Grossverbraucher wollen effizienter sein

Moderne Rechenzentren müssen ständig wachsende Datenmengen verarbeiten – in Echtzeit. Mit steigender Leistungsfähigkeit nimmt allerdings der Energieverbrauch zu. Rechenzentren gehören zu den grösseren Energieverbrauchern, weil bei der Datenverarbeitung immer noch viel Abwärme entsteht. Im Schnitt verwenden Rechenzentren denn auch rund die Hälfte der verbrauchten Energie zur Kühlung der Server und Geräte. Weil Energie Geld kostet, soll sie möglichst effizient eingesetzt werden.

Zur Bewertung ihrer Energieeffizienz verwenden Rechenzentren den PUE-Wert. Die Power Usage Effectiveness PUE wurde von der Non-Profit-Organisation The Green Grid definiert und setzt den Gesamtener­gieverbrauch in Relation zur effektiv zur Datenverarbeitung verwendeten Energie. Ein PUE-Wert 1 bedeutete, dass sämtliche Energie in die Datenverarbeitung flösse und keine Energie für Kühlung, Belüftung und Beleuchtung notwendig wäre. In der Praxis ist dies nicht realisierbar und so gilt ein PUE-Wert von 1,2 bereits als sehr effizient. Bei einem solchen Wert, werden lediglich 17% der Energie ineffizient, also nicht zur eigentlichen Datenverarbeitung, sondern zur Kühlung und Belüftung der Infrastruktur benötigt.

Die Bewertungsskala von Green Grid klassifiziert einen PUE von 2,5 und grösser als ineffizient und einen Wert von 2,0 als durchschnittlich. Als effizient gelten Werte um 1,5 oder kleiner. Der durchschnittliche PUE eines konventionellen Rechenzentrums liegt heute zwischen 1,6 und 2,0.

Optimieren geht immer

Wird ein Rechenzentrum neu auf der grünen Wiese gebaut, können die aktuellsten Erkenntnisse und Technologien bereits in der Planung und beim Bau berücksichtigt werden. Was aber können bestehende Rechenzentren tun, um die Energieeffizienz sinnvoll zu steigern? Ein an sich intaktes Gebäude abzureissen, ist nicht nur aus ökonomischer, sondern auch aus ökologischer Sicht meist sinnlos, da Abriss, Entsorgung und Neubau mehr Energie benötigen als mittelfristig eingespart werden kann. Abgesehen davon würden bestehende Ressourcen vernichtet und neue zusätzlich gebunden. Dass eine deutliche Erhöhung der Energieeffizienz mit gezielten Einzelmassnahmen auch in bestehenden Gebäuden erreicht werden kann, zeigt das Beispiel der Bedag Informatik AG.

Das Hauptgebäude der Bedag wurde 1987 in Bern fertiggestellt. Es beherbergt eines der grössten Hochsicherheits-Rechenzentren in der Schweiz. Auf einer Rechenzentrumsfläche von über 1000 m² werden die Daten des Kantons Bern und weiterer Kunden aus der ganzen Schweiz gespeichert und verarbeitet. Die hohe Rechenleistung verlangt einen optimalen Einsatz der Energie-Ressourcen. Deshalb setzt die Bedag auf einen energieschonenden Betrieb ihrer Anlagen und die sinnvolle Nutzung der Abwärme, welche im Rechenzentrum anfällt.

Mit Abwärme den Heizenergieverbrauch senken

In den Wintermonaten wird die aus dem Rechenzentrum anfallende Wärme vor allem zum Heizen der Liegenschaften der Bedag und der angrenzenden Universität an der Engehalde in Bern verwendet. Jährlich kann mit dieser Wärmerückgewinnung Heizenergie im Umfang von über 1,26 GWh eingespart werden. Dies entspricht dem Energieäquivalent von 126 000 l Heiz­öl. So bleibt nur noch wenig Abwärme, die über Kältemaschinen mittels Aarewasserrückkühlung energieeffizient abgeführt wird.

Zur zusätzlichen Energieoptimierung werden die tiefen Temperaturen in den Wintermonaten genutzt, um den Energieverbrauch der Kältemaschinen mittels direkter Aarewasserkühlung weiter zu verringern (indirektes Free Cooling). So hat die Bedag Ende 2016 nachhaltig investiert und zusätzlich zwei Aarewasser-Plattentauscher in den Rücklauf des Kühlwassersystems eingebaut. Damit wird das Wasser im Rücklauf vor dem Eintritt in die Kältemaschinen mit Aarewasser vorgekühlt, wodurch Letztere weniger Kühlarbeit leisten müssen. Die modernisierte Anlage war während der Wintersaison 2017/18 zum zweiten Mal in Betrieb und das Ergebnis überzeugt:

Die Rücklauftemperatur des Kühlwassers konnte mit den beschriebenen Massnahmen von 15° auf 8° bis 13°C gesenkt werden. Damit wurden alleine in der letzten Saison weitere 1,43 GWh an Kälteenergie eingespart. Dies entspricht fast der Leistung einer der vier Kältemaschinen der Bedag oder der Energie, welche rund 3300 haushaltsübliche Kühlschränke pro Jahr verbrauchen.

Leider funktioniert das Prinzip der Vorkühlung des Rücklaufes nur bei kühler Aare. Die angenehmen Badetemperaturen im Sommer reichen für eine Vorkühlung nicht mehr aus. Im Sommer kann die anfallende Wärme der EDV nur über die Kältemaschinen (indirekt) durch die Aare rückgekühlt werden. Um die Aare dabei möglichst nicht zusätzlich zu erwärmen, ist die Erwärmung des rückfliessenden Wassers auf maximal plus 10° C begrenzt. Normalerweise werden zirka 36 l/sec zurück in die Aare geleitet. Bei einer Wassermenge der Aare von durchschnittlich 120 000 l/sec erwärmt sich die Aare an der Rückflussstelle somit um minimale 0,003° C. Das ist zu wenig, um auch in einem kühlen Sommer für angenehme Badetemperaturen zu sorgen.

Ressourcen nachhaltig einsetzen

Durch Wärmerückgewinnung, Kühlwasser-Vorkühlung und viele punktuelle Einzelmassnahmen konnte der PUE-Wert des Bedag-Rechenzentrums in den letzten Jahren von über 1,7 auf den guten Wert von 1,4 gesenkt werden. Für die Zukunft sind mit zusätzlichen Kaltgangeinhausungen und etwas höheren Temperaturen in den Serverräumen noch weitere Optimierungen vorgesehen.

Dabei ist der Bedag ein sorgsamer Umgang mit der Umwelt auch im Strombezug wichtig. Die Dachflächen der Gebäude Engehaldestrasse 12 und 18 sind mit einer Photovoltaikanlage bestückt, die jährlich 30 bis 40 MWh elektrische Energie produziert. Ausserdem bezieht die Bedag in Bern seit 2013 den Strom aus vollständig nachhaltiger und erneuerbarer Produktion (Naturstrom). Dieser ökologisch unbedenkliche Strom wird vorwiegend in der Schweiz produziert. Er ist CO₂-neutral und wird zu 100% aus erneuerbaren Energien (98% Wasserenergie und 2% Biomasse) gewonnen.