Höhere Temperaturen für klimafreundlichere Rechenzentren

Der wachsende Energiehunger von Rechenzentren belastet nicht nur unsere Geldbeutel, sondern auch das Klima. Ein Forschungsteam der Polytechnischen Universität Hongkong schlägt daher vor:  Lässt man die Temperatur in Rechenzentren bis zu 41 Grad Celsius steigen, könnten wir global über die Hälfte der Kühlenergie einsparen. Bei dieser optimalen Temperatur kann die Methode der freien Kühlung maximal effizient genutzt werden, was den Bedarf an Kältemaschinen drastisch reduziert, so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Allerdings vertragen die meisten aktuellen Server solche Temperaturen überhaupt nicht, das soll sich in Zukunft ändern.

Was bedeutet freie Kühlung?

Die freie Kühlung nutzt ein einfaches Prinzip: die kühlende Kraft der Umgebungsluft. Diese Luft strömt ins Rechenzentrum, absorbiert dort die Wärme und wird wieder hinausgeführt. Der einzige Energieverbrauch dabei? Die Ventilatoren, die für den Luftaustausch sorgen. Dieses System ist nicht nur eine Oase für den Geldbeutel, sondern auch ein Segen für das Klima.

Im Gegensatz zu den konventionellen Kältemaschinen in Rechenzentren, die wie Klimaanlagen agieren, ist dieses Verfahren umweltfreundlich. Der Haken: Es funktioniert nur, wenn draußen kühler ist als drinnen. Das ist jedoch in vielen Fällen nicht der Fall, da die wertvolle Technik nicht zu heiß werden darf.

Kühlsysteme machen mehr als ein Drittel des Energieverbrauchs aus

Bei den meisten Rechenzentren liegt die Betriebstemperatur heute zwischen 20 und 25 Grad Celsius. Das bedeutet, dass die Räume aktiv runtergekühlt werden müssen. Die dafür benötigten  Kühlsysteme beanspruchen mehr als ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs dieser Einrichtungen, wie Shengwei Wang, der Erstautor der Studie, hervorhebt.

Doch warum die Server nicht bei höheren Temperaturen laufen lassen? Dank technologischen Fortschritten in der Elektronik ist das mittlerweile machbar. Tatsächlich können viele moderne Server problemlos bei Temperaturen jenseits der 30 Grad-Marke betrieben werden, so das Forschungsteam.

„In den meisten Klimazonen der Erde könnten Rechenzentren also von der freien Kühlung profitieren – wenn sie bei höheren Temperaturen betrieben werden“, so Wang, der das Forschungsinstitut für Smart Energy der Polytechnischen Universität Hongkong leitet.

Auf der Suche nach der idealen Raumtemperatur

Drei Forschende der Hongkonger Universität stellten sich die Frage: Bei welcher Temperatur könnten Rechenzentren am effizientesten betrieben werden? Sie suchten nach einem Optimum zwischen nicht zu heiß, um Überhitzung zu vermeiden, und warm genug, um die umgebende Luft zur Kühlung zu nutzen.

Um dies zu ergründen, entwickelten sie ein Modell eines Rechensystems mit traditionellem Kühlsystem und simulierten dessen Betrieb unter diversen klimatischen Voraussetzungen. Ihre Erkenntnis? Bei einer Betriebstemperatur von 41 Grad Celsius könnten Rechenzentren in nahezu allen globalen Klimazonen fast gänzlich auf freie Kühlung setzen. Im Vergleich zu Systemen, die bei 22 Grad laufen, bedeutet dies eine Energieeinsparung von 13 bis 56 Prozent.

Auswirkungen auf das Personal bleiben unbeantwortet

Die Marke von 41 Grad bezeichnet das Forschungsteam als „global free cooling temperature“ bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine Temperatur, bei der in nahezu jeder Region und Klimazone die freie Kühlung optimal genutzt werden kann. Wie sich diese Temperaturen jedoch auf Personen auswirken, die in solchen Umgebungen arbeiten, bleibt zu klären.

Die Forschenden betonen aber auch, dass es je nach Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit in manchen Regionen überhaupt nicht notwendig ist, diese Temperaturmarke zu erreichen. In Hongkong beispielsweise liegt der optimale Wert bei 40 Grad, in Peking bei 39 Grad und in der Stadt Kunming, die weiter im Landesinneren liegt, bereits bei 38 Grad Celsius.

Noch ist die Idealtemperatur nicht möglich

In ihrer Studie schlägt das Forschungsteam neue Temperaturrichtlinien für Rechenzentren vor. Diese sollen künftig bei der Entwicklung und Verwaltung leistungsfähigerer und klimafreundlicherer Datencenter helfen. Die Experten sind zuversichtlich, dass kommende Servergenerationen problemlos bei diesen vorgeschlagenen Temperaturen funktionieren werden.

„Dies bietet erstmals einen konkreten Richtwert für Kühlsystem- und Serverdesigner“, erklärt Wang. Das Ziel von 41 Grad für Rechenzentren rückt näher und ist, mit einem Unterschied von nur zehn Grad oder sogar weniger, in greifbarer Nähe.“

Die Studie des Forschungsteams wurde im Fachjournal „Cell“ veröffentlicht.