Sensoren im Rechenzentrum Messen, bewerten, verbessern - das Mantra zur Steigerung der Datacenter-Effizienz

Ein Gastbeitrag von Miia Lahti

Wie lässt sich Kühleffizienz in den Energie-intensiven Rechenzentren umsetzen? Wie führen genaue Messungen zu erheblichen Kosteneinsparungen und zu Verbesserungen der Umweltleistung?

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Vei Vaisala ist man überzeugt, dass genaue Messungen zu erheblichen Kosteneinsparungen führen, aber auch das Ziel Klimaneutralität näher bringen können.
Vei Vaisala ist man überzeugt, dass genaue Messungen zu erheblichen Kosteneinsparungen führen, aber auch das Ziel Klimaneutralität näher bringen können.
(Bild: Vaisala)

Angesichts des potenziell katastrophalen Klimawandels suchen Länder und Organisationen dringend nach Möglichkeiten, ihre Treibhausgasemissionen (THG) zu reduzieren. So kehrten die Delegierten der COP26-Klimakonferenz in Glasgow mit der alarmierenden Nachricht nach Hause zurück, dass die kombinierten national festgelegten Beiträge (NDCs) zur Senkung der Treibhausgasemissionen nicht ausreichen würden, um die globale Erwärmung auf 1,5 Grad über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen.

Schätzungen zufolge verbrauchten die 18 Millionen Rechenzentren der Welt nach Angaben der internationalen Energie-Agentur im Jahr 2020 etwa 200 bis 250 Terawattstunden (TWh), was rund 1 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs ausmacht. Dieser hohe Strombedarf in Rechenzentren wird durch die IT-Infrastruktur (durchschnittlich ca. 60 Prozent) und die dazugehörigen Kühl- und Klimaanlagen (rund 40 Prozent im Durchschnitt) getrieben.

Bisherige Verbesserungen der Energie-Effizienz in Rechenzentren haben es geschafft, das Wachstum des Datenverkehrs vom Energieverbrauch zu entkoppeln. IT-Geräte werden immer effizienter, aber auch Kühlsysteme müssen streng überwacht und kontrolliert werden, um den Energieverbrauch zu minimieren. Bei steigenden Energiekosten sind die Faktoren für die Optimierung der Energie-Effizienz von Rechenzentren sowohl ökologischer als auch finanzieller Natur.

Verteilung auf Regionen

Nach Angaben von Statista haben die USA derzeit mit 2 670 die mit Abstand meisten Rechenzentren, gefolgt von 452 im Vereinigten Königreich, 443 in Deutschland (siehe: „Bitkom-Studie zu Rechenzentren und ihre aktuelle Entwicklung Datacenter in Deutschland: Mehr Daten – mehr Strom?“ und erheblichen Zahlen in China, den Niederlanden, Australien, Kanada, Frankreich und Japan.

Die Energiekosten von Rechenzentren und anderen IT-basierten Aktivitäten sind strengeren regulatorischen Maßnahmen ausgesetzt, da Regierungen eine stabile Energieversorgung und Fortschritte in Richtung Abgasfreiheit anstreben. In Singapur beispielsweise sind Rechenzentren für rund 7 Prozent des Stromverbrauchs verantwortlich, und ein Moratorium für neue Rechenzentren wurde gerade erst aufgehoben (siehe: „Das grüne Gewissen Singapur lässt den Bau neuer Rechenzentren pausieren“).

Künftig müssen bestehende und neue Rechenzentren effizienter gestaltet werden. In Irland wird in einem kürzlich erschienenen Bericht angenommen, dass bis 2028 etwa 29 Prozent der Gesamtnachfrage von Rechenzentren stammen werden. Im Vereinigten Königreich schätzt das Beratungsunternehmen Carbon3IT, dass Rechenzentren mindestens 12 Prozent des nationalen Stromverbrauchs ausmachen.

Die Art der Anwendungen

Kryptowährungen stellen einen enormen Energiebedarf dar. Bitcoin-Mining beispielsweise wird zunehmend von neuen großen Rechenzentren betrieben, die teilweise billige Energie aus fossilen Brennstoffen nutzen. Die Umweltauswirkungen von Kryptowährungen sind nun besser verständlich, und dies schafft Risiken und Herausforderungen für den Sektor, um Energie-effizienter zu werden. Zum Vergleich wird eingeschätzt (siehe: Bitcoin-Stromverbrauchsindex der Universität Cambridge und US-Energieinformationsbehörde), dass allein das Bitcoin-Mining mehr Energie verbraucht als manche Länder – darunter Norwegen, Argentinien, die Niederlande und Pakistan.

In den vergangenen Jahren hat die steigende Nachfrage nach Rechenzentren zur Schließung älterer ineffizienter Einrichtungen und zum Bau neuer effizienter Hyperscale-Rechenzentren geführt. Dies hat dazu beigetragen, die Wachstumsrate des Energieverbrauchs zu senken. Da jedoch mehr Daten in der Cloud gespeichert und mehr IT-basierte Ressourcen wie KI, maschinelles Lernen, selbstfahrende Autos usw. entwickelt werden, ist allgemein anerkannt, dass der Energiebedarf erheblich zunehmen kann.

Die Bedeutung der Kühlung

Da Kühlung und Klimatisierung für etwa 40 Prozent des Energieverbrauchs verantwortlich sind, ist klar, dass diese IT-fremde Infrastruktur so effizient wie möglich verwaltet werden muss. Eine genaue Temperatur- und Feuchtesteuerung ist jedoch auch für den ordnungsgemäßen Betrieb von IT-Geräten von entscheidender Bedeutung.

„In vielen modernen Einrichtungen wird eine Betriebszeit von 99,999 Prozent erwartet, was einer jährlichen Ausfallzeit von nur wenigen Minuten entspricht. Diese extrem hohen Leistungsniveaus sind aufgrund der Bedeutung und des Werts der Daten und Prozesse erforderlich, die von der IT-Infrastruktur verarbeitet werden“, sagt Anu Kätkä, Industry Expert von Vaisala.

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Er fügt hinzu: „Ein geringer Feuchtegehalt erhöht das Risiko statischer Elektrizität, und hohe Feuchte kann zu Kondensation führen. Auch eine falsche oder schwankende Temperatur kann IT-Geräten schaden oder deren Lebensdauer verkürzen. Daher ist es äußerst wichtig, dass Überwachungs- und Steuerungssysteme von Sensoren unterstützt werden, die langfristig stabil, genau und zuverlässig sind. Vaisala Geräte sind in der Lage, eine Temperaturmessgenauigkeit bis zu ±0,1 Grad und eine Feuchtemessung bis zu ±0,8 Prozent rF (relativer Feuchte) zu erreichen, was optimal für Rechenzentren geeignet ist. “

Einer der Kunden von Vaisala unterstreicht die Bedeutung präziser Sensoren und schätzt, dass eine Überkühlung von nur 1 Grad die jährlichen Kühlenergiekosten um bis zu 8,5 Prozent erhöhen könnte. „Zum Vergleich: Die erhöhten Energiekosten für ein kleines Rechenzentrum würden mehr als 0,4 Millionen Euro über zehn Jahre betragen, und für ein großes Rechenzentrum würden sie mehr als 4 Millionen Euro ausmachen“, fügt Anu Kätkä hinzu.

Der wachsenden Bedarf an effektiven Prozessmessungen

Neben seinem kompletten Angebot an Sensoren für Rechenzentren ist Vaisala auch weltweit führened bei meteorologischen Überwachungsgeräten. Das ist entscheidend, weil viele Rechenzentren auf Ökonomisierung setzen – die Messung der Außenumgebung, um die Optimierung der Innenbedingungen und die Energie-Effizienz zu verbessern.

Traditionell wird Luftkühlung in Rechenzentren eingesetzt, aber mit zunehmender Dichte an Regalen steigt die Nachfrage nach effektiveren Kühlsystemen. Flüssigkühllösungen werden daher immer beliebter, da sie Wärme viel effektiver ableiten. Um diesen Trend zu unterstützen, hat Vaisala einen neuen hochwertigen Sensor zur Messung der Temperatur von Kühl- und Heizflüssigkeiten entwickelt: „Vaisala TMI110“.

„Der auchtemperaturmesswertgeber wird mit einem Kalibrierzertifikat geliefert und bietet eine hervorragende Ansprechzeit mit einer Genauigkeit von ±0,1 Grad“, erläutert Kätkä. „Wir nehmen dieses Produkt gerne in unser Portfolio auf. Kunden können nun alle ihre wichtigsten Sensoren von einem Lieferanten beziehen – Lufttemperatur-, Feuchte- und Differenzdrucksensoren für Räume und Kanäle, meteorologische Sensoren für den Außenbereich und ab sofort Tauchtemperatursensoren für Kühlsysteme.“

Im Vergleich zu den Energie-, Umwelt- und finanziellen Kosten der Energie-Ineffizienz sind Investitionen in genaue stabile Messsysteme geringfügig. „So wie bei Weltraummissionen die Messtechnik von Vaisala unter den anspruchsvollsten Bedingungen zum Einsatz kommt, wählen Rechenzentrumsmanager*innen die gleichen Lösungen für ihre kritischsten Umgebungen hier auf der Erde.“

Denn durch die Steuerung von Lüftungs- und Kühlsystemen mit präzisen stabilen Sensoren könnten Rechenzentrumsmanager*innen die Energiekosten senken, den CO2-Fußabdruck verringern und ihren Sektor zukunftssicher gestalten.

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