Immersionskühlflüssigkeiten für Rechenzentren
Ein praxisnaher Leitfaden zu dielektrischen Flüssigkeiten für die einphasige Immersionskühlung von Servern und KI-Hardware – Flüssigkeitstypen, OCP-Anforderungen, Materialverträglichkeit, Brandschutz und Qualifizierung. Verfasst von den Ester-Spezialisten von IsoTec.
Aktualisiert am 9. November 2026 · Veröffentlicht von IsoTec
Inhalt
- Immersionskühlung auf einen Blick
- Was ist Immersionskühlung?
- Warum Rechenzentren auf Immersion umsteigen
- Welche Flüssigkeiten werden eingesetzt?
- Warum Ester für die Immersionskühlung?
- Was fordert das OCP von einer Immersionsflüssigkeit?
- Materialverträglichkeit
- Brandschutz
- Betrieb und Flüssigkeitsüberwachung
- So unterstützt IsoTec Immersionsprojekte
- Alle Beiträge zur Immersionskühlung
Immersionskühlung auf einen Blick
- Bei der Immersionskühlung werden Server in eine elektrisch nicht leitende (dielektrische) Flüssigkeit getaucht, die die Wärme direkt an allen Bauteilen aufnimmt.
- Einphasige Systeme nutzen Flüssigkeiten, die flüssig bleiben – synthetische Kohlenwasserstoffe (PAO, GTL), synthetische Ester oder natürliche Ester. Zweiphasige Systeme nutzen niedrig siedende, meist fluorierte Flüssigkeiten.
- Die Immersion Requirements des Open Compute Project (OCP) legen unter anderem Mindestwerte für Durchschlagfestigkeit, spezifischen Widerstand, Flammpunkt, Schwefelgehalt und Säurezahl fest und raten von Mineralölen ab.
- Ester verbinden hohe Flamm- und Brennpunkte, hohe Feuchtetoleranz und gute Wärmeübertragung. Wegen ihrer höheren Polarität sind Prüfungen der Materialverträglichkeit unverzichtbar.
- Jede Flüssigkeit sollte mit den tatsächlichen Serverkomponenten qualifiziert werden. Die OCP-Richtlinie beschreibt für einphasige Flüssigkeiten eine Auslagerung von 14 Tagen bei 80 °C.
- ASTM erarbeitet eine eigene Spezifikation für einphasige Immersionsflüssigkeiten in Rechenzentren (Komitee D27, Work Item WK97110).
Was ist Immersionskühlung?
Immersionskühlung ist ein Flüssigkeitskühlverfahren, bei dem IT-Hardware in eine dielektrische Flüssigkeit getaucht wird. Da die Flüssigkeit keinen Strom leitet, darf sie Prozessoren, Speicher, Netzteile und Platinen direkt berühren. Sie nimmt die Wärme aller Bauteile auf – nicht nur des Prozessors – und führt sie zu einem Wärmetauscher. Von dort gelangt die Wärme in einen Wasserkreislauf und weiter zu Rückkühlern, Kühltürmen oder einer Abwärmenutzung.
Drei Bauformen sind verbreitet:
- Tank-Immersion (offenes Bad): Die Server stehen senkrecht in einem mit Flüssigkeit gefüllten, mit einem Deckel verschlossenen Tank. Die meisten einphasigen Anlagen nutzen diese Bauform.
- Präzisions- oder Chassis-Immersion: Jeder Server sitzt in einem eigenen, geschlossenen und mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuse; das Rack-Format bleibt erhalten.
- Zweiphasige Immersion: Die Flüssigkeit siedet an heißen Oberflächen und kondensiert an einer Kühlschlange über dem Bad. Siehe einphasige oder zweiphasige Immersionskühlung.
Immersionskühlung unterscheidet sich von der Direct-to-Chip-Kühlung (Kühlplatten), bei der ein Wasser-Glykol-Gemisch nur durch Kühlplatten auf den Prozessoren fließt, während die übrigen Bauteile weiter mit Luft gekühlt werden.
Warum Rechenzentren auf Immersion umsteigen
- Leistungsdichte pro Rack: KI-Beschleuniger und Hochleistungs-CPUs treiben die Leistung pro Rack weit über das hinaus, was Luft effizient abführen kann.
- Keine Lüfter: In der Immersion werden die Serverlüfter ausgebaut oder abgeschaltet – das spart Lüfterenergie und senkt den Lärm.
- Wasserverbrauch: Je nach Klima und Rückkühlkonzept lässt sich der Bedarf an Verdunstungskühlung verringern.
- Abwärmenutzung: Die Wärme verlässt den Tank in einer Flüssigkeit mit höherer Temperatur als die Abluft eines luftgekühlten Raums – das erleichtert die Nutzung. Siehe Abwärmenutzung.
- Schutz: Die Flüssigkeit schützt die Bauteile vor Staub, Feuchte und Luftschadstoffen.
- Regulierung fluorierter Flüssigkeiten: PFAS-Beschränkungen und der Ausstieg von 3M aus der PFAS-Produktion lenken den Blick auf einphasige Flüssigkeiten. Siehe PFAS und Immersionskühlung.
Welche Flüssigkeiten werden eingesetzt?
| Flüssigkeitsfamilie | System | Typische Eigenschaften |
|---|---|---|
| Synthetische Kohlenwasserstoffe (PAO, GTL) | Einphasig | Sehr niedrige Viskosität möglich, niedrige Permittivität, gute Verträglichkeit; Flammpunkt steigt mit der Viskosität |
| Mineralöle | Einphasig | Günstig; die OCP Immersion Requirements raten von Mineralölen ab |
| Synthetische Ester (Polyolester) | Einphasig | Hohe Flamm- und Brennpunkte, sehr gute Oxidationsstabilität, hohe Feuchtetoleranz, höhere Permittivität |
| Natürliche Ester (auf Pflanzenölbasis) | Einphasig | Sehr hoher Brennpunkt, hohe Feuchtetoleranz; geringere Oxidationsstabilität – geschlossene oder inertisierte Tanks und Antioxidantien nötig |
| Fluorierte Flüssigkeiten | Zwei- und einphasig | Nicht brennbar, niedrige Permittivität (die meisten), teuer; meist PFAS |
Ausführlicher Vergleich: Immersionskühlflüssigkeiten im Vergleich. Auswahl zwischen den beiden Estertypen: natürlicher oder synthetischer Ester.
Warum Ester für die Immersionskühlung?
Vorteile
- Brandschutz: Ester in Transformatorqualität sind K-Klasse-Flüssigkeiten mit einem Brennpunkt über 300 °C (IEC 61039). Niedrigviskose Typen für Servertanks liegen darunter – das Datenblatt ist maßgeblich.
- Feuchtetoleranz: Ester lösen deutlich mehr Wasser als Kohlenwasserstoffe, bevor freies Wasser entsteht; ihre Durchschlagfestigkeit reagiert daher weniger empfindlich auf Feuchte.
- Wärmeübertragung: Ester haben in der Regel eine höhere Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität als Kohlenwasserstoffe vergleichbarer Viskosität.
- Chemie: Ester sind nicht fluoriert. Viele sind in OECD-301-Prüfungen leicht biologisch abbaubar – maßgeblich ist der Prüfbericht der jeweiligen Flüssigkeit, und leicht abbaubar heißt nicht unbedenklich.
Was zu beachten ist
- Permittivität: Ester haben eine relative Permittivität von etwa 3, Kohlenwasserstoffe von etwa 2. Das kann bei schnellen Signalen eine Rolle spielen – OCP verlangt von Lieferanten die Dielektrizitätszahl bei 20 und 40 GHz.
- Verträglichkeit: Ester sind polarer als Kohlenwasserstoffe. Kunststoffe, Elastomere, Kabelmäntel, Wärmeleitmaterialien und Etiketten müssen geprüft werden.
- Wasser und Hydrolyse: Bei erhöhter Temperatur kann Wasser Ester in Säuren und Alkohole spalten. Halten Sie die Flüssigkeit trocken und den Tank geschlossen.
- Oxidation: Natürliche Ester altern bei Luftkontakt schneller als synthetische Ester.
- Viskosität: Ester sind meist zähflüssiger als die leichtesten Kohlenwasserstoffe; das ist bei Pumpen- und Strömungsauslegung zu berücksichtigen.
IsoTec ist auf esterbasierte Isolierflüssigkeiten spezialisiert: synthetische Ester (IsoTec SE 300), natürliche Ester (IsoTec NE 350) und Esterflüssigkeiten für die Immersionskühlung.
Was fordert das OCP von einer Immersionsflüssigkeit?
Die OCP Immersion Requirements legen fest, welche Daten der Lieferant angeben muss und welche dielektrischen Mindestwerte gelten. Ausgewählte Anforderungen aus Rev. 2.0:
| Eigenschaft | OCP-Mindestanforderung (Rev. 2.0) |
|---|---|
| Durchschlagfestigkeit (1 mm Abstand) | ≥ 6 kV über die gesamte Lebensdauer |
| Spezifischer Widerstand | ≥ 2,00 GΩ·m im Neuzustand, ≥ 0,20 GΩ·m über die Lebensdauer |
| Flammpunkt (COC) | ≥ 150 °C |
| Zündtemperatur | ≥ 250 °C |
| Schwefelgehalt | < 10 ppm |
| Säurezahl | Grenzwert je nach Flüssigkeitsklasse (Kohlenwasserstoffe, natürliche Ester, synthetische Ester, Fluorkohlenstoffe) |
Das Dokument hält außerdem fest, dass Mineralöle vermieden und synthetische Öle, synthetische Ester oder aufbereitete natürliche Ester verwendet werden sollten. Prüfen Sie stets die aktuelle Revision. Mehr dazu: OCP-Anforderungen an Immersionsflüssigkeiten.
Materialverträglichkeit
Die Flüssigkeit berührt jedes Bauteil des Servers. Weichmacher können aus PVC-Mänteln austreten, Wärmeleitpasten ausgewaschen werden, Elastomere quellen und Etikettenkleber versagen. Die OCP-Verträglichkeitsrichtlinie (v1.5, Juni 2026) beschreibt eine Auslagerung von Bauteilen in einphasigen Flüssigkeiten bei 80 °C ± 2 °C über 14 Tage mit anschließender Prüfung von Material und Flüssigkeit. Details und Bauteil-Checkliste: Materialverträglichkeit in immersionsgekühlten Servern.
Brandschutz
Flammpunkt, Brennpunkt und Zündtemperatur beschreiben das Brandverhalten einer Flüssigkeit. Es sind Sicherheitskennwerte, keine Betriebsgrenzen. Versicherer und Behörden können mehr verlangen als das OCP-Minimum. Mehr dazu: Brandschutz von Immersionsflüssigkeiten.
Betrieb und Flüssigkeitsüberwachung
Eine beim Befüllen saubere und trockene Flüssigkeit kann im Betrieb Wasser, Partikel und herausgelöste Stoffe aufnehmen. Die regelmäßige Analyse von Wassergehalt, Säurezahl, Durchschlagfestigkeit, spezifischem Widerstand und Partikelzahl zeigt, wann gefiltert, getrocknet oder getauscht werden muss. Mehr dazu: Wartung und Analyse von Immersionskühlflüssigkeiten.
So unterstützt IsoTec Immersionsprojekte
- Anforderungen: Tankbauform (offen, abgedeckt oder geschlossen), Betriebstemperaturen, Hardware, Region und geltende Vorschriften.
- Flüssigkeitsauswahl: synthetischer oder natürlicher Ester, abgestimmt auf Viskosität, Brandschutz und Oxidationsanforderungen.
- Laborprüfung: Verträglichkeitsauslagerung mit Ihren Komponenten und Analyse der Flüssigkeit vorher und nachher.
- Muster und Versuchsmengen für Tankversuche.
- Lieferung mit Analysezertifikat je Charge und Unterstützung bei der Flüssigkeitsüberwachung.
Checkliste Schritt für Schritt: Immersionskühlflüssigkeit qualifizieren.
Alle Beiträge zur Immersionskühlung
- Einphasige oder zweiphasige Immersionskühlung – Funktion, Flüssigkeiten, Vor- und Nachteile
- Immersionskühlflüssigkeiten im Vergleich – Kohlenwasserstoffe, Ester und fluorierte Flüssigkeiten
- Natürlicher oder synthetischer Ester für die Immersionskühlung
- OCP-Anforderungen an Immersionsflüssigkeiten
- Materialverträglichkeit in immersionsgekühlten Servern
- Brandschutz von Immersionsflüssigkeiten
- Wartung und Analyse von Immersionskühlflüssigkeiten
- Immersionskühlflüssigkeit qualifizieren – Checkliste
- PFAS und Immersionskühlung
- Abwärmenutzung in immersionsgekühlten Rechenzentren
- Glossar Immersionskühlung
Häufige Fragen
Welche Flüssigkeit wird für die Immersionskühlung in Rechenzentren verwendet?
Einphasige Systeme nutzen synthetische Kohlenwasserstoffe (PAO, GTL), synthetische Ester oder natürliche Ester. Zweiphasige Systeme nutzen niedrig siedende, meist fluorierte Flüssigkeiten. Die OCP Immersion Requirements raten von Mineralölen ab.
Schadet eine Immersionsflüssigkeit der Elektronik?
Eine dielektrische Flüssigkeit leitet keinen Strom; spannungsführende Bauteile können daher eingetaucht werden. Alle Materialien im Server müssen jedoch mit der Flüssigkeit verträglich sein. Lüfter werden ausgebaut oder abgeschaltet, und nicht hermetisch dichte Festplatten können nicht eingetaucht werden.
Was ist der Unterschied zwischen einphasiger und zweiphasiger Immersionskühlung?
Bei einphasigen Systemen bleibt die Flüssigkeit flüssig und wird durch einen Wärmetauscher gepumpt. Bei zweiphasigen Systemen siedet die Flüssigkeit an heißen Bauteilen und kondensiert an einer Kühlschlange über dem Bad.
Sind Ester für die Immersionskühlung in Rechenzentren geeignet?
Ja. Ester bieten hohe Flamm- und Brennpunkte, hohe Feuchtetoleranz und gute Wärmeübertragung. Da sie polarer als Kohlenwasserstoffe sind, muss die Verträglichkeit mit den Servermaterialien geprüft und die Flüssigkeit trocken gehalten werden.
Natürlicher oder synthetischer Ester?
Synthetische Ester sind oxidationsstabiler und eignen sich für Tanks mit Luftkontakt. Natürliche Ester basieren auf Pflanzenöl und haben einen sehr hohen Brennpunkt, benötigen aber geschlossene oder inertisierte Tanks und Antioxidantien.
Welchen Flammpunkt braucht eine Immersionskühlflüssigkeit?
Die OCP Immersion Requirements (Rev. 2.0) fordern einen Flammpunkt von mindestens 150 °C (COC). Versicherer oder Behörden können mehr verlangen. Ester in Transformatorqualität erreichen Brennpunkte über 300 °C.
Wie lange hält eine Immersionskühlflüssigkeit?
Die Lebensdauer hängt von Temperatur, Luftkontakt, Wassereintrag und Verunreinigung durch Materialien ab. Filtration, geschlossene Tanks und regelmäßige Analysen verlängern sie. Fragen Sie den Lieferanten nach der erwarteten Lebensdauer unter Ihren Bedingungen.
Enthalten Immersionskühlflüssigkeiten PFAS?
Die meisten fluorierten Immersionsflüssigkeiten sind PFAS. Kohlenwasserstoffe und Ester sind keine fluorierten Chemikalien.
Gibt es eine Norm für Immersionskühlflüssigkeiten?
Die OCP Immersion Requirements sind die wichtigste Branchenreferenz. ASTM erarbeitet eine Spezifikation für einphasige Immersionsflüssigkeiten in Rechenzentren (WK97110). Die Prüfmethoden stammen aus IEC- und ASTM-Normen für Isolierflüssigkeiten.
Wohin liefert IsoTec?
IsoTec-Produkte liefern wir an Kunden außerhalb Deutschlands. Sprechen Sie uns mit Ihrer Anwendung und Ihrem Standort an.
Quellen und weiterführende Literatur
- OCP Immersion Requirements, Rev. 2.0 (Open Compute Project)
- OCP Server Component Immersion Material Compatibility Testing, v1.5 (June 2026)
- ASTM WK97110 – New Specification for Single Phase Liquids used in Immersion Cooling of Data Centers
- Directive (EU) 2023/1791 on energy efficiency (EUR-Lex)
- ECHA – Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS)
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