Rechenzentren: Ökologische Metriken im Fokus

Je größer ein Rechenzentrum wird, desto komplexer ist auch die Überwachung. Neben dem Monitoring der IT-Komponenten und der Netzwerkinfrastruktur gewinnen mittlerweile auch die ökologischen Überwachungsparametier an Relevanz. Denn die Stromversorgung und der Energieverbrauch stellen seit jeher nicht nur die Hauptprobleme beim Betrieb von Rechenzentren dar – mittlerweile sind sie auch in den Mittelpunkt der Nachhaltigkeitsverpflichtungen im Rahmen der ESG-Ziele von Unternehmen gerückt.

Der zunehmende Druck von Investoren, Aufsichtsbehörden, Aktionären, Kunden und Mitarbeitern macht eine transparentere Berichterstattung erforderlich, die die Umweltauswirkungen des Rechenzentrumsbetriebs berücksichtigt. Diese Transparenz betrifft vor allem die Metriken. Eines der größten Probleme: Welche ökologischen Kennzahlen sollen die Rechenzentrumsbetreiber im Sinne der Nachhaltigkeit überwachen?

Bevor The Green Grid (TGG) im Jahr 2007 die Power Usage Effectiveness (PUE) vorschlug, gab es keine standardisierte Kennzahl, anhand derer sich die Energieeffizienz eines Rechenzentrums in seiner Gesamtheit messen ließ. In der Branche führte dies zu Problemen beim Benchmarking und bei der Anpassung. Eine einzige Metrik mag zwar nicht perfekt sein – wenn sie aber standardisiert und in ihrer Definition sowie Anwendung verständlich ist, bringt sie die Branche durchaus voran. Aus diesem Grund hat sich die PUE-Kennzahl weithin durchgesetzt und dazu beigetragen, die Effizienz von Rechenzentren branchenübergreifend zu verbessern.

Schneider Electric hat kürzlich 23 wichtige Nachhaltigkeitsindikatoren für Rechenzentren ermittelt, die in fünf Kategorien unterteilt sind:

1 – Energie: Nach einigen Schätzungen macht der Energieverbrauch von Rechenzentren 1 – 2 % des weltweiten Verbrauchs aus.

2 – Emissionen von Treibhausgasen (GHG): CO2, CH4, PFC, HFC und andere Gase gelten als Hauptverursacher des Klimawandels und als eines der dringendsten Probleme der Menschheit.

3 – Wasser: Kühltürme und andere Verdunstungskühltechniken sind aufgrund ihrer hohen Effizienz und Gesamtkühlleistung beliebte Lösungen in Rechenzentren. Die Wärmeabfuhr bei diesen Kühltechnologien funktioniert jedoch über Verdunstung, die erhebliche Mengen an Wasser verbraucht. Untersuchungen des Up-time Institute haben gezeigt, dass ein 1-MW-Rechenzentrum mit gängigen Kühlmethoden jährlich 25 Millionen Liter Wasser verbraucht.

Darüber hinaus werden auch bei der herkömmlichen Stromerzeugung große Mengen Wasser benötigt – sogar mehr für die Versorgung von Rechenzentren. Aus einem Bericht der Vereinten Nationen über die globale Wasserentwicklung geht hervor, dass der Wasserverbrauch für die Stromerzeugung viermal höher ist als der Kühlwasserverbrauch. Aus diesem Grund wurde das von The Green Grid entwickelte Maß für die Wassernutzungseffizienz (WUE) unter ISO/IEC DIS 30134-9 zu einer Norm.

„In nur wenigen Jahren wird schätzungsweise die Hälfte der Weltbevölkerung in Gebieten mit Wasserknappheit leben. Um sicherzustellen, dass alle Menschen Zugang zu Wasser haben, müssen wir zusammen neue Wege gehen, um diese kostbare Ressource zu erhalten und wiederzuverwenden“, sagte Adam Selipsky, CEO von Amazon Web Services.

4 – Müll: Zwei Dinge gehören zu den Schlüsselstrategien für mehr ökologische Nachhaltigkeit: die Minimierung des Abfallaufkommens in der Lieferkette und die Vermeidung von Deponieabfällen durch Wiederverwertung oder Recycling. Auch Rechenzentren erzeugen während des Baus und des Betriebs erhebliche Mengen an Müll.

5 – Flächen und biologische Vielfalt: Rechenzentren haben direkte Auswirkungen auf den Boden, auf dem sie gebaut werden – und indirekte Auswirkungen auf die Regionen in ihrer Umgebung. Rechenzentren gelten deshalb immer öfter als ‚schlechte Nachbarn‘, da sie lebenswichtige Gemeinschaftsressourcen wie Wasser und Strom in Anspruch nehmen.

Hitze im Rechenzentrum

Das Hauptziel der ökologischen Überwachung von Rechenzentren bestand schon immer darin, eine bessere Betriebsumgebung für die Anlage zu schaffen. Dazu gehört auch die Vermeidung von unvorhergesehenen Ereignissen, die dem IT-Betrieb und dem Unternehmen schaden.

Die Überwachung von Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftströmungen ist daher die Grundlage, um den reibungslosen Betrieb eines Rechenzentrums sicherzustellen. Schließlich erzeugt jede in Betrieb befindliche Hardware Wärme und wird durch diese Faktoren negativ beeinflusst. Dazu kommt das Ziel, möglichst viele der Kennzahlen von Schneider Electric unter Kontrolle zu halten.

Zur Überwachung der Umgebungsbedingungen ist es notwendig, überall in der Anlage Sensoren anzubringen.

Temperatursensoren sollten oben, in der Mitte und unten an den einzelnen Racks befestigt werden. So können diese die von den Geräten erzeugte Wärme sowie das Kühlsystem kontrollieren und so Mess-Daten zur Effizienz zu liefern. Sensoren sollten sich auch in der Nähe kritischer Geräte befinden: Denn die Temperatur in einem Gerät, das in einem Rack montiert ist, kann bis zu 20 Grad über der Umgebungstemperatur liegen.

Generell ist nicht nur wichtig, wann Temperaturen zu hoch sind. Auch zu niedrige Werte sind relevant, denn eine intensive und unnötige Kühlung verbraucht viele Ressourcen.

Neben einer angemessenen Kontrolle der Temperaturen ist auch die Überwachung der Luftfeuchtigkeit essenziell. Ist dies zu hoch, kann die Hardware korrodieren – ist sie wiederum zu niedrig, sind Probleme mit elektrostatischem Funkendurchschlag möglich. Aus diesem Grund müssen Kühl- und Lüftungssysteme die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft erkennen und überprüfen. Wassersensoren sollten an den tiefsten Stellen auf dem Boden (dort, wo sich Wasser ansammelt) und unter allen Verbindungsrohren angebracht werden.

Eine angemessene Luftverteilung kann zur Senkung des Energieverbrauchs und der Betriebskosten beitragen. Die unsachgemäße Steuerung des Luftstroms führt jedoch wahrscheinlich zu „heißen Stellen“. Auch der Ausfall eines einzelnen Lüfters wird die USV zwar noch nicht zum Erliegen bringen – wenn jedoch mehrere Lüfter gleichzeitig ausfallen, kann möglicherweise sogar die gesamte Stromversorgung zusammenbrechen.

ESG-Faktor

Der Fokus auf betriebliche Leistungsfähigkeit hat neue Konturen angenommen, nachdem die Energieeffizienz als Reaktion auf den öffentlichen Druck sowie die Angst vor strengen Vorschriften in den Vordergrund gerückt sind. Langsamer als erhofft verlagert die Rechenzentrumsbranche ihren Schwerpunkt auf die Verringerung ihres CO2-Fußabdrucks – hin zu einer größeren ökologischen Nachhaltigkeit, anstatt lediglich Umweltfaktoren zu überwachen, um unerwartete Ausfälle zu vermeiden.

Nach Angaben von Capgemini verfolgen heute zwar mindestens 50 % der Unternehmen eine ernsthafte Nachhaltigkeitsstrategie in ihrem Produktionsprozess, aber nur 20 % wenden diese im gleichen Maß auf ihr Rechenzentrum an. Eine weitere aktuelle IBM-Umfrage zum Thema Nachhaltigkeit, die auch das Thema Rechenzentren einschloss, bestätigt dieses Szenario. Erwartungen zufolge sollen sich die Rechenzentren allerdings ab diesem Jahr verstärkt mit den ESG-Zielen der Unternehmen befassen.

Dazu kommt es darauf an, zu verstehen, dass die Nachhaltigkeit von Rechenzentren mehr als nur betriebliche Effizienz bedeutet. Erhebliche Anstrengungen zur Leistungsoptimierung und Verringerung des Energieverbrauchs (gemessen durch PUE-Verbesserungen) haben die betrieblichen Kohlendioxidemissionen gesenkt, auch wenn der Bedarf und die Größe der Einrichtungen zugenommen haben. Die Messung der aktiven Anlagenenergiereduzierung findet über die Zeit verteilt statt, sodass diese Abzüge erst 5, 10 oder 30 Jahre später verbucht werden.

Es gibt daher einen zwingenden Grund, den enthaltenen Kohlenstoff in alle Analysen und Planungsentscheidungen für Rechenzentren einzubeziehen. Ein „Whole Life“-Kohlenstoffansatz, der sowohl eingebettete als auch betriebliche Emissionen berücksichtigt, wäre ein zielführender Weg: So bietet dieser Plan die Möglichkeit, einen positiven Beitrag zu den globalen Zielen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen zu leisten – und gleichzeitig Kosten zu sparen.