Energiekosten in Rechenzentren eindämmen
Steigerung der Energieeffizienz und Betriebssicherheit in Rechenzentren
Energiekosten sind der größte Posten in der Bilanz von Rechenzentren. Laut Umweltbundesamt benötigen deutsche Rechenzentren so viel Strom wie vier mittelgroße Kraftwerke produzieren und die IT-Branche emittiert weltweit so viel CO2 wie der gesamte Flugverkehr. Bis zu 40 Prozent der Gesamtbetriebskosten eines Rechenzentrums entfallen auf die Energie, die zur Kühlung der enormen Menge an elektronischen Anlagen benötigt wird. Eine optimale Dämmung der kältetechnischen Anlagen ist eine der einfachsten und effizientesten Maßnahmen, um in Rechenzentren Energie zu sparen.
KI-Boom erfordert Effizienzsteigerungen
Digitalisierung, Künstliche Intelligenz, Cloud-Computing und Kryptowährungs-Mining treiben die Nachfrage nach Rechenzentren weiter voran. Die Größe des europäischen Rechenzentrumsmarkts wird heute auf 12,23 Tausend MW geschätzt und soll laut Prognosen bis zum Jahr 2029 auf 17,93 Tausend MW steigen, was einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 7,96 % entspricht. Im Jahr 2023 entfiel der größte Anteil der Infrastruktur auf Tier-3-Rechenzentren1. An der Spitze dieser Entwicklung steht das Vereinigte Königreich, gefolgt von Frankreich, Deutschland und Irland.
Mit immer neuen Anwendungen für verschiedene Arbeits- und Lebensbereiche wächst auch in Deutschland die Datenflut und damit der Bedarf an Rechenleistung. Frankfurt am Main stellt schon heute den weltweit größten Internet-Knoten dar. Sowohl Hyperscaler wie Google, AWS und Microsoft als auch Unternehmenskunden werden in den nächsten Jahren verstärkt Rechenzentrumskapazitäten nachfragen. Microsoft plant aktuell den Bau von drei Hyperscaler-Rechenzentren im Rhein-Erft-Kreis und will bis zu drei Milliarden Euro investieren. Da die wirtschaftliche Resilienz so eng mit der digitalen Infrastruktur und dem exponentiell wachsenden Datenbedarf verknüpft ist, sind Investitionen in innovative Technologien für Rechenzentren zwingend.
Einem aktuellen Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) zufolge, wird sich der Stromverbrauch von Rechenzentren bis 2026 verdoppeln. Im Jahr 2022 verbrauchten Rechenzentren bereits 460 TWh, zwei Prozent des gesamten weltweiten Stromverbrauchs.
Klimaneutrale Rechenzentren
Nach dem Willen der Europäischen Kommission sollen alle neu installierten Rechenzentren bis 2030 klimaneutral betrieben werden; Deutschland will dieses ehrgeizige Ziel bereits 2027 erreichen. Um Klimaneutralität zu erreichen, muss die Energieeffizienz der Anlagen, sowohl der IT als auch der Gebäudetechnik, optimiert werden. Durch den Einsatz Erneuerbarer Energien, eine ressourcenschonende Kühlung aus natürlichen Quellen wie Flüssen oder Fjords und Nutzung der Abwärme in Fernwärmenetzen kann die Klimabilanz verbessert werden.
Das Ende 2023 in Kraft getretene Energieeffizienzgesetz (EnEfG) verpflichtet die Betreiber von Rechenzentren, ihre überschüssige Wärme an externe Abnehmer, also z.B. Kommunen und Fernwärmeversorger, zu liefern. Rechenzentren sollen sich von Datenverarbeitungszentren zu Energiezentralen wandeln, die sowohl Daten als auch Wärme liefern können. Nach dem EnEfG sollen alle Rechenzentren, die nach dem 1. Juli 2026 in Betrieb gehen, mit einem PUE-Wert (Power Usage Effectiveness, s. Infokasten) von 1,2 betrieben werden. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen effiziente und nachhaltige Kühlungslösungen implementiert werden, denn neben der Rechenleistung ist die Kühlung einer der energieintensivsten Prozesse. Die hohe Wärmeentwicklung von Computerservern erfordert effiziente Kühlung2, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten und die Lebensdauer von Computer- und Speicherkomponenten zu verlängern.
Das Kühlsystem sorgt im Rechenzentrum dafür, dass die erzeugte heiße Luft abgeleitet und kühle Luft zugeführt wird. So werden Schäden an den Servern vermieden und die Leistungsfähigkeit optimiert. Traditionell kommen bei der Kühlung von Rechenzentren zwei Technologien zum Einsatz: luft- und flüssigkeitsbasierte Kühlung. Bei der Luftkühlung wird gekühlte Luft durch Öffnungen im Boden bereitgestellt. Flüssigkühlsysteme werden immer beliebter, da sie bei der Wärmeabfuhr effizienter sind als die herkömmliche Bodenkühlung. Hierbei wird die Abwärme entweder direkt von den relevanten Komponenten der Server, wie beispielsweise dem Prozessor (CPU) und dem Grafik-Chip (GPU), oder auch indirekt über Wärmeübertrager oder Kühlplatten, die an den Komponenten angebracht sind, abgeleitet.
Höhere Energieeffizienz durch optimale Dämmung
Unabhängig von der Technologie müssen Kühlanlagen professionell gedämmt werden, um sie langfristig sicher vor Tauwasserbildung und Energieverlusten zu schützen. Eine optimale technische Dämmung der Kälteanlagenteile erlaubt deutliche Energieeinsparungen zu vergleichsweise geringen Kosten. Die Investitionen amortisieren sich in der Regel in weniger als einem Jahr und die Betreiber von Rechenzentren profitieren langfristig von erheblichen Energie- und Kosteneinsparungen. Wie eine exemplarische Kalkulation (s. Abbildung zum „Kosteneinsparpotenzial durch ein höheres Dämmniveau“) zeigt, macht sich der Einsatz höherer Dämmschichtdicken in Rechenzentren, die rund um die Uhr betreiben werden, schnell bezahlt.
Die höheren Kosten für eine 25 mm dicke ArmaFlex Ultima Dämmung werden bereits im ersten Jahr durch die Einsparungen der Energiekosten ausgeglichen und die Einsparungen übertreffen bereits im vierten Jahr die Einsparungen, die durch eine reine Tauwasserdämmung erzielt werden können. Die Investition in eine höhere Dämmschichtdicke ist eine wirtschaftlich rentable Entscheidung, die langfristig zu beträchtlichen Einsparungen führt. In unserem einfachen Beispiel können die Betreiber von Rechenzentren durch eine optimale Dämmung bei einer Laufzeit von 20 Jahren über 70 000 Euro einsparen. Dabei wurden die gestiegenen und weiter steigenden Strompreise3 noch nicht berücksichtigt. Bei Investitionsentscheidungen dürfen nicht nur die kurzfristigen Kosten berücksichtigt, sondern müssen langfristige Einsparungen und Umweltauswirkungen in Betracht gezogen werden.
Schutz vor Tauwasserbildung und Korrosion
Kontrollierte Umgebungsbedingungen stellen den optimalen Betrieb in Rechenzentren sicher. Selbst geringfügige Abweichungen von den definierten Klimabedingungen können enorme Schäden verursachen. Ist die Luft zu trocken, kann es zu elektrostatischen Entladungen kommen. Ist sie zu feucht, kann sich Tauwasser bilden. Feuchtigkeit auf Hauptplatinen, in Festplatten und in Anschlussbuchsen kann zu Oxidation führen. IT-Technologie reagiert extrem empfindlich auf Feuchtigkeit. Eine hohe Luftfeuchtigkeit verringert die Lebensdauer der Ausrüstung und Feuchtigkeit kann Schäden, Korrosion und letztlich sogar den Ausfall der gesamten Anlage mit sich bringen.
Tauwasserbildung auf technischen Anlagen hat weitreichende Folgen: Korrosion, tropfendes Wasser, Metallkorrosion durch Schadstoffe im Wasser können zu Datenkorruption, teuren Reparaturen oder sogar Ausfallzeiten führen und schnell enorme Kosten nach sich ziehen. Bei einem Tier-3-Rechenzentrum beträgt die maximale Ausfallzeit 1,6 Stunden pro Jahr, bei Tier 4 sind es sogar nur 26,3 Minuten. Wenn ein Rechenzentrum nicht mehr über ausreichende Kühlkapazitäten verfügt, um die Betriebstemperatur der Server zu halten, kann es seinen Tier-Status verlieren. Enorme finanzielle Verluste wären die Folge. Geschlossenzellige elastomere Dämmstoffe schützen die Installationen vor Tauwasser, verringern das Korrosionsrisiko und tragen so zur Betriebssicherheit der Anlage bei.
Kontamination vermeiden
Ein weiteres Sicherheitsrisiko in Rechenzentren ist die Kontamination der Raumluft. Durch Staubkontakt besteht die Gefahr einer Beschädigung oder sogar eines vollständigen Ausfalls des Servers. Staubpartikel in der Luft (wie Baustaub, Zink Whisker, Partikel und Fasern) stellen eine ständige Bedrohung der empfindlichen Anlagen und Geräte dar. Staubpartikel und korrosive Gase können die Energieeffizienz beeinträchtigen und IT-Ausrüstung im Laufe der Zeit beschädigen.
Eines der größten Risiken für die Leistung von Rechenzentren sind unsichtbare Schadstoffe, die häufig über die Kanäle von Klimaanlagen im Gebäude verteilt werden. Schädliche Verunreinigungen wie Partikel, Gase und Mikroben können empfindliche Server-, Netzwerk- und Datenspeichergeräte beschädigen. Da Klimaanlagen kritische Komponenten für die Raumluftqualität sind, sollten in diesen unternehmenskritischen Reinraumumgebungen nur staub- und faserfreie Materialien eingesetzt werden. FEF-Dämmstoffe setzen keine schädlichen Partikel frei und ihre glatte Oberfläche lässt sich sehr gut reinigen.
Brandschutz hat höchste Priorität
Brände sind eine der Hauptursachen für längere Ausfallzeiten von Rechenzentren. Die hohe Dichte der elektrischen Leistung erhöht die potenzielle Brandgefahr. Wenn ein Brand nicht sofort erkannt und gelöscht wird, können Daten unwiederbringlich zerstört werden. IT-Ausfallzeiten und Betriebsunterbrechungen können Unternehmen teuer zu stehen kommen. In Rechenzentren verwendete Dämmstoffe müssen daher mindestens schwer entflammbar sein und dürfen im Brandfall nur wenig Rauch entwickeln. Rauchgase gefährden nicht nur die Mitarbeiter und erschweren die Evakuierung, sie richten häufig auch einen größeren Schaden als das Feuer selbst an. Die Folgeschäden durch Ruß und korrosive Gase belaufen sich bei Großschäden auf über 50 % der Gesamtkosten. Von den Folgekosten durch Betriebsausfälle ganz zu schweigen. Das B/BL-s1,d0 klassifizierte ArmaFlex Ultima entwickelt im Brandfall 10-mal weniger Rauch als herkömmliche Elastomerprodukte. Das halogenfreie NH/ArmaFlex Smart setzt im Brandfall keine korrosiven Gase frei, die in Kombination mit Löschwasser aggressive Säuren bilden könnten.
Bei Bränden in Rechenzentren geht der Schaden oft über das rein Materielle hinaus, da sich Kunden und Investoren abwenden können und der Unternehmenswert langfristig Schaden nehmen kann.
Langfristige Zuverlässigkeit und sicherer Betrieb
Als Gesellschaft sind wir stark von der Zuverlässigkeit unserer digitalen Dienste abhängig. Um die digitale Wirtschaft am Laufen zu halten und wertvolle Daten und virtuelle Vermögenswerte zu schützen, müssen Rechenzentren ein kompromissloses Leistungsniveau erreichen. Ihr 24/7-Betrieb ist entscheidend für das reibungslose Funktionieren unserer Welt, Ausfallzeiten sind keine Option. Die Installation der neuesten Technologie kann einen großen Beitrag zur Verbesserung der langfristigen Zuverlässigkeit und Effektivität leisten.
Angesichts steigender Energiekosten und möglicher Engpässe in der Versorgungssicherheit ist eine energieeffiziente Kühlung entscheidend für eine höhere Nachhaltigkeit von Rechenzentren. Geeignete Dämmstoffe erhöhen die Brandsicherheit, verringern Schallemissionen, minimieren das Risiko von Ausfallzeiten aufgrund ungeplanter Wartungsarbeiten und können die Lebensdauer der gedämmten Anlagen verlängern. Durch die Verwendung optimaler Dämmschichtdicken können Betreiber langfristig erhebliche Energie- und Kosteneinsparungen erzielen. Eine effektive Dämmung reduziert den Energieverlust und minimiert den Bedarf an Kühlung, was wiederum zu einer Senkung der Energiekosten führt.
PUE-Wert (Power Usage Effectiveness)
Der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) ist eine Kennzahl, die in Rechenzentren verwendet wird, um die Energieeffizienz zu messen. Er wird berechnet, indem man den Gesamtstromverbrauch des Rechenzentrums durch den Stromverbrauch der IT-Ausrüstung teilt. Ein niedrigerer PUE-Wert deutet auf eine höhere Energieeffizienz hin, da weniger Energie für nicht-rechenzentrumsbezogene Zwecke wie Kühlung und Beleuchtung verwendet wird. Der PUE-Wert bezieht sich allerdings ausschließlich auf die Energieeffizienz von Rechenzentren und vernachlässigt wichtige Aspekte wie die Effizienz der IT-Ausrüstung, Einsatz von energieeffizienter Hardware, Klimafaktoren, Wasserverbrauch, Einsatz erneuerbarer Energien und die Nutzung von Abwärme. Der PUE-Wert sollte daher immer mit anderen Kennzahlen betrachtet werden, um ein umfassendes Bild zu erhalten.
