Channel Fokus: Power & Cooling Im Rechenzentrum heißt es kühlen Kopf bewahren

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Auch 2024 suchen Betreiber von Rechenzentren engagiert nach weiteren Möglichkeiten, Strom einzusparen und die bei der Kühlung abgeleitete Hitze möglichst gewinnbringend einzusetzen. Und das müssen sie auch: Das Energie-Effizienzgesetz lässt ihnen keine andere Wahl.

Kaum jemand hat es mitbekommen: Aber am 8. Januar 2024 ist Europa knapp an einem Blackout vorbeigeschrammt“, titelte die Stuttgarter Zeitung am Folgetag. Gravierende Ausfälle gab es glücklicherweise noch nicht, aber die Zahl der Eingriffe der Netzbetreiber zur Stabilisierung des Stromnetzes ist deutlich höher als vor Beginn der sogenannten Energiewende. Das haben die Betreiber von Rechen­zentren (RZ) ganz genau auf dem Schirm, denn laut Berechnungen des Branchenverbandes Bitkom lag der Strombedarf der deutschen Rechenzentren im Jahr 2022 bei 18 Milliarden kWh, 2012 waren es lediglich elf Milliarden.

„Es wird notwendig, Mechanismen zu etablieren, die eine sichere Strom­versorgung gewährleisten und Stromkosten für Rechenzentrumsbetreiber gleichzeitig besser kalkulierbarer machen“, bestätigt Andreas Bichlmeir, Vorstand von Online USV.

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Kühlung ist größter Stromfresser

Fast die Hälfte des Stroms in Rechenzentren wird laut Experten etwa des Open Data Institute für die Kühlung der Hardware aufgewendet. Dieser Anteil muss einerseits verringert, andererseits Konzepte erstellt werden, um aus der abgeführten heißen Luft Profit zu schlagen und damit umweltfreundlicher zu agieren.

Mit der Abwärme von RZ allein in Frankfurt am Main – Sitz von mehr als 60 Einrichtungen und des größten Internet-Austauschknotens – könnten rein theoretisch bis 2030 sämtliche Wohn- und Büroräume CO₂ neutral geheizt werden, meint Dr. Béla Waldhauser, Leiter KG Datacenter Infrastruktur beim Eco-­Verband. Im Gesetz festgeschrieben sei die Vorgabe einer im Jahresmittel zu erreichenden Power Usage Effectiveness (PUE) von 1,2 – eine große Herausforderung für die Betreiber von Rechenzentren in Deutschland.

Hinzu kommt seit dem 1. Januar dieses Jahres das Energie-Effizienzgesetz – es verpflichtet die Branche dazu, ihre Abwärme auszukoppeln und für anderweitige Nutzung zur Verfügung zu stellen. So will die Bundesregierung ihre Klimaziele für Deutschland erreichen. Das bedeutet, dass ab Mai 2024 von RZ-Betreibern mit einer Leistung von mehr als 500 kW verlangt wird, einen Bericht über ihren Betrieb zu verfassen und zu teilen, erläutert Katja Neumann, Channel Sales Director Central Western Europe bei Vertiv. Betreiber mit mehr als 1 MW müssen zudem die Anwendung bewährter Verfahren gemäß dem Verhaltenskodex für die Energieeffizienz von RZ nachweisen. Auch Abfallverwertungssysteme würden zur Pflicht.

Neumann berichtet zudem von regulatorischen Änderungen in Bezug auf die in den Kältemaschinen verwendeten Kühlgase: „Fluorierte Kältemittel sind derzeit noch erlaubt. Ab 2025 werden diese Kältemittel jedoch je nach Leistung schrittweise durch Alternativen mit niedrigeren GWP-Werten (Global Warming Potential) ersetzt. Der GWP-Wert hängt von der Leistung des ­Kühlers/Kühlgeräts ab.“

Neumann ist es in Bezug auf Power & Cooling wichtig klarzustellen, dass die Flüssigkeitskühlung nach wie vor unschlagbar sei. Vertiv habe daher zuletzt den Wiener ­Kühlungs-Spezialisten Coolterra übernommen. Als einen neuen Weg, um noch mehr Energie einzusparen, betrachtet man standardisierte Lösungen für Racks, Reihen und Gänge für kürzere Entwicklungszeiten und einfachere Bereitstellung.

Ist gebrauchtes Equipment eine Option?

Die Produktlebenszyklen von IT-Geräten verkürzen sich permanent, im Schnitt tauschen Unternehmen ihre Hardware nach drei bis fünf Jahren aus. Das ist natürlich alles andere als nachhaltig, eigentlich handelt es sich sogar um eine eklatante Verschwendung von Rohstoffen. Muss das sein? Die Verschrottung von Rechenzentrumsausrüstung ist selbstredend keine umweltbewusste Lösung, das Recycling derselben aber auch nicht, wie uns Studien zeigen. Den geringsten Fußabdruck hinterlässt Hardware, wenn sie an IT-Remarketing-Spezialisten veräußert wird. Bei der Wiederverwendung gebrauchter Hardware gibt es wirtschaftlich und ökologisch betrachtet nur Gewinner, der Verkauf an Profis erlöst hohe Restwerte und spart Aufwendungen für die Entsorgung. Kurz: Die Wiederverwendung spart Ressourcen, CO₂ und bares Geld.

Aber Hardware ist nicht gleich Hardware. Nur ganz bestimmte Gerätegattungen kommen in den Wiederverwertungskreislauf, und das sind in der Regel Server, Racks, Router und Switches. USV-Anlagen, Netzersatzanlagen oder gar Klimageräte sind laut Bernd Dürr, Rechenzentrums-Experte aus dem Schwäbischen, die Ausnahme. Er selbst hatte solche Geräte quasi nebenbei auf seiner Firmen-Homepage kostenlos angeboten, die Resonanz sei jedoch „konstant bescheiden“ gewesen. Und dies sowohl auf Verkäufer- wie auch auf Interessentenseite.

Denn auf gebrauchte Hardware für Power & Cooling gebe es in der Regel keine Garantie mehr, anders als etwa für aufbereitete Server. Bei deren Ausfall gehen in der Regel keine Daten verloren, das Risiko des Käufers ist überschaubar. Beim Ausfall der Stromversorgung sei im Rechenzentrum dagegen „die Hölle beziehungsweise gar nichts mehr los. Daher steht die Frage nach der Haftung und Gewährleistung im Mittelpunkt einer jeden Kaufentscheidung für Rechenzentrums-Hardware“, so Dürr.

Garantie auf Server, Racks, Router und Switches

Auf Second-hand-Server, -Racks, -Router und -Switches gebe es dagegen sehr wohl Garantien. Curvature zum Beispiel gewährt eine „lebenslange“ Garantie auf Switches, Router, x86-Server, Access Points, Controller und Speicher-Arrays. „Für Hersteller von Infrastrukturkomponenten wie USV-Anlagen Netzersatzanlagen oder Klimageräten ist das Wiederaufbereiten und mit Garantie zu günstigen Konditionen wiederzuverkaufen bisher - so mein Wissensstand – aber noch keine Option. Möglicherweise liegt es auch daran, dass diese Komponenten klassischerweise Verschleißteile haben, die es in der IT-Hardware in dieser Form so nicht gibt“, so Dürr weiter.

Somit ist die Wiederaufbereitung von speziellen IT-Komponenten für das Rechenzentrum durchaus ökologisch sinnvoll, sicher und eine Erleichterung für das Portemonnaie der Betreiber – sofern darauf Garantie gewährt wird. USV-Anlagen und Klimatechnik, mutmaßlich ohne weitere Gewährleistung, kommen aus Sicht von Dürr eher für kleine Mittelständler mit überschaubarem Hardwarebedarf und geringer IT-Abhängigkeit der Geschäftsprozesse in Frage. Hier darf dann auch mal die IT ausfallen, ohne dass gleich das ganze Unternehmen davon betroffen ist.

Flüssigkühlung ist und bleibt die Zukunft

Auch Chris Kramar, Director & General Manager OEM DACH bei Dell, sieht bei den Kühlungsoptionen, dass kein Weg an der Liquid-Cooling-Technologie vorbeiführt. Nur sie könne den PUE-Wert eines RZ auf unter 1,05 drücken und die dabei entstehende Abwärme anderweitiger Nutzung zuführen. Bezogen werden kann sie als ein- oder zweiphasiges Direct Liquid Cooling: „Die Zweiphasenkühlung unterscheidet sich insofern von der Einphasenkühlung, als dass die Kühlflüssigkeit verdampft und dann erst wieder in einen flüssigen Aggregatzustand überführt wird. Während die Einphasenlösung grundsätzlich günstiger und simpler ist, ist der Flüssigkeitsverlust im geschlossenen Zweiphasen-System niedriger. Physisch implementieren wir beide Varianten in Serversystemen als sogenanntes Direct Liquid Cooling Rack. Dell bietet eine ganze Reihe von Servern, die ausgelegt sind für die Temperaturregelung via Eintauchen der Geräte in Kühlflüssigkeit.“

Die Flüssigkühlung nehme auch immer mehr die CPU ins Visier, berichtet Michael Scheuring, Consultant Datacenter Infrastructure bei Enthus. Auch sie ziele darauf ab, die Rücklauftemperaturen effizienter zu nutzen. „Das direkte Chip-Cooling verspricht eine effizientere Kühlung und kann einen signifikanten Beitrag zur Energie­einsparung leisten.“ Auch Enthus setzt nach den Worten von Scheuring auf energie­effiziente Kühllösungen auf CW-Basis, die nicht nur Freikühlung nutzten, sondern auch die direkte Chipkühlung ­ermöglichten.

Nutzung der Abwärme

Von der Kühlung ist es nur ein kurzer Sprung zur Nutzung der dadurch abgeführten Wärme. Daher drehen sich laut Scheuring aktuelle Diskussionen zur Energieeffizienz im RZ verstärkt um die Möglichkeiten der Abwärmenutzung. Dies spiegle die branchenweite Bestrebung wider, die erzeugte Wärme als Ressource effektiv zu nutzen. „Es ist klar, dass Abwärme ein buchstäblich heißes Thema ist und bleiben wird“, bestätigt Kramar. Es sei wünschenswert, einerseits die Abwärme nicht einfach nur sprichwörtlich in die Luft zu blasen, sondern sie gewinnbringend zu nutzen, und andererseits standardisierte Modelle für die Nutzung der Abwärme von Rechenzentren zu entwickeln. „Da immer mehr Unternehmen Nachhaltigkeit und Umweltschutz als strategisch wichtig erachten, ist zu erwarten, dass sich ihr gesamtes Energienutzungsverhalten grundlegend verändern wird – und das branchenübergreifend. Green IT ist, wenn sie im Wortsinn und nicht als Greenwashing-Buzzword verwendet wird, ein Zukunftsmodell.“

Immer mehr Kunden wollten nachhaltiger werden, sodass laut Kramar ganz neue Geschäftsfelder entstehen. Manche Serverzentren könnten auf diese Weise sogar noch einen Zugewinn im gewissen Rahmen erzielen, denn die Abwärme sei für Stadtwerke und Energielieferanten tatsächlich wertvoll.

Mehr Hyperskalierung und Edge Computing

„Der Wechsel von On-Premises- zu Cloud-Diensten wird die Nachfrage nach hyperskalaren Rechenzentren erhöhen“, so Neumann. „Die Verbreitung von Edge-­Installationen in Kombination mit nahen, sauberen Stromquellen hilft, Stromverteilungsverluste zukünftig zu verringern und die Datenlatenz zu reduzieren.“ Apropos Edge: Gerade in diesem Umfeld habe sich ein „attraktiver Lösungsmarkt“ für den effizienten, sicheren und nachhaltigen Betrieb einer dezentralen IT-Architektur entwickelt, wie Edge-Cloud-Umgebungen es nun eben sind, so Vincent Barro, Vice President Secure Power DACH, Schneider Electric: „Dank unserer Service­orientierung mit einem starken Field Service Team können wir unsere Partner aus dem Channel hier sehr gut unterstützen, auch beim Thema Nachhaltigkeit.“

Bessere Batterien und Solarzellen

Einen interessanten Aspekt zeigt Bichlmeir: „Im USV-Bereich nehmen wir eine lautere Diskussion über die geeigneten Batterietypen wahr.“ Dabei stünden insbesondere Blei-Gel- und Li-Ionen-Batterien im Fokus. Es existieren teils erhebliche Unterschiede in Bezug auf Energiedichte, Lebensdauer, Temperaturstabilität, Platzbedarf, Wartungsaufwand, Sicherheit und Recycling. Moderne USV-Modelle, der Einsatz eines intelligenten Batterie-Managements und Monitoring Tools reduzierten den USV-Grundverbrauch vom ersten Tag an.

„Technologische Innovationen haben das Potenzial, die Stromversorgung langfristig zu verändern. Solarenergie, Wind- und Wasserkraft werden verstärkt eingesetzt, sind jedoch unregelmäßig verfügbar“, erläutert er. „Mit neuen Energiespeichertechnologien lassen sich zukünftig überschüssige Energie speichern und bei Bedarf abrufen. Fortschritte in der Batterietechnologie – insbesondere in der Entwicklung von Feststoffzellen – unterstützen die Bereitstellung effizienter und sicherer Speicherlösungen. Und mit einem gesteigerten Wirkungsgrad von zehn Prozent auf 50 Prozent entwickeln sich Solarzellen weltweit positiv.“

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) ist nun schon das dritte Jahr das beherrschende Thema in der IT. Auch für die Planung und den Betrieb von RZ wird sie künftig eine Rolle spielen: Unternehmen könnten sie zum Beispiel dafür einsetzen, die vorhandene Fläche möglichst effizient zu nutzen, so Kramar. Zu denken wäre aber auch an die Optimierung der Kühlung und der Stromversorgung – KI sollte bald in der Lage sein, die jeweils effizienteste Installation vorzuschlagen.

Ein weiterer Aspekt der KI wird von Barro angesprochen: „Die Relevanz nachhaltiger KI wird durch aktuelle Studien und Analysen belegt, etwa durch den aktuellen Bericht ‚Electricity 2024‘ der Internationalen Energieagentur (IEA). Darin geht die IEA davon aus, dass sich der Stromverbrauch von Rechenzentren aufgrund der steigenden Nachfrage nach Rechenleistung, KI und Kryptowährungen bis 2026 verdoppeln wird.“ Deshalb sei es für Rechenzentrumsbetreiber entscheidend, die Verbesserung der Energieeffizienz weiter voranzutreiben.

Micro-Rechenzentren

Ein großer Trend im RZ-Umfeld sind modulare Rechenzentren, gerne in Container-Bauweise. Dabei wird grundsätzlich keine unnötige Energie verschwendet, da der Betreiber bedarfsgerecht planen kann. So lassen sich zum Beispiel USV-Anlagen mit je zehn 10 KW-Einheiten und einer elften 10 KW-Einheit als Redundanz modular aufbauen. Integriert sind zudem Kalt-/Warmluft-Trennung und indirekte freie Kühlung. Rohre und Zuleitungen sind als Einmalinvestition bereits verlegt, Abgänge für potenzielle Kühlgeräte und Klimaschränke sind ebenfalls vorhanden.

Katja Neumann, Channel Sales Director Central Western Europe bei Vertiv: „Unser TimberMod-Produkt ist besonders innovativ, da es sich bei ihm um eine modulare Rechenzentrumslösungen aus Massivholz handelt. Indem wir auf diese Weise den üblich verwendeten Stahl einsparen, helfen wir unseren Kunden, ihre Klimaziele zu erreichen und so den Ressourcenverbrauch und die CO2-Emissionen zu verringern. Wir haben das neue Produkt Ende letzten Jahres vorgestellt.

Schneider hat die Ecostruxure Modular Data Center im Portfolio, die bis in sechs bis neun Monaten nach der Konstruktionsfreigabe in Betrieb gehen können. Auch Dell offeriert modulare Rechenzentrumslösungen, die von einzelnen Rack-Remote-/Hardbend-Lösungen bis hin zu vollständigen 100±Rack-Lösungen reichen. „Ihr modulares Design ermöglicht eine schnelle Bereitstellung auch sehr großer RZ, die gleichzeitig einen sehr niedrigen PUE-Wert aufweisen. Sie sind nach dem Bausteinprinzip aufgebaut und exakt auf die Anforderungen eines spezifischen Unternehmens zugeschnitten. Sie bieten eine schnelle Bereitstellung und eine unkomplizierte Konfiguration. Unterstützt werden Nutzer zu jeder Zeit von einem dedizierten Architektur- und Produktmanagement-Team“, berichtet Chris Kramar, Director & General Manager OEM DACH bei Dell Technologies.

Für modulare RZ gibt es ebenso modulare USV-Systeme, so Michael Scheuring, Consultant Datacenter Infrastructure bei Enthus. Deren Besonderheit liege in ihrer flexiblen Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Leistungsanforderungen: „Unsere PDU-Systeme ermöglichen eine effektive Messung und Optimierung des Energieverbrauchs im Rechenzentrum."

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