Server Racks

Jeder, der schon mal in einem Rechenzentrum war, weiß: Da ist es unglaublich laut – weil so viele Ventilatoren die Rechner kühlen. Und eigentlich auch kühl, weil Klimaanlagen die Räume kühlen. Doch es gibt Ideen und Konzepte, den Aufwand für die Kühlung zu reduzieren – oder die Abwärme sogar nutzbar zu machen.

Wenn wir ein Notebook auf dem Schoß haben, dann merken wir das schon mal: Beim Arbeiten wird das Gerät ganz schön warm. Wenn es richtig arbeiten muss, auch schon mal heiß. Auch das Smartphone erwärmt sich, wenn zum Beispiel damit Spiele gespielt oder Videos geschnitten werden.

In Rechenzentren entsteht Abwärme

Darum werden Computer warm und heiß

Ein Naturgesetz: Computer geben Wärme ab, wenn sie arbeiten. Was jeder von an den eigenen Geräten erlebt, das ist in den Rechenzentren weltweit natürlich auch so. Mit jedem Streaming, mit jeder Onlinesuche erzeuge ich also weltweit viel Wärme!

Je schneller ein Prozessor arbeitet, desto mehr Strom fließt – und um so mehr Abwärme entsteht. Das ist ein Naturgesetz. Darum sind Computer, die gerade keine schwierigen Aufgaben bewältigen, recht kühl – etwa beim Beantworten von E-Mails oder beim Surfen.

Geht es aber richtig zur Sache und der Computer muss ordentlich rechnen und arbeiten, zum Beispiel wenn Fotos oder sogar Videos bearbeitet werden oder wenn ein anspruchsvolles Spiel läuft, das in Echtzeit aufwändige Grafiken zeigt, dann muss der Computer Höchstleistungen verbringen – und erhitzt. In einem Rechenzentrum arbeiten unzählige Computer – und wenn die nicht nur Däumchen drehen, entsteht unheimlich viel Wärme. Und die macht sich bemerkbar.

Projekt Natick

Aufwändige Kühlung erfordert hohen Energieaufwand

Damit die Computer nicht überhitzen – denn Computer mögen selbst keine Wärme –, müssen Rechenzentren aufwändig gekühlt werden. Für beides – die Computer selbst und ihre Kühlung – ist ein enormer Energieaufwand nötig.

Es ist also eine Menge Energie nötig, um Rechenzentren zu betreiben.

Alle Rechenzentren in Deutschland verbrauchen rund 13 Milliarden Kilowattstunden Strom im Jahr. So viel wie ganz Berlin – Industrie inklusive! – im Jahr an Energie benötigt! Tendenz: Steigend.

Und das rasant, denn wir brauchen ja immer mehr Rechenzentren. Nicht nur für Cloud-Dienste, auch für Mobilfunknetze wie 5G. Hier sind überall Mini-Rechenzentren nötig. Bedeutet: Es fällt immer mehr Wärme an. Wir haben heute bereits geschätzt acht Millionen Rechenzentrum weltweit. Und es werden immer mehr. Gesamtverbrauch aktuell: 200 Terawattstunden im Jahr 2018, so eine Studie der Northwestern University.

Microsoft Unterwasser Server

Project Natick, Vessel retrieval Stromness, Orkney. Microsoft – Tuesday 7th to Wednesday 15th of July 2020

Kühlung mit Außenluft

Die Klimatisierung – also Kühlung – macht rund 22% der Energiekosten aus. Die vorhandene Umgebungsluft zur Kühlung zu verwenden, ist da ein naheliegender Gedanke. Nur: Die Luft muss auch kühl sein – und darf gleichzeitig nicht zu feucht sein, das würde Probleme verursachen.

Es gibt aber Gegenden in der Welt, da ist die Luft die meiste Zeit im Jahr kühl und trocken – etwa in Island. Deshalb entstehen dort eine Menge Rechenzentren. Kürzlich erst vor ein ehemaliges Nato-Gebäude zu einem Rechenzentrum umfunktioniert, das praktisch das ganze Jahr über – bei Außentemperaturen von maximal 0 bis 5 Grad – mit Außenluft gekühlt werden kann. Das spart bis zu 20% Energiekosten, da die Klimaanlagen wegfallen.

Kühlung mit Wasser

Es gibt noch andere Ideen: Nicht mit Luft kühlen. Hat sich auch Microsoft gedacht und schon 2018 ein Rechenzentrum im Wasser versenkt, vor den schottischen Orkney-Indeln im Meer, um genau zu sein. Beim Projekt Natick wurde erstmals untersucht, ob Wasserkühlung eine Alternative ist.

Dazu hat Microsoft ein Rechenzentrum mit 874 Servern und 27,6 Petabyte Festplatten im Meer versenkt. Zwei Jahre war das Rechenzentrum auf dem Meeresgrund. Mittlerweile ist es wieder geborgen. Die Ingenieure haben festgestellt: Die Kühlung mit Wasser spart viel Energie.

Wer nun befürchtet: Dann erhitzt sich doch das Meer! Offensichtlich nicht. Wenige Meter entfernt vom Rechenzentrum haben die Forscher die Meerestemperatur gemessen, und die war nur wenige Tausendstel Grad wärmer als gewöhnlich. So ein Ozean ist nun mal riesig.

Cooling

Abwärme zum Heizen nutzen

Aber lässt sich die Abwärme nicht auch aktiv nutzen? Bei Kraftwerken wird die Abwärme ja mitunter genutzt, um Haushalte mit Wärme zu versorgen, zum Heizen oder um das Wasser zu erhitzen. Ist so etwas für Rechenzentren auch denkbar – oder ist dafür die erzeugte Wärme zu gering?

Es gibt immer mehr Rechenzentren, auch bei uns in Deutschland – und die erzeugen auf absehbare Zeit auch weiterhin eine Menge Wärme. Um mal die Dimensionen deutlich zu machen: Laut Borderstep Institut hat sich der Strombedarf aller Rechenzentren in Deutschland um 60 Prozent erhöht.

In der Summe verbrauchen sie jetzt schon mehr Energie als die gesamte Stadt Berlin. 16 Milliarden KW/h. Da fällt eine Menge Abwärme an. Laut Studie könnten die im Großraum Frankfurt angesiedelten Rechenzentren – da sind es besonders viele –, bis zum Jahr 2030 den gesamten Wärmebedarf aller Haushalte und Bürogebäude komplett decken.

Den Wärmebedarf einer kompletten Großstadt decken mit der Abwärme von Rechenzentren: Das macht schon deutlich, wie sehr es sich lohnt, sich Gedanken darüber zu machen. Da Rechenzentren 24/7 arbeiten, also durchgängig und immer gleich, ist für eine gleichmäßige Abwärme gesorgt. In Frankfurt wird tatsächlich an einer Umsetzung gearbeitet. Das ist ein Pilotprojekt des Bundesumweltministeriums.