Ganzheitliche Energieeffizienz im Rechenzentrum – Aussagekraft und Grenzen der Kennzahl PUE

Wofür wird der PUE-Wert verwendet?

Die Digitalisierung schreitet rasant voran, getrieben durch den Einsatz immer leistungsfähigerer und häufiger genutzter IT‑Anwendungen, zu denen u. a. auch die Künstliche Intelligenz (KI) zählt. Mit dieser Entwicklung steigt der Energiebedarf der gesamten Informations- und Kommunikationstechnik‑Branche (IKT) deutlich an. Das größte Wachstum verzeichnen dabei Rechenzentren [1], welche in den letzten 15 Jahren fast eine Verdopplung ihres Energiebedarfs von 10,3 auf 21,3 TWh [2] aufweisen. Damit rückt die Branche immer stärker in den öffentlichen Fokus: Hoher Energiebedarf führt zu Forderungen der verbesserten Energieeffizienz, und die Gesetzgebung stellt strengere regulatorische Anforderungen an Betreiber.

Als etablierter Industriestandard für Energieeffizienzbewertung der Rechenzentrumsinfrastruktur hat sich die Power Usage Effectiveness (PUE) durchgesetzt. Doch wo und wie wende ich die PUE an? Wo liegen ihre Grenzen? Worauf kommt es bei einer ganzheitlichen Betrachtung der Energieeffizienz an? Antworten auf diese Fragen soll der vorliegende Artikel liefern.

Was bedeutet Power Usage Effectiveness (PUE)?

Die PUE ist eine von mehreren Kennzahlen der DIN EN 50600‑4. Wie alle Kennzahlen dient sie dazu, Sachverhalte und Zusammenhänge anhand von Messdaten zu quantifizieren, um somit Bewertungen, Vergleiche und Optimierungen zu ermöglichen. Berechnet wird die PUE aus den Jahresmesswerten des Energiebedarfs eines Rechenzentrums E_RZ bezogen auf den Energiebedarf der darin betriebenen IT, bezeichnet mit E_IT. Die Kennzahl PUE bewertet die Energieeffizienz der Infrastruktur eines Rechenzentrums.

Der Energiebedarf IT E_IT setzt sich aus der Summe des Energiebezugs aller Server, Datenspeicher- und Datenverteilsysteme vom Rechenzentrum zusammen. Mit zunehmendem Workload der Server steigt der Energiebedarf IT des Rechenzentrums an, dabei wandeln die entsprechenden Server nahezu 100 % ihres elektrischen Energiebedarfs in Wärme um. Für den Betrieb der Server benötigt ein Rechenzentrum technische Infrastruktur, dazu zählt:

• elektrisches Verteilsystem inkl. unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und Netzersatzanlagen (NEA)
• Kühlung u. a. der Serverräume, auch externe Kältebereitstellung
• sonstige Nebenverbraucher (Wärmeversorgung, Sicherheitssysteme, Leitwarte, Licht, usw.)

Zusammen ergeben der Energiebedarf der Infrastruktur EIN und der Energiebedarf IT EIT den Energiebedarf eines Rechenzentrums ERZ. Damit werden alle Energieflüsse in das Rechenzentrum umfasst (Abbildung 1). Aus dieser zunächst einfach klingenden Definition ergeben sich in der Praxis häufig folgende Fragen:

1. Wie wird Energie berücksichtigt, die auf dem Gelände des Rechenzentrums erzeugt wird?

Grundsätzlich wird die vor Ort erzeugte elektrische Energie wie eine externe Einspeisung erfasst und bilanziert. Dies gilt sowohl für erneuerbare Energieanlagen als auch, gemäß der Fassung der DIN EN 50600‑4 von 2026, für Anlagen, die gasförmige oder flüssige Brennstoffe einsetzen. Für die Bilanzierung des Brennstoffverbrauchs von Netzersatzanlagen gilt: Sofern diese im Jahresverlauf nicht mehr als 1 % des Energiebedarfs des Rechenzentrums betragen, können sie vernachlässigt werden.

2. Wie wird mit Gebäuden umgegangen, die neben einem Rechenzentrum auch Büroflächen enthalten?

Alle Energieflüsse, die dem Rechenzentrum zuzuordnen sind, müssen separat erfasst und bilanziert werden (Abbildung 1). Werden technische Anlagen gemeinsam für Rechenzentrums- und Büroflächen genutzt, sind deren Energiebedarf bzw. Verluste ihnen entsprechend der jeweiligen Leistungsaufteilung zuzuordnen.

Anhand des Wertes der PUE lässt sich ablesen, wie viel zusätzliche Energie ein Rechenzentrum für seine Infrastruktur benötigt. Eine PUE von 1,50 bedeutet bspw.: Bezieht die IT 1,0 kWh elektrische Energie in einer bestimmten Zeit, fallen für den Betrieb der Infrastruktur weitere 0,5 kWh an. Das theoretische Minimum liegt bei einem PUE‑Wert von 1,0. Je kleiner der PUE‑Wert, desto besser ist die Energieeffizienz der Infrastruktur eines Rechenzentrums.

Das Energieeffizienzgesetz (EnEfG) in der Fassung von 2023 sieht vor, dass Bestandsrechenzentren mit einer elektrischen Anschlussleistung von mehr als 300 kW einen PUE‑Wert von 1,5 nicht überschreiten dürfen. Ab 2030 wird der Grenzwert auf 1,3 reduziert. Für neu errichtete Rechenzentren gilt ein strengerer Grenzwert von 1,2. Im Rahmen der geplanten Novellierung des EnEfG ist vorgesehen, diese Anforderungen anzupassen [3]. Anhand der europäischen Datenerhebung der Energie Efficiency Directive ergab sich für europäische Rechenzentren ein PUE‑Mittelwert von 1,59 [4]. Abbildung 2 bietet eine Übersicht zur Verteilung der in Europa erfassten PUE‑Werte.

Wofür wird der PUE‑Wert verwendet?

Der PUE‑Wert dient der Bewertung und Optimierung der Energieeffizienz der Infrastruktur eines Rechenzentrums. Angewendet wird dies im Betrieb wie auch in der Planungsphase, wobei unterschiedliche Derivate der Kennzahl PUE (Abbildung 3) eingesetzt werden.

Bereits während der Planungsphase kann die Design‑PUE (dPUE) bestimmt werden. Diese stellt eine Prognose für den voraussichtlich erreichbaren PUE‑Wert unter den geplanten Betriebsbedingungen dar und ermöglicht es, unterschiedliche Konzepte bereits vor der Umsetzung hinsichtlich ihrer Energieeffizienz zu vergleichen.

Im Betrieb wird der PUE‑Wert kontinuierlich erfasst. Mittels eines Energiemanagementsystems kann er dazu beitragen, Einflussfaktoren auf die Energieeffizienz zu identifizieren, Verbesserungsmaßnahmen zu definieren und deren Wirksamkeit zu bewerten.

Für eine Detailanalyse bietet sich die unterjährige PUE (iPUE) oder die partielle PUE (pPUE) an. Anhand der iPUE können bspw. saisonale Einflussfaktoren auf die Energieeffizienz, wie die Außentemperatur, untersucht werden. Die pPUE ermöglicht eine Betrachtung einzelner Teilsysteme, mit einer Aufschlüsselung der Gesamtverluste. So kann zum Beispiel der Anteil der USV‑Verluste an den Gesamtverlusten bestimmt werden, um die Effizienz der USV im Kontext des gesamten Rechenzentrums zu bewerten.

Generell gilt für die PUE, dass Vergleiche zwischen Rechenzentren nur dann aussagekräftig sind, wenn diese hinsichtlich ihrer Aufgaben, ihrer technischen und baulichen Auslegung sowie ihres Standorts ähnlich sind. Weichen wesentliche Einflussfaktoren voneinander ab, lassen sich Unterschiede im PUE‑Wert nicht ohne Weiteres auf einzelne Ursachen zurückführen.

Was beeinflusst die Kennzahl PUE?

Die PUE wird maßgeblich durch eine Vielzahl unterschiedlicher Aspekte beeinflusst (Abbildung 4). Im Folgenden gehen wir näher auf die Themenfelder Standort und Planung sowie auf die untergeordneten Einflussfaktoren Betriebspunkt und Kühlsystem ein.

• Standort
  Der Standort bestimmt die klimatischen Randbedingungen über den Jahresverlauf. Darüber hinaus können lokale Rahmenbedingungen, wie Vorgaben oder Einschränkungen hinsichtlich des Wasserverbrauchs, die Auswahl und den Betrieb der technischen Systeme beeinflussen und damit Auswirkungen auf die PUE haben.
• Planungsphase
  Bereits in der Planungsphase werden die wesentlichen Voraussetzungen dafür geschaffen, welchen PUE‑Wert ein Rechenzentrum unter optimalen Betriebsbedingungen erreichen kann. Anhand des Betriebsmodells definieren sich u. a. die Verfügbarkeitsklasse und die damit verbundene technische Topologie. Die je nach Verfügbarkeitsklasse erforderlichen Redundanzen führen in der Regel zu zusätzlichen Energieverlusten. Weitere wesentliche Einflussfaktoren auf die PUE stellen die Auswahl des Kühlsystems sowie die festgelegten Servereintrittstemperaturen dar.

• Betriebspunkt
  Im Betrieb eines Rechenzentrums ist entscheidend, wie stark der tatsächliche Betriebspunkt vom ursprünglich geplanten Betriebspunkt abweicht. Bei einer geringeren IT‑Auslastung als geplant können technische Teilsysteme, bei unzureichender Teillastfähigkeit, außerhalb ihres optimalen Arbeitsbereichs betrieben werden, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führt.Ein dauerhaft niedriger Betriebspunkt eines Rechenzentrums kann verschiedene Ursachen haben. Es kann sich zum Beispiel noch in der für Rechenzentren charakteristischen Phase des stufenweisen Ausbaus bis zum Erreichen der vollen Kapazität befinden. Auch eine Modernisierung der Server kann dazu führen, dass die tatsächliche IT‑Last deutlich geringer ausfällt als ursprünglich geplant. Weiterhin kann das Betreibermodell, bspw. bei einem Colocation‑Rechenzentrum, die Einflussmöglichkeiten auf die IT‑Last einschränken. Müssen aus Redundanzgründen vorhandene IT‑Kapazitäten für ausreichend Reserven im Fehlerfall, einem Failover‑Betrieb, vorgehalten werden, beeinflusst dies ebenso den Betriebspunkt eines Rechenzentrums.
  

  Abbildung 4: Einflussfaktoren der PUE in die Bereiche Standort, Planung und Betrieb unterteilt

  Ist bereits in der Planungsphase absehbar, dass das Rechenzentrum über einen längeren Zeitraum mit geringer Auslastung betrieben wird, sollte dies bei der Auslegung der Infrastruktur berücksichtigt werden. Eine besondere Bedeutung obliegt dabei der Teillastfähigkeit der eingesetzten Komponenten. Diese kann durch einen modularen Aufbau der USV und durch Kühlsysteme mit drehzahlgeregelten Einzelkomponenten verbessert werden. Dadurch können nicht benötigte Kapazitäten abgeschaltet, in den Standby überführt oder die Leistung der Komponenten bedarfsgerecht angepasst werden, sodass auch bei geringer IT‑Last ein effizienter Betrieb gewährleistet werden kann. 

• Kühlsystem
  Das Kühlsystem eines Rechenzentrums stellt innerhalb der Versorgungsinfrastruktur häufig den größten Energieverbraucher dar und steht daher hinsichtlich seiner Effizienz besonders im Fokus. Typ und Homogenität der Server bestimmen maßgeblich die Auswahl der Kühltechnologie. Nachfolgend werden Server mit Direct Liquid Cooling (DLC), wie Direct‑to‑Chip Liquid Cooling, Servern mit klassischer Luftkühlung gegenübergestellt.Bei Direct‑to‑Chip Liquid Cooling wird Kühlflüssigkeit in den Server direkt bis zum Chip geführt, auf welchem ein von Flüssigkeit durchströmter Wärmeübertrager (cold plate) befestigt ist. Aus energetischer Sicht bietet die DLC deutliche Vorteile, u. a. lässt sich die Flüssigkeit mit vergleichsweise geringem Energieaufwand bewegen und kann durch eine höhere Wärmekapazität mehr Wärme aufnehmen.Je nach Servertyp kann DLC mit Servereintrittstemperaturen von 35 bis 55 °C betrieben werden. Unter den klimatischen Bedingungen in Deutschland ermöglicht dies häufig eine ganzjährige freie Kühlung, bei der die Wärme ohne den Einsatz energieintensiver Kältemaschinen direkt an die Außenluft abgegeben wird. Dadurch kann der Energiebedarf der Versorgungsinfrastruktur und damit die PUE deutlich reduziert werden.

  Bei luftgekühlten Servern lässt sich der Anteil der freien Kühlung analog durch eine Anhebung der Zulufttemperaturen erhöhen. Die maximal zulässigen Temperaturen sind jedoch, ebenso wie bei DLC-Servern, vom jeweiligen Servertyp abhängig. Luftgekühlte Server haben nach Empfehlung der ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) Eintrittstemperaturen im Bereich von 18 bis 27 °C.

  Unabhängig von der gewählten Kühltechnologie führen höhere Temperaturen des Kühlmediums zu höheren Temperaturen der (Halbleiter‑)Komponenten im Server. Höhere Komponententemperaturen verursachen einen geringfügigen Anstieg des Energiebedarfs von Halbleiterchips bei identischem Workload. Für HDD‑Festplatten verringert sich darüber hinaus die durchschnittliche Lebensdauer. Komponenten wie SSDs, CPUs und RAM weisen i. d. R. eine für die beschleunigte Alterung kritische Betriebstemperatur von über 75 °C auf. Im Normalbetrieb wird diese bei beiden Kühlmethoden nicht erreicht, sodass dieser Effekt für diese nicht zum Tragen kommt.

  Generell benötigen DLC-Server im Vergleich zu luftgekühlten Servern weniger Energie für die Wärmeabfuhr. Da die Wärme direkt an die Flüssigkeit übertragen wird, reduziert sich häufig die Anzahl von Komponenten, die den Kühlmittelvolumenstrom transportieren, und damit sinkt der Gesamtenergiebedarf des Rechenzentrums. Der Energiebedarf der Serverlüfter ist dabei Bestandteil des Energiebedarfs IT, da die Lüfter über die Netzteile der Server mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Pumpen eines Direct‑Liquid‑Cooling‑Systems werden hingegen dem Energiebedarf der Infrastruktur zugerechnet. Diese unterschiedliche Zuordnung kann dazu führen, dass der PUE‑Wert eines Rechenzentrums mit DLC‑Systemen höher ausfällt, obwohl der tatsächliche Gesamtenergiebedarf des Rechenzentrums sinkt. Somit bildet der PUE‑Wert nicht zwangsläufig die energetischen Vorteile einer bestimmten Technologie vollständig ab, insbesondere bei der Effizienzbewertung von Umrüstungen muss dies beachtet werden.

  Beim Vergleich der PUE-Werte von Rechenzentren mit unterschiedlichen Technologien oder Kühlsystemen sollten diese nicht isoliert betrachtet werden. Für eine belastbare Bewertung sind die Systemgrenzen, die Energiezuordnung sowie die jeweiligen technischen Rahmenbedingungen zu berücksichtigen.

Wann spielen weitere Kennzahlen eine Rolle?

Die PUE stellt eine wichtige Kennzahl zur Bewertung und Optimierung des elektrischen Energiebedarfs der Rechenzentrumsinfrastruktur dar. Allein die Energieeffizienz der Infrastruktur eines Rechenzentrums reicht in vielen Fällen nicht aus, um dessen gesamte Energieeffizienz oder Nachhaltigkeit zu bewerten. Weitere relevante Aspekte wie der Wasserverbrauch, die Nutzung der Abwärme, die Energieeffizienz der IT‑Systeme oder Auswirkungen entlang der Lieferkette werden von der PUE nicht erfasst. Für eine umfassende Bewertung der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit eines Rechenzentrums ist es daher sinnvoll, neben der PUE weitere Kennzahlen heranzuziehen.

• Wasserverbrauch
  Zur Effizienzbewertung von Rechenzentren bietet die DIN EN 50600‑4‑9 neben der PUE noch weitere Kennzahlen an. Die Kennzahl der Wassereffizienz ist die Water Usage Effectiveness (WUE). Sie beschreibt den Wasserverbrauch eines Rechenzentrums im Verhältnis zum Energiebedarf IT in der Einheit m³ pro MWh IT‑Energie. Bei der Bewertung von Kühlsystemen sollte die WUE ergänzend zur PUE betrachtet werden, da sich beide Kennzahlen gegenseitig beeinflussen. Das von der Europäischen Union geplante Energieeffizienzlabel für Rechenzentren sieht im bisherigen Entwurf eine Gegenüberstellung von PUE und WUE vor [5].Abbildung 5 zeigt die in einer Studie simulierten PUE- und WUE‑Werte von Rechenzentren mit Jahrestemperaturverläufen aller Wetterstationen der USA kategorisiert nach Kühltechnologien [6]. Dabei kann der Einsatz von adiabatischen Rückkühlern, bei denen Wärme durch die Verdunstung von Wasser an die Umgebung abgeführt wird, die Effizienz der Wärmeabfuhr verbessern und den Anteil der freien Kühlung erhöhen. Durch den Einsatz von adiabatischer Unterstützung, welche nur bei hohen Außentemperaturen angewendet wird, lässt sich der PUE‑Wert eines Rechenzentrums unter Umständen reduzieren (vgl. 1. und 2. in Abbildung 5). Zusätzlich ist ersichtlich, dass Kühlsysteme für luftgekühlte Server ihren Kühlbedarf bei hohem Wasserverbrauch mit weniger elektrischer Energie erfüllen, was den PUE‑Wert senkt. Bei flüssigkeitsgekühlten Servern fällt dieser Effekt geringer aus, da der Kühlbedarf häufig für einen Großteil des Jahres mit Trockenkühlern erreicht werden kann.
  

  Abbildung 5: Gegenüberstellung von Kühltechnologien anhand von PUE und WUE [6]

  Bei adiabatischen Rückkühlern wird, im Gegensatz zu DLC‑Systemen, das Wasser nicht ausschließlich im geschlossenen Kreislauf bewegt. Ein Teil des Wassers wird durch Verdunstung an die Umgebungsluft abgegeben und muss entsprechend aus dem lokalen Wasserkreislauf ersetzt werden. Die Kritikalität dieser Wasserentnahme hängt sowohl von der Größe des Rechenzentrums als auch von den lokalen klimatischen Randbedingungen und dem jeweiligen Wasserstressniveau ab. Insbesondere bei großen Rechenzentren können adiabatische Kühlsysteme erhebliche Mengen Wasser verbrauchen. Die damit erzielbaren energetischen Vorteile sind daher immer gemeinsam mit dem Wasserverbrauch und den lokalen Rahmenbedingungen zu betrachten.

• Abwärmenutzung
  Nahezu der gesamte elektrische Energiebedarf eines Rechenzentrums wird in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgeführt. Gleichzeitig strebt Deutschland im Rahmen der Wärmewende die Dekarbonisierung des Wärmesektors an. Eine mögliche Symbiose, um die Abwärme von Rechenzentren dem Wärmesektor zuzuführen und CO2‑intensive Wärmeerzeuger zu substituieren, liegt auf der Hand und wird vom Energieeffizienzgesetz (EnEfG) gefordert. Die sogenannte externe Abwärmenutzung definiert durch eine Wärmeabgabe über die Bilanzgrenzen eines Rechenzentrums hinaus, kann unter Umständen den PUE‑Wert reduzieren, wenn dadurch der Energiebedarf des Kühlsystems sinkt. Dies trifft bei einer Abwärmenutzung bei hohen Außentemperaturen zu, wenn sich dadurch die Laufzeit der Kältemaschine reduziert. Eine interne Abwärmenutzung im Rechenzentrum, z. B. Heizen von Technik- oder Betriebsräumen, um auf externe Heizenergie zu verzichten, verringert den PUE‑Wert hingegen nur minimal.Der Energy Reuse Factor (ERF) aus der DIN 50600‑4‑6 quantifiziert die externe Abwärmenutzung und gibt an, welcher Anteil des Energiebedarfs vom Rechenzentrum an anderer Stelle wiederverwendet wird. Von den Rechenzentren, die im Jahr 2023 Abwärmenutzung in Deutschland betrieben, betrug der durchschnittlich ERF-Wert 17,0 %. Im bundesweiten Durchschnitt aller Rechenzentren fiel der ERF‑Wert deutlich geringer aus: Mit nur 0,9 % lag Deutschland damit unterhalb des europäischen Durchschnitts von 1,8 %.[7]

• Server‑Effizienz
  Die PUE bewertet die Effizienz der Versorgungsinfrastruktur, trifft jedoch keine Aussage zur Effizienz der IT‑Geräte und der darauf betriebenen Software. Ein hoher Energiebedarf der IT‑Geräte kann den PUE‑Wert sogar rechnerisch verbessern, wobei der absolute Energieverbrauch des Rechenzentrums steigt. Um die Effizienz von Servern zu bewerten, bietet die ISO/IEC 30134‑4 die Kennzahl IT‑Geräte‑Energieeffizienz von Servern (ITEEsv) an. Sie setzt die anhand definierter Benchmarks ermittelte Serverperformance ins Verhältnis mit der dafür benötigten elektrischen Energie.Die Effizienzsteigerung der Servertechnologie bietet das Potential für erhebliche Effizienzgewinne. Bei einem typischen Server‑Erneuerungszyklus von 4 bis 5 Jahren kann die Rechenleistung pro Watt so stark steigen, dass ein neuer Server die Rechenleistung von drei bis fünf älteren Servern erbringen kann. Dadurch reduziert sich die für einen bestimmten Rechenjob erforderliche IT-Energie immens. Sowohl der Energiebedarf IT als auch der Gesamtenergiebedarf des Rechenzentrums wird somit verringert. Gleichzeitig kann die beschriebene Modernisierung zu einem ungünstigen Teillastbetrieb der Infrastruktur führen, wodurch der PUE-Wert steigt, obwohl der absolute Energiebedarf des Rechenzentrums sinkt. So wird erneut deutlich: Die PUE allein reicht nicht aus, um die energetische Gesamteffizienz eines Rechenzentrums zu beurteilen.Viele Rechenzentrumsbetreiber plädieren für eine „Performance per Work“-Metrik, welche die erbrachte IT-Performance eines Rechenzentrums ins Verhältnis zum gesamten Energieverbrauch des Rechenzentrums in kWh setzt. Diese Kennzahl soll die Energieeffizienz stärker an der tatsächlich erbrachten Rechenleistung ausrichten. Eine wesentliche Herausforderung liegt hierbei in der Ermittlung der IT-Performance. Je nach Anwendungsfall können hierfür unterschiedliche Leistungskennzahlen und Benchmarks herangezogen werden. Eine direkte Vergleichbarkeit wäre daher in der Regel nur zwischen Rechenzentren mit homogenen und vergleichbaren Anwendungsprofilen sowie Workloads gegeben.

• Effiziente Auslastung der Server
  Neben der Effizienz des Servers unter definierten Benchmark‑Bedingungen entscheidet insbesondere die Auslastung im Betrieb über dessen tatsächliche Effizienz. Ein Server benötigt auch im Leerlauf elektrische Energie, ohne dabei eine produktive Rechenleistung zu erbringen. Als Maß für die durchschnittliche Serverauslastung eines Rechenzentrums dient die Kennzahl IT-Geräte-Auslastung von Servern (ITEUsv) aus der ISO/IEC 30134-5. Sie bewertet, wie effektiv die vorhandene Serverkapazität im Betrieb genutzt wird.

• Software-Effizienz
  Eine hohe Serverauslastung allein lässt jedoch keine ausreichenden Rückschlüsse auf die Energieeffizienz zu. Maßgeblich ist vielmehr, welche Arbeit die darauf ausgeführte Software mit der eingesetzten Energie verrichtet. Eine Anwendung kann einen Server bspw. stark auslasten, dabei aber vergleichsweise wenig produktive Rechenleistung erbringen. Für die Bewertung einer Software‑Effizienz besteht bislang keine einheitlich bewährte und anerkannte Methode. Die Herausforderungen bestehen vor allem in der Bewertung unabhängig von der Hardware- und Softwareplattform sowie im Fehlen allgemein anerkannter Standards. Projekte wie ECODIGIT setzen an dieser Stelle an und streben die Entwicklung einer plattformunabhängigen, ganzheitlichen, automatisierten und standardisierten Lösung an [8].

• Ganzheitliche Energieeffizienz im Rechenzentrum
  Über die Effizienz im Betrieb eines Rechenzentrums hinaus erfordert eine ganzheitliche Betrachtung zusätzlich einen Blick auf die Versorgungs- und Wertschöpfungskette. Die Kennzahlen der DIN EN 50600 beziehen sich primär auf den Betrieb des Rechenzentrums. Für eine umfassende Bewertung müssen die Umweltauswirkungen der eingesetzten Komponenten und der vorgelagerten Prozesse berücksichtigt werden. Relevant sind u.a. der Rohstoff- und Ressourcenverbrauch bei der Herstellung von Servern und der Rechenzentrumsinfrastruktur. Ebenso bedeutsam sind die CO₂‑Emissionen entlang der Lieferkette sowie weitere Umweltauswirkungen, von der Rohstoffgewinnung und Komponentenherstellung über Transport und Nutzung bis hin zur Entsorgung.Projekte, wie das KPI4DCE des Umweltbundesamtes [9], haben bereits versucht, diese Aspekte in geeigneten Kennzahlsystemen abzubilden. Eine wesentliche Herausforderung besteht dabei in der begrenzten öffentlichen Verfügbarkeit von Informationen zur Herstellung der Komponenten und zu den jeweiligen Lieferketten. Die hohe Komplexität globaler Wertschöpfungsketten und teilweise bestehende Herstellerinteressen erschweren eine vollständige sowie transparente Bewertung zusätzlich. Für eine belastbare Nachhaltigkeitsbewertung von Rechenzentren empfiehlt sich, neben den betrieblichen Kennzahlen die Lebenszyklus- und Lieferkettenaspekte zu berücksichtigen.

• Umweltzeichen und Zertifizierung für Rechenzentren
  Als Nachweis für einen nachhaltigen Rechenzentrumsbetrieb werden in Deutschland Zertifikate und Label verwendet. Hierzu zählen zum einen das Umweltzeichen „Blauer Engel“ und zum anderen Zertifizierungen auf Grundlage des Nachhaltigkeits-Reifegradmodells nach DIN EN 50600-5.Das Umweltzeichen „Blauer Engel“ (DE-UZ-228) kann von Rechenzentren beantragt werden, die definierte Kriterien für einen besonders energieeffizienten und ressourcenschonenden Betrieb erfüllen. Neben der Effizienz der Versorgungsinfrastruktur und dem IT-Betrieb steht eine langfristige nachhaltige Strategie sowie eine transparente Berichterstattung gegenüber im Rechenzentrum ansässigen IT‑Betreibern im Fokus.[10]Mehrere Prüf- und Zertifizierungsstellen bieten für energieeffiziente und nachhaltige Rechenzentren Zertifizierungen an, die sich am Nachhaltigkeits-Reifegradmodell der DIN EN 50600-5 orientieren. Dabei werden verschiedene Bereiche des Rechenzentrums hinsichtlich ihres jeweiligen Entwicklungsstands in Bezug auf Effizienz und Nachhaltigkeit bewertet. Für die Gesamtbewertung gilt dabei das Prinzip des schwächsten Glieds: Die am niedrigsten bewertete Kategorie bestimmt den Gesamt-Reifegrad. Nach durchgeführten Optimierungsmaßnahmen kann ggf. ein höherwertiger Reifegrad erreicht werden.

Fazit: Energieeffizienz ganzheitlich betrachten

Die Power Usage Effectiveness (PUE) ist eine zentrale Kennzahl für die Energieeffizienz der Infrastruktur von Rechenzentren und liefert gemeinsam mit weiteren Daten aus dem Energiemanagementsystem eine wertvolle Grundlage zur kontinuierlichen Systemanalyse sowie ‑optimierung der Versorgungsinfrastruktur. Um anhand der Kennzahl PUE aussagekräftige Vergleiche zwischen Rechenzentren ziehen zu können, sollten sich diese in Aufgabenstellung, technischer Auslegung, Bauweise und Standort möglichst ähnlich sein.

Eine ganzheitliche Effizienzbewertung erfordert neben der PUE weitere Kennzahlen: Die Water Usage Effectiveness (WUE) gibt den Wasserverbrauch an, die Server-Effizienz (ITEEsv) und Serverauslastung (ITEUsv) bewerten, wie effizient der IT-Energieverbrauch für Rechenleistung genutzt wird, und der Energy Reuse Factor (ERF) zeigt, wie viel entstehende Abwärme extern einer Nachnutzung zugeführt wird. Darüber hinaus muss eine moderne Effizienzanalyse den Ressourcenverbrauch der eingesetzten Materialien sowie die gesamte Lieferkette berücksichtigen und dabei den Energie- und CO₂‑Fußabdruck von der Herstellung über den Betrieb bis hin zur Entsorgung erfassen.

Letztendlich halten wir fest: Die Effizienz von Rechenzentren umfasst mehr als einzelne Kennzahlen. Erst die Kombination aus technischen, ökologischen und wirtschaftlichen Faktoren sowie die Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette ermöglicht eine fundierte Bewertung der Nachhaltigkeit und damit auch Zukunftsfähigkeit von Rechenzentren.

Verweise

[1] https://www.izm.fraunhofer.de/de/abteilungen/environmental_reliabilityengineering/projekte/green-ict/studie-zum-strombedarf-und-carbon-footprint-der-ikt-in-deutschland.html
[2] https://www.borderstep.de/2025/11/12/rechenzentren-in-deutschland-aktuelle-marktentwicklungen-update-2025/
‍[3] https://dip.bundestag.de/vorgang/gesetz-zur-beschleunigung-der-umsetzung-der-energieeffizienzrichtlinie/336643
[4] https://data.europa.eu/doi/10.2833/3168794
[5]‍ https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/16035-Energy-efficiency-rating-scheme-for-data-centres-in-Europe_en
[6]‍ https://escholarship.org/uc/item/32d6m0d1
[7]‍ https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/83be4c3e-5c79-11f0-a9d0-01aa75ed71a1/language-en?WT.mc_id=Searchresult&WT.ria_c=153343&WT.ria_f=8810&WT.ria_ev=search&WT.URL=https%3A%2F%2Fenergy.ec.europa.eu%2F
[8]‍ https://ecodigit.de/
[9]‍ https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/376/publikationen/kpi4dce_das_ressourceneffiziente_rechenzentrum_-_kennzahlen_und_indikatoren.pdf
[10]‍ https://www.blauer-engel.de/de/produktwelt/rechenzentren-bis-12-2027