Effizienz & Dekarbonisierung in Rechenzentren

Die Effizienz von Rechenzentren und die Dekarbonisierung sind eng miteinander verbunden.

Wir sind davon überzeugt, dass die Digitalisierung die Kreislaufwirtschaft und die Dekarbonisierung aller Wirtschaftsbereiche unterstützt und uns helfen wird die Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, die der europäische "Green New Deal" festgelegt hat.

Aus dieser Überzeugung heraus entstehen Innovationen und wir sehen, dass der digitale Bereich sich mit hoher Geschwindigkeit entwickelt und unser aller Leben grundlegend verändert. Selbst die nicht technikaffinen Bereiche werden damit inzwischen tagtäglich konfrontiert und müssen sich schnell anpassen.

Der Lockdown zum Beispiel hat uns alle mit dem sogenannten "Remote Working", der Arbeit im Homeoffice, vertraut gemacht. Die Maßnahmen, die von Regierungen auf der ganzen Welt erlassen wurden, um die Ausbreitung des Coronavirus zu verlangsamen und zu kontrollieren, haben uns in vielen Fällen zu einer intensiven Nutzung digitaler Instrumente gezwungen, damit wir überhaupt in der Lage waren, unserer täglichen Arbeit, unter Wahrung der sozialen Distanz, nachzugehen.

Digitale Tools und Plattformen machen unser Leben nicht nur einfacher, sondern sie sind schlicht nicht mehr wegzudenken, um weiterhin produktiv sein zu können, unseren Lebensunterhalt verdienen zu können oder um lebenswichtige Systeme am Laufen halten zu können.

Ist digital wirklich grün?

Haben Sie sich jemals gefragt, wie groß der ökologische Fußabdruck des digitalen Sektors ist?

Computer, elektronische Geräte und digitale Infrastrukturen benötigen großer Mengen an Strom. Und Strom, wenn er nicht aus erneuerbaren Quellen kommt, erzeugt Treibhausgasemissionen. Im Jahr 2008 verursachten digitale Technologien, die bei der Übertragung, dem Empfang und der Verarbeitung von Daten und Informationen eingesetzt werden, 2 % der weltweiten CO₂-Emissionen; im Jahr 2020 erreichten diese Emissionen 3,7 % und werden im Jahr 2025 8,5 % erreichen. Das entspricht den Emissionen, die von allen PKW auf der Straße erzeugt werden (Quelle: The Shift Project im Bericht: LEAN ICT - TOWARDS DIGITAL SOBRIETY). Und im Jahr 2040 könnte der Einfluss des digitalen Sektors bereits 14 % der weltweiten CO₂-Emissionen erreichen ("Assessing ICT global emissions footprint").

Fotos, ultrahochauflösende Videos für Smart-TVs, dezentrale Sensoren, Bilder von Überwachungskameras, Robotisierung, Smart Cities, digitale Videotelefonate, Online-Dienste, Instant Messaging, Daten die jeden Tag – nonstop – von der Industrie, öffentlichen Verwaltungen, Krankenhäusern, Banken, Forschungszentren und von uns Nutzern erzeugt, genutzt und angefordert werden, sind ein Teil der ständig wachsenden "digitalen Welt" und benötigen Energie.

Die Auswirkungen, die wir nicht sehen können

Oft scheinen wir nur die Oberfläche zu sehen und nicht wirklich, was hinter unserem vernetzten Leben steckt, das nicht nur einfach durch das Internet, Satelliten und Kabel auf dem Grund des Ozeans ermöglicht wird. Dazu braucht es auch Rechenzentren. Physikalische Infrastrukturen, die an bestimmten Orten lokal untergebracht sind, mit Glasfaserkabeln, Routern, mit Computern vollgestopfte Racks und Kühlsystemen, die hohen Energiebedarf haben. Rechenzentren sind Einrichtungen und Infrastrukturen, die für die Speicherung und Verarbeitung von Daten und Informationen, die wir täglich produzieren und nutzen, verantwortlich sind.

Woher kommt die Energie, die Rechenzentren verbrauchen?

Im Jahr 2017 veröffentlichte Greenpeace einen Bericht, der den Energie-Fußabdruck der großen Rechenzentrumsbetreiber (Apple, Facebook, Google, Microsoft) und weiterer Unternehmen in diesem Bereich zeigt. Laut dem Bericht ist nur ein geringer Prozentsatz der von Rechenzentren verwendeten Energie saubere Energie aus erneuerbaren Ressourcen, während der Großteil der verwendeten Energie durch Verbrennung erzeugt wird.

Die Tatsache, dass der Datenverkehr in den nächsten Jahren durch das Wachstum des Internets der Dinge (IoT) eine Vervielfachung von Anwendungen wie intelligente Zähler, Videoüberwachung, Gesundheitsüberwachung, Transport und Verfolgung von Paketen oder Ressourcen bringen wird, wird all das auch den Bedarf für den Bau von Rechenzentren in den nächsten Jahren erhöhen, was wiederum einen größeren Einfluss auf die Umwelt haben wird, wenn diese Einrichtungen weiterhin "schmutzige Energie" in großen Mengen verbrauchen.

Effizienz ist ein wichtiger Aspekt

Die Energieeffizienz digitaler Geräte und Infrastrukturen verbessert sich ständig, und das ist gut für die Umwelt, aber wir sind noch weit von einer digitalen Transformation entfernt, die wirklich zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs und zu einer Dekarbonisierung führen kann. Die effizientere Nutzung von Energie kann aber einen Beitrag leisten.

Der HLK-Bereich kann zu einer effizienteren Energienutzung in Rechenzentren beitragen

Rechenzentren sind in der Regel rund um die Uhr und das ganze Jahr über in Betrieb und verbrauchen große Mengen an Energie, nicht nur um die Server mit Strom zu versorgen, sondern auch um die große Menge an Wärme abzuführen, die sie erzeugen. Die Abfuhr der Wärme ist von grundlegender Bedeutung, da sie verhindert, dass elektrische Komponenten überhitzen und ausfallen. Dieser Prozess stellt also im Wesentlichen die Zuverlässigkeit und Kontinuität des Betriebs sicher. Zuverlässigkeit ist ein sehr wichtiger Aspekt, aber die Energieeffizienz der HLK-Systeme ist ein weiterer Aspekt, der nicht vernachlässigt werden darf.

Der Energieverbrauch für ein typisches Rechenzentrum wird in der Regel folgendermaßen aufgeteilt:

IT-Ausrüstung 50 %
Kühlung und HLK-Systeme 35 %
Elektrische Infrastruktur & Unterstützung 10 %
Beleuchtung 5 %

Wie man sieht, können HLK-Systeme mit über 1/3 der aufgewendeten Energie einen gewichtigen Einfluss darauf haben, wie effizient die gesamte Einrichtung am Ende ist.

Wie können HLK-Geräte einen Mehrwert für diese Projekte bieten?

Steuerungen und Optionen wie Freie Kühlung spielen definitiv eine Rolle dabei, ein HLK-System für ein Rechenzentrum energieeffizienter zu machen. Daran gibt es keinen Zweifel. Die Auswahl hocheffizienter Kältemaschinen ist zudem eine gute Ausgangsbasis.

Der Schrauben-Inverter-Kompressor

Wir wissen, dass der Verdichter das Herzstück eines Kaltwassersatzes ist, da er bestimmt, wie effizient der Kaltwassersatz sein wird.

Daikin ist seit jeher führend auf dem Gebiet der Kaltwassersätze mit einem Schraubenverdichter, die seit 20 Jahren auf der ganzen Welt installiert werden. Im Laufe der Zeit hat Daikin bahnbrechende Technologien eingeführt und integriert, wie z. B. das variable Volumenverhältnis (VVR) oder die kältemittelgekühlte Invertertechnologie, die direkt in das Design des Einschraubenverdichters integriert wurden. All diese Technologien haben dazu beigetragen, die Effizienz von Verdichtern und Kältemaschinen zu erhöhen, wobei der Fokus nicht nur auf der Volllast-Effizienz, sondern auch auf der Teillast liegt.

Der Einfluss der Schraubenumrichter-Technologie auf die Effizienz von Rechenzentren

Die Studie: "Trends in Data Center Energy Consumption under the European Code of Conduct for Data Center Energy Efficiency" analysierte 289 Rechenzentren in Europa mit unterschiedlichen Kapazitätsstufen und fand heraus, dass Rechenzentren im Durchschnitt 1,8 kW Strom pro kW kritischer IT-Last verbrauchen. Das bedeutet, dass die einzige Möglichkeit, die Gesamtauswirkungen von Rechenzentren zu minimieren, darin besteht, sie insgesamt energieeffizienter zu machen und effiziente Technologien einzusetzen.

Hier liegen die potenziellen Einsparungen, die ein 10.000 kW luftgekühlter Daikin Kaltwassersatz mit Inverter-Schraubenverdichter, der 15 % effizienter ist als die Lösungen mit fester Drehzahl, garantieren kann. Diese theoretische Simulation wird für drei verschiedene Klimazonen durchgeführt, für ein ideales Rechenzentrum mit 10 Kaltwassersätzen von je 1.000 kW.

Die Analyse deutet darauf hin, dass erhebliche Einsparungen bei den Betriebskosten und der Energie erzielt werden können, wenn man sich für Kaltwassersätze mit Schraubeninverter gegenüber Lösungen mit fester Drehzahl entscheidet. Auch wenn der Anschaffungspreis von Inverter-Schraubenlösungen höher ist als der von Lösungen mit fester Drehzahl, kann daher dank der niedrigeren Betriebskosten eine relativ schnelle Investitionsrendite (ROI) erzielt werden.

Es wird empfohlen, in regelmäßigen Abständen Vergleiche mit aktuellen Technologien über das jährliche Temperaturprofil des Rechenzentrumsstandorts durchzuführen. Das Ziel ist natürlich, sicherzustellen, dass Rechenzentren immer mit den effizientesten Kühlgeräten ausgestattet sind, was sich in niedrigeren Betriebskosten und einem geringeren ökologischen Fußabdruck niederschlägt (weniger Energie für die gleiche Kühlleistung erforderlich).