Die Problematiken rund um die Kühlung von Rechenzentren

Klimaschutz und Nachhaltigkeit rücken immer mehr in das Bewusstsein der Menschen – sowohl im Bereich der Rechenzentren als auch in einem gesamtwirtschaftlichen Zusammenhang. Nicht nur Verbraucher hinterfragen das eigene Konsumverhalten oder Gewohnheiten, auch Unternehmen versuchen, ihren Beitrag für die Umwelt zu leisten. Für Rechenzentren bedeutet das vor allem eine Reduktion des hohen Energieverbrauchs. 

Auf der anderen Seite sind immer mehr Unternehmen auf eine schnelle Verarbeitung von immer mehr Daten angewiesen – ein Prozess, der enorme Mengen an Energie verbraucht. Wie können Rechenzentren diesen Balanceakt meistern und ihren Kunden einen guten Service bieten während sie gleichzeitig einen Beitrag für die Umwelt leisten? Matt Pullen, Managin Director Europe bei CyrusOne gibt Einblicke, wie der Energieverbrauch von Rechenzentren gesenkt werden kann und vergleicht dazu die verschiedenen Möglichkeiten der Kühlung.

Rechenzentren – mehr Leistung und weniger Verbrauch

Datacenter nehmen im anhaltenden Prozess der Digitalisierung in Unternehmen eine zentrale Rolle ein, denn sie ermöglichen die Verarbeitung großer Datenmengen sowie den flexiblen Fernzugriff auf Daten und Funktionen. Neue Techniken wie Machine Learning in vernetzten Fabriken oder der Siegeszug von Online-Streaming-Diensten vervielfachen den Bedarf an Datenverarbeitung und Analysen noch einmal.

Dies stellt eine enorme Herausforderung für die Betreiber der Datacenter dar, denn sie müssen den steigenden Bedarf mit der immer enger werdenden Standortfläche sowie der immer knapper werdenden Stromversorgung in Einklang bringen. Vor allem die großen Cloud-Firmen benötigen große Strommengen auf kleinstem Raum. Neun von zehn der größten Cloud-Firmen gehören zu unseren Kunden und die Stromdichte übertrifft alles was wir bisher auf dem Enterprise-Markt gesehen haben.

Kühlung als Hauptinvestitionspunkt für Energieeinsparungen

Einer Sonderstellung bei den Bemühungen, nachhaltiger zu werden, kommt der Kühlung zu. Bis zu einem Drittel der Energiekosten können allein auf das Abführen der Wärme von den Servern im Rechenzentrum fallen. Kein Wunder also, dass das Kühlungssystem bis zu 20 Prozent der Kosten bei dem Bau eines Datacenters ausmachen. Es ist wichtig, gerade bei der Kühlung frühzeitig zu investieren, denn eine effiziente Kühlung ist in der Lage, die Power Usage Effectiveness (PUE) von Rechenzentren deutlich zu steigern und so sicherzustellen, dass die Energienutzung dieser Gebäude nicht zu kostenintensiv wird. In diesem Sinne, wirkt sich die Kühlung nicht nur auf die Umwelt aus, sondern bringt auch deutliche finanzielle Vorteile für die Betreiber mit sich.

Es gibt eine Reihe verschiedener Arten, ein Rechenzentrum zu kühlen. Äußere Faktoren, wie zum Beispiel klimatische Gegebenheiten, können die Entscheidung für ein Kühlungssystem maßgeblich beeinflussen.

Möglichkeiten innovativer Kühlung

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Wasser- und Luftkühlung. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist tausendmal höher als die von Luft, was für eine höhere Leistungsfähigkeit bei der Kühlung spricht. Auf der anderen Seite können Wasserkühlungen höhere Kosten in der Anschaffung und der Instandhaltung verursachen – etwa, wenn man den zeitlichen und finanziellen Aufwand für den Wechsel von Filtern oder der Wartung von Ventilen und Pumpen betrachtet.

Ein weiteres Problem ist die Umweltbelastung durch die Wasserkühlung. Herkömmliche Kühlungsmethoden für Rechenzentren verbrauchen für die Kühlung eines einzelnen großen Rechenzentrums mehrere zehn Millionen Liter Wasser pro Jahr. Dies belastet die lokalen Ressourcen und erfordert häufig erhebliche Wasser- und Kanalbauprojekte, die zeitaufwendig und kostspielig sein können. Herkömmliche Methoden erfordern den Bau großer Pump- und Speichersysteme vor Ort. Wasser, das in die Kanalisation abgeleitet wird, ist mit Feststoffen belastet und kann giftig genug sein, um Gras und andere Vegetation zu vernichten. Der Umgang mit diesen schädlichen Nebenprodukten der Kühlung von Rechenzentren ist für viele Kommunen ein großes wasserwirtschaftliches Problem.

Es ist wichtig, sich bewusst zu machen, dass der umweltschonende Umgang mit Wasser weltweit ein wichtiges Thema ist. Wir gehen davon aus, dass eine Luftkühlungstechnologie mit integriertem Kondensator, der eine sich im Kreislauf befindende Wassermenge kühlt, die führende Kühltechnologie der nächsten Jahre sein wird. Dabei wird nur ein einziges Mal die Leitung mit Wasser befüllt. Es gibt keine Verdunstungskühlung, keine Abschlämmung, keinen neuen Wasserverbrauch und keine Freisetzung von Abwasser in die Kanalisation. Der Wartungsaufwand ist gering, denn er umfasst lediglich die gelegentliche Zugabe von Bioziden zur Wasseraufbereitung, um die Oxidation und das Bakterienwachstum im geschlossenen Kreislaufsystem unter Kontrolle zu behalten.

Was bringt die Zukunft?

Momentan diskutiert die Branche über mögliche Technologien, die dabei helfen, die Energieeffizienz in Rechenzentren zu verbessern. In einigen unserer Rechenzentren haben wir uns für die indirekte adiabatische Luftkühlung entschieden. Diese Methode ist vergleichbar mit der luftgekühlten Technologie, fügt aber einen feinen Wasserstrahl in den Kreislauf ein, um das System weiter zu kühlen.

Die adiabatische Kühlung verwenden wir zum Beispiel in den Rechenzentren London One und Frankfurt Two. Aus Erfahrung können wir sagen, dass die adiabatische Kühlung für eine hohe Effizienz sorgt. So konnten wir beispielsweise in den letzten zwölf Monaten einen durchschnittlichen PUE-Wert von circa 1,15 erzielen. Dies sind sehr geringe Werte im Vergleich zu einem traditionelleren Kühlkreislaufsystem, selbst bei maximierter Freikühltechnik.

Daneben gibt es weitere neue Kühlungsmethoden: So entscheiden sich andere Betreiber beispielsweise dafür, diese Herausforderung durch Freiluftkühler zu meistern. Wiederum andere verwenden immer noch Glykol-basierte Systeme, die ohne Wasser auskommen. Diese könnten in den nächsten Jahren ein signifikantes Wachstum erfahren.
Darüber hinaus ist es sehr wahrscheinlich, dass KI-basierte Techniken für ein effizienteres Monitoring der CPUs und anderer Hardware immer häufiger eingesetzt werden. So können Betreiber Daten mit äußeren Faktoren wie die Temperatur oder der geschätzten Nachfrage nach Rechenleistung in Beziehung setzen. Das bedeutet, dass wir die Art und Weise, wie wir Rechenzentren kühlen, immer genauer kontrollieren können, Überkühlung vermeiden und somit die zur Verfügung stehenden Ressourcen nachhaltig einsetzen.

Matt Pullen, Managing Director Europe CyrusOne

https://cyrusone.com/