Green IT im Rechenzentrum

Menschenleere Räume, große Datenmengen, versteckte Stromfresser und unterschätzte Kühlung – überall auf der Welt. Rechenzentren sind ein Spiegel unserer Zeit und stellen nicht nur einen Grundpfeiler in der EDV von Unternehmen und Behörden dar. Sie sind für wichtige Anbieter der unterschiedlichsten Produkte und Dienstleistungen unabdingbar und unterliegen stetigem Wachstum.

Ebenso groß wie die Datenmengen, die im Zuge von Automatisierung, Onlinehandel und Big Data in der Cloud entstehen, ist auch der Energieverbrauch von Rechenzentren. Nach diversen Rechnungen verbrauchen Rechenzentren schon jetzt bis zu 500 Terawattstunden im Jahr. Das ist vergleichbar mit dem Stromverbrauch eines Industrielandes wie Deutschland (558 Terawattstunden im Jahr). Die Zeichen stehen eher auf Wachstum, und während immer neue Rechenzentren gebaut werden, um dem Datenhunger von 5G, autonomem Fahren und E-Commerce gerecht zu werden, steigt im gleichen Maße der Energiehunger der Branche.

Um Green IT im Rechenzentrum zu ermöglichen, sollte dieses möglichst mit erneuerbarer Energie betrieben werden. Zahlreiche Rechenzentren erzeugen einen Teil der von ihnen verbrauchten erneuerbaren Energie durch Geothermie oder Solarmodule selbst. Da Strom aus erneuerbaren Energien nicht unbegrenzt verfügbar und auch nicht billig ist, ist es umso lohnender, den Energieverbrauch von Rechenzentren zu senken. Während effiziente Servertechnik einen echten Beitrag zur Reduktion des Stromverbrauches liefert, ist das Sparpotenzial noch lange nicht ausgereizt. Mit diversen Maßnahmen kann der Energieverbrauch in Rechenzentren deutlich gesenkt werden. Dabei liegt das größte Einsparpotenzial häufig nicht bei den Servern, sondern bei der übrigen Infrastruktur, die für den Betrieb eines Rechenzentrums unerlässlich ist.

Ein Maß für die Effizienz der Infrastruktur ist der „Energy Usage Effectiveness“-Wert (EUE-Wert), der als Quotient aus dem Gesamtenergieverbrauch des Rechenzentrums, geteilt durch den Energieverbrauch der Daten verarbeitenden Komponenten, errechnet wird. Ein EUE-Wert von 1,5 gilt als effizient, durch moderne Technik kann ein EUE-Wert von 1,3 oder niedriger erreicht werden. Dies erhöht nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Rechenzentrums, sondern verbessert in Verbindung mit Strom aus erneuerbaren Energien die Klimabilanz beträchtlich. Hier erfahren Sie mehr über die Möglichkeiten der Verbesserung des EUE-Wertes in Rechenzentren durch Optimierungen in den Bereichen Klimatisierung, unterbrechungsfreie Stromversorgung und Steuerung.


Serverklimatisierung durch Green IT im Rechenzentrum ökologisch gestalten

Neben dem Betrieb der IT-Komponenten wird in Rechenzentren für die Kühlung die größte Strommenge verwendet. Die IT-Komponenten erzeugen beim Verbrauch Abwärme und müssen auf eine niedrige Betriebstemperatur gekühlt werden, um effizient und störungsfrei zu arbeiten. Hier liegen große Einsparpotenziale vor, nicht nur in Bezug auf die effiziente Kühlung der Serverräume, sondern auch auf die Nutzung der Abwärme.

Während es in alten Rechenzentren üblich war, den gesamten Serverraum auf die Betriebstemperatur der IT-Komponenten herunterzukühlen, ist dies heute nicht mehr gebräuchlich. Die Server werden in klimatisierten Schränken untergebracht, während die Raumluft normale Zimmertemperatur hat (Warmraum-Kaltgang-Prinzip). Durch eine intelligente Steuerung der Kühlungsluft werden heiße Totzonen in den Serverschränken vermieden und der Energieverbrauch für die Kühlung zusätzlich gesenkt. Alternativ können Server durch Wasserkühlung auf Temperatur gehalten werden. Wasser hat eine deutlich höhere Wärmekapazität und kann so die Komponenten besser kühlen.

Eine weitere wertvolle Kältequelle ist an kalten Tagen und in der Nacht die Außenluft. Bei der sogenannten freien Kühlung wird Außenluft gefiltert und als Kühlungsmittel eingesetzt, was erheblich energieeffizienter als die mechanische Kühlung der Raumluft ist. Die bei der Serverkühlung abtransportierte Wärme kann im Sinne von Green IT nicht als Abfallprodukt, sondern als wertvolle Ressource begriffen werden. Ein Serverraum kann ein gesamtes Bürogebäude beheizen und so die Energiekosten des Gebäudes erheblich senken.

Zahlreiche andere Modellprojekte weltweit zeigen weitere Möglichkeiten auf. So kann die Abwärme ein Neubaugebiet durch Fernwärme heizen, ein Schwimmbad auf Temperatur bringen oder ein Gewächshaus unterstützend erwärmen. Die Abwärme wird dabei durch Wärmepumpen konzentriert und über isolierte Leitungen an den Zielort transportiert.



Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Ein weiterer wichtiger Stromverbraucher jedes Rechenzentrums ist die unterbrechungsfreie Stromversorgung (UFS). Die Server von Rechenzentren müssen permanent mit Energie versorgt werden, da sonst die verarbeiteten Daten beschädigt werden können. Da bereits eine Unterbrechung von mehr als einigen Millisekunden dazu ausreicht, müssen Rechenzentrum Mittel zur unterbrechungsfreien Stromversorgung bereitstellen. Diese Komponenten springen bei einem Stromausfall innerhalb einer Millisekunde ein und steuern Elektrizität bei, bis entweder die Stromversorgung wiederhergestellt ist oder der Notgenerator (meistens ein Dieselgenerator) einspringen kann. Anders als ein Generator verbraucht die UFS auch im Ruhezustand permanent Strom und macht so zwischen 6 und 15 % des Stromverbrauches aus.

Eine mögliche Maßnahme zur Erhöhung der Effizienz der unterbrechungsfreien Stromversorgung ist der Austausch des Speichermediums. Die meisten UFS-Komponenten arbeiten mit elektrochemischen Energiespeichern. Hier führt ein Austausch veralteter Bleiakkus durch Lithium-Ionen-Akkus zu einer effizienteren Ladeleistung. Eine Alternative stellen bei Rechenzentren mit geringerer Auslastung unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit Schwungradspeicher dar. Im Falle eines Stromausfalles treiben die Schwungräder, die im Normalbetrieb durch Elektromotoren bewegt werden, Dynamos an und erzeugen so die notwendige Elektrizität. Neben dem geringeren Energieverlust dieser Speicherarten muss diese Form der UFS nicht gekühlt, sondern nur belüftet werden. Auch eine möglichst hohe Auslastung der unterbrechungsfreien Stromversorgung trägt dazu bei, den Wirkungsgrad zu erhöhen. Entsprechend sollten USF-Anlagen bedarfsgerecht geplant werden und keine unnötigen Überkapazitäten besitzen. Daneben können die Klimatisierungskomponenten über einen Bypassschalter über das reine Stromnetz betrieben werden und nur bei einem Energieausfall an das USF-System angeschlossen werden, da bei diesen Komponenten ein kurzzeitiger Stromausfall weniger kritisch ist. Insgesamt lässt sich der Energieverbrauch der unterbrechungsfreien Stromversorgung bei einer Modernisierung um bis zu 80 % reduzieren.


Einsparpotenziale mit Green IT im Rechenzentrum durch effiziente Steuerung und Planung

Neben diesen beiden großen Energieverbrauchern in Rechenzentren gibt es zahlreiche weitere Planungsmöglichkeiten, mit denen die Klimabilanz eines Rechenzentrums gesenkt werden kann. Ein Beispiel stellt die intelligente Steuerung verschiebbarer Prozesse dar. In Rechenzentren müssen Daten periodisch gesichert werden, um gegen Datenverluste abgesichert zu sein. Dieser energieaufwendige Prozess ist weniger zeitkritisch und kann deshalb dann durchgeführt werden, wenn ein Überangebot an Ökostrom besteht und dieser entsprechend günstig ist. Daneben wird ein möglichst hoher Wirkungsgrad der Server erzielt, wenn diese maximal ausgelastet sind. Um dies zu erreichen, können auf einem Server mehrere virtuelle Server betrieben werden, die sonst einzelne Server nur zum Teil auslasten würden. Auch der Austausch alter, nicht mehr benötigter Serverschränke, die Zusammenlegung von Überkapazitäten im Bereich von Switches und anderen Verbindungs- und Steuerungskomponenten und der Austausch von veralteten Komponenten durch moderne Bauteile tragen zur Energieeffizienz bei.

Eine solche Modernisierung kann auch im laufenden Betrieb durchgeführt werden, wenn sie gut geplant wird. Daneben ist es im Rahmen von Green IT sinnvoll, alte, nicht mehr ausreichend effiziente Geräte nicht auf den Elektroschrott zu werfen, sondern sie einer neuen Nutzung zuzuführen. Durch Recyclingbetriebe können diese Komponenten aufgearbeitet werden und eine neue Secondhand-Nutzung finden. Auch die Aufbereitung der nicht mehr verwendbaren Komponenten schont die Umwelt durch die Wiederverwendung wertvoller Bestandteile wie seltener Erden. Um den Modernisierungsbedarf möglichst gering zu halten, sollte im Sinne von Green IT nicht nur der Energieverbrauch, sondern die voraussichtliche Lebensdauer der Komponenten Beachtung finden.

Durch die vorausschauende Beschaffung langlebiger, energieeffizienter Bauteile und ihre intelligente Nutzung sichern so Green IT Rechenzentren die umweltfreundliche Datenverarbeitung von morgen.


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