Strom, Kühlung, Licht

So senken Sie den CO2-Footprint Ihres RZs

05.05.2021
Von 
Jean-Marc Denis, Strategy and Innovation, Coordinator Green Hydrogen Datacenter, Atos Big Data & Security
Strom, Gerätekühlung und Licht – diese drei Hebel können Unternehmen betätigen, um in ihrem Data Center den CO2-Ausstoß zu senken und zu sparen.
Ein modernes, nachhaltiges Rechenzentrum ist nicht nur gut für die Umwelt, sondern auch fürs Budget.
Ein modernes, nachhaltiges Rechenzentrum ist nicht nur gut für die Umwelt, sondern auch fürs Budget.
Foto: Gorodenkoff - shutterstock.com

Wer seinen CO2-Fußabdruck reduziert, tut das in erster Linie aus Gründen des Umweltschutzes. Aber auch finanziell machen sich weniger Energieverbrauch und damit ein geringerer Schadstoffausstoß bemerkbar. Zudem sorgt eine günstige Kohlenstoffdioxid-Bilanz für ein besseres Image: Mitarbeiter, Kunden und Investoren bevorzugen Unternehmen, die Verantwortung zeigen. Ein nachweislich energieeffizientes Rechenzentrum hilft also auch, Fachkräfte, Geschäftspartner und Investoren zu finden.

Energiesparende Rechner- und Speichersysteme anzuschaffen ist ein probates Mittel, um die CO2-Bilanz zu verbessern. Aber in den meisten Unternehmen, die ihr eigenes Rechenzentrum betreiben, steht eine Modernisierung des Geräteparks außer der Reihe meist nicht zur Debatte - selbst dann nicht, wenn handfeste finanzielle Argumente dafür sprächen. Allenfalls können RZ-Verantwortliche auf neue energiesparende Systeme hoffen, wenn die vorhandenen das Ende ihres Lebenszyklus erreicht haben und ein turnusmäßiger Austausch fällig ist.

20 Prozent Einsparungen sind möglich

Es gibt aber auch andere Möglichkeiten, den Energieappetit des RZ zu zügeln, ohne dass die Hardware ausgetauscht werden muss. Der Strombedarf setzt sich aus zwei Faktoren zusammen, dem Verbrauch der Systeme und der entstehenden Overhead-Energie. Zu letzterer zählen der Aufwand für die Stromversorgung und die dabei anfallenden Verluste durch Abwärme und die Energie, die für die Kühlung der Server-Räume nötig ist. Einsparungspotenzial bieten auch andere Faktoren, überraschenderweise gehört die Beleuchtung des Rechenzentrums dazu.

Dieser zusätzliche Energiebedarf beläuft sich oft auf 30 bis 50 Prozent des gesamten Energieaufwands eines Rechenzentrums. Hier sind in vielen Fällen Einsparungen von bis zu 20 Prozent des Gesamtenergiebedarfs möglich.

Sparen an der Stromversorgung

Selbstverständlich spricht es für ein Unternehmen, wenn es seinen Strom überwiegend oder ausschließlich aus erneuerbaren Quellen bezieht. So ist es inzwischen möglich, Rechenzentren mithilfe von KI unterbrechungslos mit grünem Wasserstoff zu betreiben. Aber aus der technischen Sicht eines RZ-Verantwortlichen gilt es, den Verbrauch in jedem Fall so gering wie möglich zu halten.

Das gelingt in einem unternehmenseigenen Rechenzentrum am besten durch Modularisierung. Während Hyperscaler wie Amazon, Microsoft und Google sowie die diversen Colocation-Anbieter ihre Kapazitäten in der Regel optimal ausnutzen können, sind On-Premises-Rechenzentren oft überdimensioniert, damit sie auch kurzzeitige Spitzenbedarfe abdecken können. Folglich gibt es immer wieder Phasen geringer Auslastung. Gut, wenn sich dann ein Teil der Systeme separat herunterfahren lässt. Je feingranularer die Ressourcen unterteilt sind, desto mehr Energie lässt sich sparen.

In vielen Rechenzentren arbeiten die Stromversorgungssysteme aber en bloc - entweder alle oder keine. Unter Umständen werden dort 20 oder sogar 30 Prozent der Energie in Wärme umgewandelt, so dass die Systeme gekühlt werden müssen. Hier können die Anbieter von Lösungen für die Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) punkten, indem sie durch intelligente Wegeschaltungen sowie dedizierte Kontroll- und Kommunikations-Tools Abhilfe schaffen.

Darüber hinaus gibt es Konzepte wie die von Haushaltsgeräten bekannte Spannungsreduzierung (Voltage Reduction). Diese sind im Rechenzentrum jedoch mit Vorsicht zu genießen, weil die Systeme dort sensibel auf Spannungsschwankungen reagieren. Hervorzuheben ist auch die in unterschiedlichen Industriesektoren bereits eingesetzte Abwärmenutzung. Mehr Informationen hierzu liefert eine Kurzstudie des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI).

Sparen an der Kühlung

Im Zusammenhang mit RZ-Klimatisierung ist der Umgang mit Abwärme besonders wichtig. Die Server in einem gut gefüllten Rechnerraum von 1.000 Quadratmetern erzeugen im Vollbetrieb einen ähnlichen Temperaturanstieg wie 800 starke Heizlüfter. So gut wie jedes größere Data Center nutzt deshalb ein ausgeklügeltes System aus doppelten Böden, zwischen denen die Luft zirkuliert, Schlitzen, durch die sie zu den Servern strömen kann, und Absaugvorrichtungen, mit denen sich die erwärmte Luft wieder hinausbefördern lässt.

Entscheidend für die Ökobilanz ist, dass die kalte Luft genau dort zirkuliert, wo sie tatsächlich benötigt wird und nicht mit Warmluftstrom vermengt wird. Kaltgang-Einhausungen und regelbare Bodenplatten mit Temperatursensoren helfen dabei, die Frischluftzufuhr bedarfsgerecht zu steuern und die insgesamt benötigte Energie so gering wie möglich zu halten.

Gekühlt wird die Luft durch einen Wärmeaustausch mit einem Kaltwasserkreislauf. Der wird wiederum entweder durch Kältemaschinen mit Kompressionstechnik oder - sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvoll - durch sogenannte freie Kühlung an der frischen Luft erzeugt. Letzteres funktioniert allerdings nur, wenn die Außenluft deutlich kälter ist als die Temperatur des zu kühlenden Wassers. Deshalb bauen die Hyperscaler ihre Rechenzentren beispielsweise in Norwegen. Hierzulande sind alte Bunker oder Berghöhlen als RZ-Standorte gefragt. Wenn diese nicht verfügbar sind, ist es immerhin sinnvoll, die stromfressenden Kältemaschinen nur im Sommer einzusetzen und sich im Winter über Wärmetauscher an der kalten Außenluft zu bedienen.

Optimieren lässt sich die freie Kühlung durch die Technik der adiabaten Kälteerzeugung. Sie arbeitet nach dem Prinzip der Verdunstungskälte, das heißt ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung. Hier verhält es sich wie bei einem Schwimmer, der friert, wenn er aus dem Fluss steigt - obwohl die Luft deutlich wärmer als das Wasser ist. Im RZ wird dieses Prinzip genutzt, indem man die Kühlanlagen permanent mit Wasser besprüht und der Luft so zusätzlich Kälte entzieht.

Diese Technik lässt sich selbst bei einer Außentemperatur von mehr als 15 Grad Celsius anwenden. Es gibt aber einen Nachteil: Die Anlagen sind wartungsintensiv, weil sie schnell verkalken. Unter Umständen fressen die Wartungskosten die Energieeinspar-Effekte auf. Wer weiches Wasser, beispielsweise aufgefangenes Regenwasser, zur Verfügung hat, ist hier im Vorteil.

Für ein halbwegs umweltfreundliches Rechenzentrum wäre es optimal, wenn sich die entstandene Abwärme sinnvoll weiterverwenden ließe, beispielsweise um die eigenen Büroräume zu heizen. Vielleicht kommt ja auch ein nahe gelegenes Fernwärmenetz als Abnehmer in Frage. Und warum sollte es in absehbarer Zeit nicht auch möglich sein, zumindest aus einem Teil der RZ-Abwärme wieder elektrischen Strom zu gewinnen?

Sparen an der Beleuchtung

Viele Rechenzentren werden noch mit Kaltlichtreflektoren erhellt. Eine Umrüstung mit LED-Leuchten dürfte sich auf mittlere Sicht auch aus der betriebswirtschaftlichen Perspektive rentieren, denn die modernen Leuchtmittel verbrauchen höchstens ein Fünftel der Energie. Noch mehr lässt sich einsparen, wenn die Rund-um-die-Uhr-Festbeleuchtung durch ein Lichtkonzept ersetzt wird. Dieses operiert mit Bewegungsmeldern und spendet nur noch dann Helligkeit, wenn diese tatsächlich benötigt wird.

Ob beim Strom, der Kühlung oder dem Licht: Für ein betriebswirtschaftlich orientiertes Unternehmen geht es immer darum, Aufwand und Ertrag in Beziehung zu setzen - wobei letzterer nicht immer direkt in Euro und Cent messbar ist. Aber Entscheidungsträger bevorzugen nun einmal einen schnellen Return on Investment. Wie der Spagat zwischen grüner Technik und schwarzen Zahlen gelingen kann, lässt sich möglicherweise durch externe Spezialisten einfacher beurteilen. Zum Beispiel hat EcoAct einen Fünf-Stufen-Plan für das Erreichen wissenschaftsbasierender Co2-Ziele im Einklang mit der Science Based Targets Initiative (SBTI) entwickelt, der als Anregung für die eigene Dekarbonisierung dienen kann. (hv)