Technik 8. September 2026

Warum übernehmen Kühlkreise die Regeln der Sanitärverrohrung?

Geschnittener dreiteiliger Edelstahl-Kugelhahn mit spiegelnd polierter Bohrung, Kugel und beiden Sitzringen gegen die matte Gussaussenfläche

Kernaussage

Ein Direct-to-Chip-Sekundärkreis trägt eine Sauberkeitsanforderung, die in einer Richtlinie steht und nicht auf der Zeichnung. Die ASHRAE-Datacom-Richtlinie setzt für das technische Kühlsystem gesamte suspendierte Feststoffe unter 3 ppm und Trübung unter 20 NTU an, strenger als das Gebäudewasser auf der anderen Seite des CDU. Die Zahl ist schwer, weil ein Mikrokanal einer Kühlplatte bis auf 0,1 mm zwischen den Stegen heruntergeht und die Strömung darin bewusst laminar gehalten wird, sodass kein turbulenter Anteil ein festsitzendes Partikel wieder hinausträgt. Filtration ist die übliche Antwort und sie ist nur die halbe: ein 50-Mikrometer-Element lässt Partikel von der halben Breite des Kanals durch, den es schützt, und gegen die Partikel, die der Kreis hinter dem Filter erzeugt, richtet es nichts aus. Die Sanitärverrohrung hat dasselbe physikalische Problem Jahrzehnte früher aus einem anderen Grund gelöst. Ihre Regeln, keine Totstrecken, selbstentleerende Geometrie, eine festgelegte Oberflächenrauheit und spaltfreie Verbindungen, sind geometrische Antworten auf Rückhalt und Freisetzung von Partikeln und lassen sich unverändert übertragen.

An welche Zahl ist der Kreis tatsächlich gebunden?

Zwei Wassersysteme treffen sich an der Kühlmittelverteilereinheit und sie unterliegen nicht demselben Massstab. Das Gebäudewassersystem führt die Wärme zur Anlage ab. Das technische Kühlsystem ist der geschlossene Kreis, der die Prozessoren berührt, und seine veröffentlichte Richtlinie ist die strengere von beiden.

Parameter	Technisches Kühlsystem	Was er aussagt
Suspendierte Feststoffe	Unter 3 ppm	Feststoff im Umlauf, unabhängig von seiner Herkunft
Trübung	Unter 20 NTU	Material zu fein zum Wiegen, aber ausreichend zum Streuen von Licht
pH	8,0 bis 9,5	Alkalisch gehalten, um Flächenkorrosion zu unterdrücken
Leitfähigkeit	0,2 bis 20 micromho/cm	Gelöste Ionenfracht, die galvanische Aktivität antreibt
Zusätze	Korrosionsinhibitor und Biozid erforderlich	Es wird erwartet, dass der Kreis sich selbst angreift und dass in ihm etwas wächst

Diese Tabelle ist eher eine Beschreibung der Versagensarten als eine Liste von Grenzwerten. Suspendierte Feststoffe und Trübung stehen darin, weil die Branche damit rechnet, dass Korrosionsprodukt, biologisches Material, Montagerückstände, Ablagerungen und abgebauter Elastomerwerkstoff in den Umlauf gelangen. Die Zeilen zu Inhibitor und Biozid sagen dasselbe direkter.

Warum 3 ppm schwerer ist, als es klingt

In einer Kaltwasserzentrale wäre die Zahl unauffällig. Schwierig ist sie hier wegen dessen, was am Ende des Kreises sitzt.

Eine Mikrokanal-Kühlplatte bezieht ihren Wärmeübergangskoeffizienten aus Oberfläche, die in ein sehr kleines Volumen gepackt ist. Veröffentlichte Auslegungen erreichen rund 8 mal 4 mal 0,35 cm, mit einem Abstand zwischen den Mikrokanalstegen bis herunter auf 0,1 mm. Die Strömung durch derart enge Kanäle wird bewusst laminar gehalten, weil Turbulenz in einem Querschnitt dieser Grösse Pumpenförderhöhe kostet, die das System nicht aufbringen kann.

Genau diese laminare Strömung ist das Problem. In einer turbulenten Leitung wird ein Partikel, das die Wand berührt, wieder mitgenommen. Im laminaren Mikrokanal nicht. Partikel erreichen die Kanaleingänge, setzen sich dort fest und bleiben, und die Strömung teilt sich einfach um den blockierten Abschnitt herum. Der darüberliegende Die wird nicht mehr gekühlt, während der Kreis normalen Durchfluss und normalen Druck meldet, weil die übrigen Kanäle offen sind.

Die Filtration für Mikrokanal-Kühlplatten wird üblicherweise bis 50 Mikrometer spezifiziert. Gegen einen Kanal von 0,1 mm ist das eine Reserve von zwei zu eins, und deshalb klärt Filtration allein die Frage nicht.

Der Kreis erzeugt seine eigenen Partikel

Ein Filter hinter der Pumpe entfernt, was im Umlauf ist, während das Wasser ihn passiert. Auf die Oberflächen stromabwärts von sich selbst wirkt er nicht, und dort kommt das Material her.

Korrosionsprodukt. Oxidschichten bilden sich, wachsen und lösen sich ab. Der Inhibitor im Kühlmittel ist da, um das zu verlangsamen, nicht um es zu beenden.
Abgebauter Elastomerwerkstoff. O-Ringe und Schlauchseelen geben mit der Zeit Material an das Medium ab.
Montagerückstände. Späne, Dichtmittel, Schlauchabschnitte, Schweissschlacke. Spülen entfernt, was es erreicht. Spalten halten den Rest und geben ihn später frei.
Biologisches Material. Die Biozid-Forderung in der Richtlinie ist keine Dekoration.

Jeder dieser Punkte ist ein Oberflächenproblem. Deshalb lautet die Antwort nicht mehr Filtration, sondern andere Geometrie, und an dieser Stelle werden die Sanitärnormen relevant.

Was die Sanitärverrohrung bereits gelöst hat

Lebensmittel-, Molkerei- und Pharmaverrohrung hat Jahrzehnte an einer Frage gearbeitet: Wie baut man eine Leitung, die kein Material zurückhält und es später nicht wieder freigibt? Die Antworten stehen in zwei Normen, und es sind nicht dieselben.

Aspekt	3-A Sanitary Standards	ASME BPE
Zielbranche	Molkerei, Lebensmittel, Getränke	Biopharmazeutik
Charakter der Norm	Präskriptiv, Konstruktionsprinzipien	Leistungsbasiert, zu Oberfläche, Werkstoff und Schweissqualität
Totstrecken	Toleriert	Selbstentleerende Geometrie mit Gefälleanforderung
Zylindrische Enden an Formteilen	Häufig nicht vorhanden	Verlängert, damit ein Orbitalschweisskopf die Naht erreicht
Schwefel im Grundwerkstoff	Nicht besonders geregelt	Geregelt, weil Schwefel den Einbrand bestimmt
Rauheit produktberührter Flächen	Etwa 32 Mikrozoll Ra	Üblich 20 Mikrozoll Ra oder besser

Das Verhältnis gilt in eine Richtung. Ein nach ASME BPE gefertigtes und geprüftes Bauteil erfüllt in der Regel 3-A. Ein 3-A-Bauteil erfüllt BPE nicht, sofern es nicht von vornherein nach BPE gefertigt und geprüft wurde.

Die vier Regeln, die sich übertragen

Nimmt man die Biologie aus diesen Normen heraus, bleibt ein Satz geometrischer Regeln über Partikel. Sie gelten für einen Kühlkreis aus denselben physikalischen Gründen, nur mit anderer Folge am Ende.

Sanitäre Regel	Warum die Pharmazie sie will	Warum ein Kühlkreis sie will
Keine Totstrecken	Stehendes Medium bildet Biofilm	Stehendes Medium lässt Feststoffe absetzen, die bei Strömungswechsel freikommen
Selbstentleerend	Die Leitung lässt sich entleeren und sterilisieren	Die Leitung lässt sich nach einem Bauteiltausch sauber spülen
Festgelegte Oberflächenrauheit	Glattere Flächen halten weniger Organismen	Glattere Flächen geben weniger ab und halten weniger zurück
Spaltfreie Verbindungen	Spalten sind für die Reinigung unerreichbar	Spalten beherbergen Rückstände und starten Spaltkorrosion

Was eine Rauheitsangabe tatsächlich aussagt

Die Oberflächenrauheit ist die einzige dieser Regeln mit Zahlen, und ASME BPE schreibt sie als Bezeichnung statt als blossen Ra-Wert. Die Bezeichnung trägt das Herstellverfahren ebenso wie den Grenzwert, und das ist wichtig, weil zwei Flächen mit gleichem Ra sich unterschiedlich verhalten, je nachdem wie sie entstanden sind.

Bezeichnungsgruppe	Verfahren	Ra-Grenzbereich
SF1 bis SF3	Mechanisch poliert	20 bis 30 Mikrozoll (0,51 bis 0,76 µm)
SF4 bis SF6	Elektropoliert	15 bis 25 Mikrozoll (0,38 bis 0,64 µm)

Die einzelnen Bezeichnungen, warum eine mechanisch polierte und eine elektropolierte Fläche bei gleichem Ra nicht dieselbe Fläche sind, und welche Flächen an einem Ventil schwer zu bearbeiten sind, behandelt der Beitrag zur Oberflächengüte.

SF4 ist die Bezeichnung, die für pharmazeutischen Produktkontakt am häufigsten gefordert wird. Ein Kühlkreis hat keinen Anlass, sie zu erreichen. Nützlich für eine Kühlspezifikation ist die Struktur: Verfahren und maximales Ra gemeinsam nennen, statt polieren auf die Zeichnung zu schreiben und dem Lieferanten die Auslegung zu überlassen.

Die Annahme, die eine Korrektur verdient

Filtration wird als die Sauberkeitsstrategie behandelt. Sie ist ein notwendiger Teil einer solchen und soll regelmässig die ganze Last tragen.

Darunter liegen zwei Grenzen. Die erste ist Arithmetik. Nebenstromfiltration für Mikrokanal-Kühlplatten wird üblicherweise bis 50 Mikrometer spezifiziert, und der geschützte Kanal ist rund 100 Mikrometer breit. Das Element ist auf die halbe Spaltweite ausgelegt, ein Partikel, das den Filter passiert, kann also halb so breit sein wie der Durchgang, in dem es landet, und zwei davon verschliessen gemeinsam einen Eingang.

Die zweite ist die Position. Ein Filter wirkt auf Wasser, das durch den Filter läuft. Korrosionsprodukt, das sich an einem Ventilgehäuse stromabwärts bildet, Elastomer, das dort abgetragen wird, und Rückstände in einem Spalt erreichen alle die Kühlplatte, bevor sie das Element erreichen. Filtration räumt nach der Entstehung auf. Die Geometrie verringert die Entstehung, und die Geometrie wird bei der Spezifikation des Bauteils entschieden, nicht bei der Inbetriebnahme.

Beides zählt. Keines ersetzt das andere.

Was in eine Bauteilspezifikation für den Kühlkreis gehört

Diese Punkte entscheiden, ob ein Bauteil die Partikelfracht erhöht oder neutral bleibt. Sie sind ausdrücklich zu nennen, weil keiner davon aus einer Druckstufe oder einem Werkstoff folgt.

Innenrauheit als maximales Ra mit genanntem Verfahren, nicht das Wort poliert
Ob der benetzte Weg an jeder Verbindung spaltfrei ist, einschliesslich unter Sitzen und hinter Dichtungen
Ob das Bauteil entleert und in welcher Einbaulage es das tut
Ob es sich ohne Trennen der Leitung öffnen lässt, was zwischen zweiteilig und dreiteilig mit Clamp- oder Stumpfschweissende entscheidet
Sitz- und Dichtungswerkstoff gegen das Kühlmittel, seinen Glykolanteil und sein Inhibitorpaket, bei Kreistemperatur
Grundwerkstoff mit genanntem Guss- oder Knetwerkstoff, da die Legierung bestimmt, was das Korrosionsprodukt ist
Ob der Lieferant die Güte angeben kann, die er tatsächlich erreicht, statt der, die er anbieten kann

Was hier nicht entschieden wird

Übertragen werden Prinzipien, nicht Zertifizierungen. Ein nach sanitärer Geometrie gebautes Bauteil ist damit nicht für einen Kühlkreis qualifiziert, und weder ASME BPE noch 3-A wurde mit Blick auf Wärmeübertragung geschrieben.

Die Anschlussart ist eine eigene Frage. Ob ein Kreis Clamp-Verbindungen, Schweissverbindungen oder Schnellkupplungen verwendet, entscheiden Wartbarkeit, Racklayout und Kreisarchitektur, und dieser Beitrag trifft keine Aussage darüber, was in aktuellen CDU-Auslegungen vorherrscht.

Die zitierten Sauberkeitswerte sind Datacom-Richtlinie für das technische Kühlsystem und keine von einem bestimmten Betreiber übernommene Spezifikation. Einzelne Programme setzen eigene, einige strengere.

Häufige Fragen

Braucht ein Kühlkreis sanitär zertifizierte Bauteile?

Nein. 3-A und ASME BPE wurden für Produktkontakt in Lebensmittel- und Pharmaanwendungen geschrieben, und keine der beiden Zertifizierungen sagt etwas über Wärmeübertragung aus. Übertragen wird die Geometrie, die diese Normen erzwingen: keine Totstrecken, entleerbare Leitungen, eine angegebene Oberflächenrauheit und spaltfreie Verbindungen. Eine Spezifikation kann das direkt fordern.

Wenn der Kreis gefiltert ist, spielt die Oberflächengüte dann noch eine Rolle?

Ja, weil Filter und Oberfläche an verschiedenen Stellen wirken. Filtration entfernt Material, das stromaufwärts des Elements bereits im Wasser gelöst ist. Oberflächengüte und Verbindungsgeometrie bestimmen, wie viel Material zwischen Filter und Kühlplatte entsteht und zurückgehalten wird. Filtration für Mikrokanalplatten wird üblicherweise bis 50 Mikrometer spezifiziert, gegen eine Spaltweite von rund 100 Mikrometer.

Wie sauber muss das technische Kühlsystem sein?

Die Datacom-Richtlinie setzt suspendierte Feststoffe unter 3 ppm und Trübung unter 20 NTU an, pH zwischen 8,0 und 9,5, Leitfähigkeit zwischen 0,2 und 20 micromho/cm, sowie einen Korrosionsinhibitor und ein Biozid. Sie ist strenger als die Richtlinie für das Gebäudewasser auf der anderen Seite des CDU, weil die Gebäudeseite keinen Mikrokanal berührt.

Was ist eine Totstrecke und warum zählt sie hier?

Eine Totstrecke ist ein Abzweig oder eine Tasche, in der Medium steht, ohne von der Hauptströmung überstrichen zu werden. In der Pharmaverrohrung wächst dort Biofilm. In einem Kühlkreis setzen sich Feststoffe aus dem stehenden Medium ab und werden bei einem Strömungswechsel als Schwall freigesetzt, beim Öffnen eines Ventils oder beim Anlauf einer Pumpe.

Warum wird die Rauheit als SF4 und nicht als Ra-Wert geschrieben?

Weil die Bezeichnung das Verfahren ebenso trägt wie den Grenzwert. SF1 bis SF3 sind mechanisch poliert, bei 20, 25 und 30 Mikrozoll Ra. SF4 bis SF6 sind elektropoliert, bei 15, 20 und 25 Mikrozoll. Zwei Flächen mit gleichem Ra können sich je nach Endbearbeitung unterschiedlich verhalten, deshalb ist das Verfahren Teil der Anforderung.