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Was ist ein grünes Rechenzentrum?
Veröffentlicht: 2. April 2024
Mitwirkende: Tasmiha Khan, Michael Goodwin
Ein grünes Rechenzentrum oder nachhaltiges Rechenzentrum ist eine Einrichtung, die IT-Infrastruktur beherbergt und energieeffiziente Technologien einsetzt, um den Energieverbrauch zu optimieren und die Umweltbelastung zu minimieren.
Unternehmen nutzen grüne Rechenzentren, um eine höhere Energie- und Ressourceneffizienz, längere Infrastruktur-Lebenszyklen, geringere Kosten für Rechenzentren und eine geringere CO2-Belastung zu erzielen. Dies wird unter anderem durch die Umnutzung oder das Recycling von physischen Geräten und die Wiederverwendung der von Computersystemen erzeugten Wärme erreicht. Grüne Rechenzentren nutzen außerdem häufig Energie aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windenergie. Das übergeordnete Ziel besteht darin, die Effizienz von Rechenzentren und die Nachhaltigkeit durch intelligente Energiekonzepte zu fördern.
Die Nachhaltigkeit von Rechenzentren ist ein wichtiger Bestandteil der Optimierung der Ressourcennutzung von Unternehmen und der Förderung der langfristigen Rentabilität. Die Umsetzung energieeffizienter Maßnahmen hilft Unternehmen, Kosten zu senken, indem der Gesamtenergieverbrauch von Rechenzentren reduziert wird.
Durch den Einsatz von Technologien wie Virtualisierung, energieeffizienter Hardware und erneuerbaren Energiequellen in Rechenzentren können Unternehmen ihren Energieverbrauch optimieren, Abfall minimieren und Geld sparen.
Unternehmen haben seit langem mit den Herausforderungen des Energieverbrauchs zu kämpfen, die mit herkömmlichen Rechenzentren einhergehen und zu höheren Betriebskosten und einer erheblichen Umweltbelastung führen können.1 In diesen Einrichtungen befinden sich in der Regel zahlreiche Server (und andere IT-Geräte), die für Rechen-, Netzwerk- und Datenspeicherfunktionen erhebliche Mengen an Strom verbrauchen.
Messung der Energieeffizienz
Eine Metrik zur Bewertung der Effizienz von Rechenzentren ist die Energieeffizienz (Power Usage Effectiveness, PUE). PUE und CUE (Carbon Usage Effectiveness) sind Metriken, die von The Green Grid entwickelt wurden, einer gemeinnützigen Vereinigung, die sich auf die Förderung der Energieeffizienz konzentriert.
Der PUE wird berechnet, indem der gesamte Energieverbrauch des Rechenzentrums durch die Menge an Energie geteilt wird, die speziell für die IT-Ausrüstung verwendet wird. Je näher der Quotient an 1 liegt, desto größer ist die Effizienz. PUE ist ein effektives Werkzeug, um sowohl die aktuelle Effizienz zu messen als auch die Auswirkungen von Änderungen im Rechenzentrum auf die Effizienz zu beurteilen.
Der Kohlenstoffnutzungsgrad wird zur Bewertung der Nachhaltigkeit von Rechenzentren in Bezug auf Kohlenstoffemissionen herangezogen. Die Formel lautet: CUE = CO2-Emissionen, die durch den Gesamtenergieverbrauch des Rechenzentrums verursacht werden, geteilt durch den Energieverbrauch der IT-Computerausrüstung.
Bei der Planung, Entwicklung und dem Betrieb effizienter Rechenzentren kommen verschiedene Strategien und Komponenten zum Einsatz:
Grüne Rechenzentren setzen auf kompakte und effiziente Designs, um den für den Bau erforderlichen physischen Platzbedarf zu minimieren. Ein solcher Ansatz bei der Gestaltung von Rechenzentren schont nicht nur Ressourcen, sondern trägt auch dazu bei, den ökologischen Fußabdruck der Einrichtung zu verringern.
Grüne Rechenzentren setzen auf emissionsarme Materialien und Verfahren, die dazu beitragen, dass bereits während des Bauprozesses die Freisetzung schädlicher Substanzen in die Umwelt minimiert wird. Grüne Rechenzentren verfügen während des Baus und im Betrieb über energieeffiziente Infrastrukturelemente. Von Beleuchtungssystemen bis hin zu Baumaschinen – Fachleute bemühen sich, den Energieverbrauch zu senken und Nachhaltigkeit zu fördern.
Grüne Rechenzentren setzen auch Strategien zur Minimierung von Bauabfällen um, wobei der Schwerpunkt auf dem Recycling von Materialien und der verantwortungsvollen Entsorgung von ausrangierten Gegenständen liegt.
Effiziente Kühlsysteme spielen eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung von Herausforderungen im Hinblick auf den Energieverbrauch in Rechenzentren. In herkömmlichen Einrichtungen werden oft Klimaanlagen eingesetzt, um Server zu kühlen und eine Überhitzung zu verhindern. Diese Systeme können jedoch energieintensiv sein und erheblich zum Gesamtstromverbrauch beitragen. Die Implementierung fortschrittlicher Kühltechnologien, wie z. B. Flüssigkeitskühlung oder Präzisionskühlung, trägt zur Verbesserung der Energieeffizienz bei, indem die Temperaturregelung optimiert und die Arbeitsbelastung herkömmlicher Klimaanlagen reduziert wird.
Bei der Luftkühlung wird kalte Luft um die Geräte zirkuliert, um Wärme zu absorbieren. Luftkühlung ist eine traditionelle und kostengünstige Methode, die sich für kleinere Rechenzentren eignet, aber bei hoher Wärmelast Probleme bereiten kann.
Bei der Flüssigkeitskühlung wird eine Flüssigkeit (häufig Wasser) zur Übertragung und Ableitung von Wärme verwendet. Die Flüssigkeitskühlung bietet eine höhere Effizienz bei der Handhabung von Wärme mit hoher Dichte, eine präzise Temperaturregelung und einen geringeren Energieverbrauch. Allerdings ist eine spezielle Infrastruktur und Wartung erforderlich.
Ein innovativer Ansatz zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von Rechenzentren besteht in der Nutzung von Abwärme für zusätzliche Energievorteile. Rechenzentren betrachten Abwärme nicht als Nachteil, sondern nutzen sie für nützliche Zwecke.
Eine Methode ist die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), bei der Abwärme aufgefangen und zur Erzeugung von zusätzlichem Strom oder zur Bereitstellung von Wärme für andere Prozesse genutzt wird. Dies verbessert sowohl die Gesamtenergieeffizienz als auch die Nutzung der im Rechenzentrum erzeugten Energie.2
Strategien zur Eindämmung von Warm- und Kaltgängen können auch zu einer effizienteren Kühlung in Rechenzentren beitragen. Diese Strategien beinhalten das Anordnen von Serverschränken, um die Luftzirkulation zu optimieren und die Vermischung von warmer und kalter Luft zu minimieren. Bei einer Warmgang-Einhausung stehen sich Server-Racks gegenüber, wobei die warme Abluft in einen eingehausten Gang geleitet wird.
Bei der Kaltgang-Einhausung werden Serverschränke so angeordnet, dass die Kaltlufteinlässe einander zugewandt sind, wodurch ein geschlossener Kaltgang entsteht. Die Einhausung von Kaltgängen trägt dazu bei, die Kühleffizienz zu verbessern, die Workload der Kühlsysteme zu verringern und eine vorhersehbarere und gleichmäßigere Temperaturverteilung zu gewährleisten. Dies trägt zu allgemeinen Energieeinsparungen im Rechenzentrumsbetrieb bei.3
Durch Virtualisierung können mehrere Virtual Servers auf einem einzigen physischen Server ausgeführt werden, wodurch die Workloads konsolidiert und die Ressourcennutzung verbessert wird. Durch die optimale Nutzung vorhandener Hardware reduziert die Virtualisierung die Anzahl der benötigten physischen Server, was zu einem geringeren Energieverbrauch und einer effizienteren Infrastruktur des Rechenzentrums führt.
Grüne Rechenzentren legen Wert auf Responsible Computing oder die Optimierung von Workloads und Ressourcennutzung. Durch diese Betonung wird Platzverschwendung reduziert oder beseitigt und Unternehmen können Infrastrukturressourcen energieeffizienter nutzen.
Die Integration erneuerbarer Energiequellen in die Stromversorgung von Rechenzentren ist ein wichtiger Schritt zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen und zur Verringerung der Umweltauswirkungen dieser Einrichtungen. Durch die Umstellung von konventionellen Energiequellen wie fossilen Brennstoffen, die bei der Verbrennung Treibhausgase ausstoßen, auf erneuerbare Energiequellen wie Solar-, Wind- oder Wasserkraft können Rechenzentren ihre Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Energien verringern.
Dieser Übergang steht im Einklang mit den umfassenderen Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels und fördert einen saubereren, nachhaltigeren Energiemix. Die Reduzierung von CO2-Emissionen und die Minimierung des CO2-Fußabdrucks sind grundlegende Ziele bei der Verfolgung eines nachhaltigeren Betriebs von Rechenzentren.
Nachhaltige Rechenzentren legen im Rahmen ihrer umweltfreundlichen Praktiken Wert auf die Wiederverwendung und Optimierung von IT-Geräten. Anstatt Hardware zu entsorgen und zu ersetzen, verlängern diese Zentren die Lebensdauer von IT-Geräten durch Upgrades, Refurbishing und effiziente Wartung.
Nachhaltige Rechenzentren legen großen Wert auf verantwortungsvolle Recyclingpraktiken.4 Wenn Hardware das Ende ihrer Lebensdauer erreicht, ermöglicht verantwortungsvolles Recycling die ordnungsgemäße Entsorgung gefährlicher Materialien und die Rückgewinnung wiederverwendbarer Komponenten für Recyclinginitiativen.
Das Infrastrukturmanagement von Rechenzentren umfasst viele dieser Initiativen. DCIM bietet eine zentralisierte Plattform für die Überwachung und Verwaltung verschiedener Aspekte der Rechenzentrumsinfrastruktur, einschließlich Stromverteilung, Kühlsysteme und IT-Ressourcen.
DCIM-Tools überwachen den Stromverbrauch durch die kontinuierliche Verfolgung und Analyse des Energieverbrauchs in einem Rechenzentrum. Durch den Einsatz fortschrittlicher Überwachungstools können Betreiber von Rechenzentren Erkenntnisse über die Verteilung und Nutzung von Strom in verschiedenen Komponenten gewinnen, darunter Server, Kühlsysteme und Beleuchtung. Diese Echtzeit-Transparenz ermöglicht die proaktive Identifizierung von Ineffizienzen und die Umsetzung von Optimierungsstrategien.
Zertifizierungen und Verbände für grüne Rechenzentren
Zertifizierungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Anerkennung und Förderung nachhaltiger Praktiken in Rechenzentren. Zu den wichtigen Zertifizierungen und Verbänden zählen:
LEED ist eine Zertifizierung, die das Engagement für umweltfreundliche Bau- und Betriebsverfahren hervorhebt. Um eine LEED-Zertifizierung zu erhalten, müssen bestimmte Kriterien in Bezug auf Energieeffizienz, Wasserverbrauch, Materialauswahl und allgemeine Umweltauswirkungen erfüllt werden.
Energy Star ist ein Programm, das von der US-Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency, EPA) (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) und dem US-Energieministerium (Department of Energy, DOE) ins Leben gerufen wurde, um die Energieeffizienz zu fördern. Produkte, die das Label tragen, erfüllen oder übertreffen die von diesen Behörden festgelegten Energieeffizienzkriterien. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Aufrechterhaltung der Funktion und Qualität bei gleichzeitiger deutlicher Reduzierung des Energieverbrauchs.
The Green Grid ist eine gemeinnützige Vereinigung, die sich auf die Förderung der Energieeffizienz in Rechenzentren und Unternehmens-EDV-Umgebungen konzentriert. The Green Grid wurde 2007 gegründet und bringt Branchenexperten, darunter IT-Fachleute, Anbieter und Endnutzer, zusammen, um gemeinsam die Umweltauswirkungen des Betriebs von Rechenzentren anzugehen. Die Organisation stellt Ressourcen, Richtlinien und Standards zur Verfügung, um nachhaltige Verfahren zu fördern und die Energieeffizienz in der gesamten Rechenzentrumsbranche zu verbessern.
Cloud Computing hat das Potenzial, den Energieverbrauch zu senken, da mehrere Benutzer dieselben physischen Server und Anwendungen gemeinsam nutzen können. Die positiven Auswirkungen des Cloud Computing sind jedoch nicht garantiert; sie hängen von mehreren Faktoren ab.
Positiv zu vermerken ist, dass Cloud Computing die Konsolidierung von Rechenressourcen in zentralisierten Rechenzentren ermöglicht, die von Cloud-Service-Providern betrieben werden. Diese Konsolidierung führt zu einer effizienteren Ressourcennutzung und reduziert den Gesamtenergieverbrauch, der mit einzelnen Unternehmen verbunden ist, die ihre eigenen Server On-Premises betreiben.
Cloud-Provider können Workloads optimieren, Ressourcen dynamisch zuweisen und energieeffiziente Technologien implementieren, was zu Energieeinsparungen in größerem Umfang beiträgt. Energieeffiziente Hardware und Kühltechnologien tragen wesentlich dazu bei, das Ausmaß dieses Vorteils zu bestimmen.
Auf der negativen Seite hat die Zunahme des Cloud-Computing erheblich zum globalen Wachstum von Rechenzentren und zu einem erheblichen Energieverbrauch beigetragen. Der 2023 US Data Center Market Overview Report stellt fest, dass sich der Stromverbrauch von Rechenzentren bis zum Ende des Jahrzehnts auf dem besten Weg befindet, das Niveau von 2022 zu verdoppeln, angetrieben durch die Nachfrage nach KI- und maschinenlernfähigen Racks.5 Die Übertragung von Daten in die und aus der Cloud ist ebenfalls ein energieintensiver Prozess, insbesondere wenn die Rechenzentren weit von den Nutzern entfernt sind.
Um eine positive Nettoauswirkung zu erzielen, müssen Unternehmen die Optimierung der Arbeitsbelastung in den Vordergrund stellen und die effiziente Nutzung von Ressourcen sowie die Vermeidung von Leerlauf zu Prioritäten in ihrer Cloud-Strategie machen. Sie müssen einen Anbieter mit einem verteilten Netzwerk aus Rechenzentrums-Speicher und Servern nutzen, die näher an den Benutzern liegen. Dadurch sinkt der Energieaufwand bei der Datenübertragung. Und Unternehmen müssen in energieeffiziente Hardware und Infrastruktur investieren (oder mit einem Anbieter zusammenarbeiten, der dies tut) und Wert auf die Effizienz der Datenübertragung legen.
Die Gesamtwirkung hängt oft von der Energieeffizienz des Rechenzentrums eines Cloud-Providers ab. Unternehmen, die eine Strategie für grüne Energie verfolgen wollen, müssen dies berücksichtigen.
Grüne Rechenzentren helfen, die wachsenden Bedenken in Bezug auf Energieverbrauch, Umweltauswirkungen und Nachhaltigkeit zu berücksichtigen. Grüne Rechenzentren bieten eine Reihe von Anreizen, darunter:
- Kosteneinsparungen: Grüne Rechenzentren tragen aufgrund der verbesserten Energieeffizienz und Ressourcenoptimierung zu einer Senkung der Betriebskosten bei.
- Geringere Auswirkungen auf die Umwelt: Durch die Integration umweltfreundlicher Verfahren in Bau und Betrieb tragen grüne Rechenzentren dazu bei, den CO2-Fußabdruck zu reduzieren, den Elektronikschrott zu minimieren und natürliche Ressourcen zu schonen.
- Höhere Energieeffizienz: Grüne Rechenzentren verbrauchen weniger Strom, wodurch der Gesamtenergieverbrauch und die damit verbundenen Umweltauswirkungen reduziert werden.
- Mehr Nachhaltigkeit: Die Betonung der Wiederverwendung von Geräten, des verantwortungsvollen Recyclings und des nachhaltigen Bauens trägt dazu bei, die langfristige Nachhaltigkeit von Rechenzentren zu gewährleisten.
Weiterführende Lösungen
Die IBM Turbonomic Plattform kann Ihnen dabei helfen, das Rechenzentrum als Helden der nächsten Generation Ihres Ökosystems neu zu definieren. Die Turbonomic-Software optimiert automatisch die Ressourcen Ihrer Anwendungen und skaliert dynamisch und in Echtzeit gemäß den jeweiligen Geschäftsanforderungen. Durch eine Modernisierungsstrategie profitieren Sie von einem effizienteren Rechenzentrum und besseren Geschäftsergebnissen.
Wenn Anwendungen nur das verbrauchen, was sie für ihre Leistung benötigen, können Sie die Auslastung steigern, Energiekosten und CO2-Emissionen senken sowie einen kontinuierlich effizienten Betrieb erreichen. Die IBM Turbonomic-Plattform nutzt intelligente Automatisierung, um Sie dabei zu unterstützen.
IBM Turbonomic ist eine Softwareplattform, die Unternehmen dabei hilft, die Leistung und Kosten ihrer IT-Infrastruktur zu optimieren, einschließlich Public, Private und Hybrid Cloud-Umgebungen.
Ressourcen
Die Automatisierung des Application Resource Management sollte Ihr erster Schritt auf dem Weg zur Nachhaltigkeit sein.
Maßnahmen zur Bekämpfung der Umweltauswirkungen ihrer Geschäftstätigkeit stehen ganz oben auf der Tagesordnung der C-Suite.
Während Unternehmen ihre IT-Modernisierung beschleunigen, um die digitale Transformation zu beschleunigen und sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen, bietet sich eine bedeutende Chance.
Nutzen Sie Hybrid-Cloud und KI, um Abläufe zu rationalisieren, Energie zu sparen und die Leistung zu steigern. So wird Nachhaltigkeit zu einem echten Geschäftsfaktor – und Sie erzielen gleichzeitig Rendite auf Ihre Investition.
Um Stakeholdern wichtige IT-Services bieten zu können, müssen Unternehmen dafür sorgen, dass ihre privaten Rechenzentren betriebsbereit, sicher und gesetzeskonform sind. Das Rechenzentrumsmanagement umfasst die dafür erforderlichen Aufgaben und Management-Tools.
Erfahren Sie, wie Green Computing den Energieverbrauch und die Kohlenstoffemissionen bei der Entwicklung, Nutzung und Entsorgung von Technologieprodukten reduziert.
Fußnoten
Alle Links befinden sich außerhalb von ibm.com
1„Cost, environmental impact, and resilience of renewable energy under a changing climate: a review“, Ahmed I. Osman, Lin Chen, Mingyu Yang, Goodluck Msigwa, Mohamed Farghali, Samer Fawzy, David W. Rooney und Pow-Seng Yap, Springer Link, 28. Oktober 2022
2„Combined Heat and Power Basics“, Energy.gov
3„Green Power Partnership“, EPA.gov
4„Re-use, refurb, recycle: Circular economy thinking and data center IT assets“, Dan Swinhoe, Data Center Dynamics, 8. März 2022
5„Newmark: US data center power consumption to double by 2030“, Matthew Goodwin, Data Center Dynamics, 15. Januar 2024