 200 CFM | Warm-/Kaltgangeinhausung, Doppelboden-Plenum |
| 10 – 20 kW/Rack | Hohe Dichte | 1 200 – 2 400 CFM | In-Row-Kühlung, Hintertür-Wärmetauscher |
| 20 – 40 kW/Rack | Sehr hohe Dichte | 2 400 – 4 800 CFM | In-Row, Flüssigkeitskühlung (DLC) empfohlen |
| > 40 kW/Rack | HPC / GPU | > 4 800 CFM | Direkte Flüssigkeitskühlung, Immersionskühlung |
Faustregeln
| Parameter | Typischer Wert | Hinweise |
|---|---|---|
| CFM je kW IT-Last | ~120 CFM/kW | Bei ΔT = 15 °C. Bei 25 % Bypass-Luftstrom 150 CFM/kW verwenden |
| Planungszuschlag Kühlung | 15 – 25 % | ASHRAE TC 9.9 Empfehlung; zukünftiges Lastwachstum einschließen |
| N+1-Redundanz-Schwelle | > 250 kW gesamt | Darunter ist ein Einzelausfall häufig akzeptabel; darüber N+1 CRAC erforderlich |
| PUE-Benchmark (Kühlung) | 1,2 – 1,6 | Kühlung typisch 20–40 % der Gesamtanlagenleistung; PUE ≤ 1,3 anstreben |
| Zuluftgeschwindigkeit (Doppelboden) | 2 – 3,6 m/s | Höhere Geschwindigkeit erhöht Lärm; Lochbleche ~25 % offene Fläche |
| Warmgangtemperatur | ≤ 45 °C | Über 40 °C riskiert A1-Klasse-Warnungen; über 50 °C drohen Abschaltungen |
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen CFM und m³/h?
CFM (cubic feet per minute) ist die Einheit in ASHRAE-Normen und den meisten nordamerikanischen HLK-Gerätedatenblättern. m³/h (Kubikmeter pro Stunde) ist das SI-Äquivalent gemäß europäischen und internationalen Normen. Umrechnung: 1 CFM = 1,699 m³/h. Für die Planung sind beide Einheiten austauschbar — die passende Einheit anhand der Gerätedatenblätter wählen.
Welches ΔT sollte ich für die Auslegung wählen?
ASHRAE TC 9.9 empfiehlt 15–20 °C Temperaturanstieg (ΔT) über IT-Geräte bei luftgekühlten Systemen. Ein größeres ΔT erfordert weniger Luftvolumen, führt aber zu höheren Rücklufttemperaturen, die die CRAC-Kühlleistung reduzieren und den A1-Betriebsbereich überschreiten können. Mit ΔT = 15 °C beginnen und Alternativen modellieren, bevor das Design festgelegt wird.
Welchen Anteil der Gesamtanlagenleistung sollte ich für die Kühlung einplanen?
Für ein klassisches Doppelboden-RZ entfallen 30–50 % der Gesamtanlagenleistung auf die Kühlung (PUE 1,5–2,0). Moderne effiziente Anlagen mit Freikühler, Gangeinhausung und Warm-/Kaltgasführung erreichen PUE ≤ 1,4, bei dem die Kühlung 20–30 % ausmacht. ASHRAE definiert den Cooling Efficiency Ratio (CER) für CRAC-Geräte — Neugeräte mit CER ≥ 2,0 bevorzugen.
Ab wann sollte Flüssigkeitskühlung statt Luftkühlung erwogen werden?
Luftkühlung wird über ~20–30 kW je Rack unpraktisch — der erforderliche CFM-Wert je Rack übersteigt, was Standard-Lochbleche oder In-Row-Geräte ohne hohe Geräusche und Hotspot-Risiken liefern können. Direkte Flüssigkeitskühlung (Hintertür-Wärmetauscher oder Chassis-Verteiler) eignet sich für 20–80 kW/Rack. Immersionskühlung ist ab ~100 kW/Rack praxistauglich und Standard in modernen HPC- und KI-Clustern.
Verbessert Gangeinhausung die Kühleffizienz?
Ja — Warmgang- (WGE) oder Kaltgangeinhausung (KGE) verhindert die Durchmischung von warmer und kalter Luft und reduziert den Bypass-Luftstrom von 30–60 % im offenen Raum auf unter 5 % bei vollständiger Einhausung. Das ermöglicht kleinere CRAC-Geräte, geringeren Energieverbrauch der Ventilatoren und weniger Hotspots. ASHRAE TC 9.9 empfiehlt Einhausung ausdrücklich für alle mittleren und hohen Rackdichten.