Mahdollisesti katastrofaalisen ilmastonmuutoksen uhan edessä valtiot ja organisaatiot etsivät kiireisesti tapoja vähentää kasvihuonekaasupäästöjään, ja yksi ilmeisimmistä ratkaisuista on energiatehokkuus. Paljon energiaa kuluttavat toimialat ovat siksi erityisen tarkastelun kohteina. Seuraavassa artikkelissa selitetään, miten jäähdytystä voidaan tehostaa runsaasti energiaa kuluttavissa datakeskuksissa. Siinä kerrotaan myös merkittävistä kustannussäästöistä ja ympäristöystävällisyyden parannuksista, jotka voidaan saavuttaa tarkoilla mittauksilla.

Taustaa

Glasgow'n COP26-ilmastokonferenssin osallistujilla oli kotiin palatessaan kerrottavanaan hälyttäviä uutisia, joiden mukaan yhteenlasketut sovitut kansalliset kasvihuonekaasupäästövähennykset eivät riittäisi rajoittamaan maapallon lämpenemistä 1,5 celsiusasteeseen esiteolliseen aikaan verrattuna. Valtiot ja organisaatiot etsivät siksi kiireisesti tapoja saavuttaa nettonollatavoitteensa.

On arvioitu, että maailman 18 miljoonaa datakeskusta käyttivät 200–250 TWh energiaa vuonna 2020 (1). Tämä vastaa noin yhtä prosenttia maailman sähkönkulutuksesta. Tämän datakeskusten suuren energiatarpeen aiheuttavat IT-infrastruktuuri (keskimäärin noin 60 %) ja siihen liittyvät jäähdytys- ja ilmastointijärjestelmät (keskimäärin noin 40 %). Tähänastiset energiatehokkuuden parannukset datakeskuksissa ovat onnistuneet irrottamaan tietoliikenteen määrän kasvun ja energian käytön kasvun toisistaan. IT-laitteistojen energiatehokkuus paranee jatkuvasti, mutta myös jäähdytysjärjestelmiä on seurattava ja ohjattava tarkasti energian kulutuksen minimoimiseksi. Energiakustannusten noustessa datakeskusten energiatehokkuuden optimointiin on sekä ympäristöön liittyvät että taloudelliset kannustimet.

Datakeskuksia on tällä hetkellä selvästi eniten Yhdysvalloissa (2 670). Seuraavaksi eniten on Isossa Britanniassa (452) ja Saksassa (443), ja niitä on paljon myös Kiinassa, Alankomaissa, Australiassa, Kanadassa, Ranskassa ja Japanissa (2).

Datakeskusten ja muiden IT-toimintojen energiakustannuksiin kohdistuu entistä tarkempaa sääntelyä, kun hallitukset pyrkivät turvaamaan energiansaannin ja lähestymään nettonollatavoitetta. Esimerkiksi Singaporessa datakeskukset aiheuttavat noin 7 % sähkönkulutuksesta, ja uusien datakeskusten tilapäinen perustamiskielto on vasta äskettäin poistettu (3). Tulevaisuudessa nykyisten ja uusien datakeskusten on oltava energiatehokkaampia. Hiljattain julkaistussa raportissa arvioitiin, että Irlannissa vuoteen 2028 mennessä 29 % energian kokonaiskysynnästä tulee datakeskuksista (4). Isossa Britanniassa konsulttiyritys Carbon3IT arvioi, että datakeskukset vastaavat vähintään 12 prosentista maan sähkönkulutuksesta (5).

Kryptovaluutat aiheuttavat valtavan energiantarpeen. Esimerkiksi Bitcoinin louhinta tapahtuu enenevässä määrin uusissa suurissa datakeskuksissa, joista osassa käytetään halpaa energiaa fossiilisista polttoaineista. Kryptovaluuttojen ympäristövaikutukset ovat nyt aiempaa paremmin tiedossa. Tämä aiheuttaa toimialalle riskejä sekä haasteen tulla energiatehokkaammaksi. Vertailun vuoksi on arvioitu (6 & 7), että pelkästään Bitcoinin louhinta käyttää enemmän energiaa kuin monet valtiot, kuten Norja, Argentiina, Alankomaat tai Pakistan.

Viime vuosina datakeskusten kysynnän kasvun myötä on suljettu vanhoja tehottomia laitoksia ja rakennettu uusia energiatehokkaita hyperdatakeskuksia. Tämä on auttanut alentamaan energiankulutuksen kasvunopeutta. Yleisesti tunnustetaan kuitenkin, että energian tarve voi kasvaa merkittävästi, kun yhä enemmän tietoja tallennetaan pilveen ja IT-pohjaisia resursseja, kuten tekoälyä, koneoppimista ja itseohjautuvia autoja, kehitetään yhä pidemmälle.

Jäähdytyksen merkitys 

Koska jäähdytys ja ilmastointi muodostavat noin 40 % energian käytöstä, on selvää, että tätä IT:n tuki-infrastruktuuria on hallittava mahdollisimman tehokkaasti. Tarkka lämpötilan ja kosteuden hallinta on kuitenkin ensiarvoisen tärkeää myös IT-laitteiston asianmukaisen toiminnan kannalta. 

”Monissa moderneissa laitoksissa odotetaan 99,999 %:n käytettävyysastetta, mikä vastaa vain muutaman minuutin käyttökatkosta vuodessa. Tällainen erittäin korkea käytettävyysaste on tarpeen IT-infrastruktuurin käsittelemien tietojen ja prosessien tärkeyden ja arvon vuoksi”, Vaisalan toimiala-asiantuntija Anu Kätkä sanoo.

”Alhainen kosteus kasvattaa staattisen sähkön riskiä, ja korkea kosteus voi aiheuttaa kondensaatiota. Väärä tai vaihteleva lämpötila voi myös vahingoittaa IT-laitteita tai lyhentää niiden käyttöikää. Siksi on erittäin tärkeää, että valvonta- ja hallintajärjestelmiä tukevat anturit ovat stabiileja, tarkkoja ja luotettavia pitkällä aikavälillä. Vaisalan laitteet kykenevät mittaamaan lämpötilaa ±0,1 °C:n tarkkuudella ja kosteutta ±0,8 % RH:n tarkkuudella, minkä vuoksi ne soveltuvat täydellisesti datakeskuksiin. “

Eräs Vaisalan asiakas korosti tarkkojen anturien merkitystä ja arvioi, että vain 1 °C:n ylijäähdytys voi lisätä jäähdytysenergiakustannuksia vuodessa jopa 8,5 prosenttia. 
”Mittasuhteiden havainnollistamiseksi: pienen datakeskuksen energiakustannusten kasvu olisi yli 0,4 miljoonaa euroa 10 vuoden aikana ja suurella datakeskuksella kustannusten kasvu olisi yli 4 miljoonaa euroa”, Kätkä lisää.

Kattavan datakeskuksiin soveltuvien anturien valikoiman lisäksi Vaisala on myös maailman johtava säämittalaitteiden valmistaja. Tällä on merkitystä siksi, että monet datakeskukset pyrkivät taloudellisuuteen mittaamalla ulko-olosuhteita sisätilojen olosuhteiden optimointia ja energiatehokkuuden parantamista varten.

Tehokkaiden prosessimittausten kasvavaan tarpeeseen vastaaminen

Perinteisesti datakeskuksissa käytetään ilmajäähdytystä, mutta tilojen laitetiheyden kasvaessa tarvitaan tehokkaampia jäähdytysjärjestelmiä. Nestejäähdytysratkaisujen suosio on kasvanut, koska ne pystyvät poistamaan lämpöä paljon ilmajäähdytystä tehokkaammin. Tukeakseen tätä trendiä Vaisala on kehittänyt uuden korkealaatuisen anturin jäähdytys- ja lämmitysnesteiden lämpötilan mittaamiseen. 

”Uusi Vaisala TMI110 on upotettava lämpötilalähetin, jonka mukana toimitetaan kalibrointitodistus. Lähettimellä on erinomainen vasteaika sekä ±0,1 °C:n tarkkuus. Olemme iloisia voidessamme lisätä tämän tuotteen valikoimaamme, sillä nyt asiakkaamme voivat hankkia kaikki tärkeimmät anturinsa samalta toimittajalta – ilman lämpötilan, kosteuden ja paine-eron anturit huoneita ja kanavia varten, meteorologiset anturit sään mittaukseen ja nyt myös upotettavat lämpötila-anturit jäähdytysjärjestelmiä varten”, Anu Kätkä päättää.

Yhteenveto

Tehottoman energiankäytön ympäristöhaittoihin ja taloudellisiin kustannuksiin verrattuna tarkkoihin ja stabiileihin mittausjärjestelmiin investoimisen kustannukset ovat mitättömät. Aivan kuten avaruushankkeissa käytetään Vaisalan mittausteknologiaa äärimmäisen haastavissa olosuhteissa, datakeskuspäälliköt valitsevat samoja ratkaisuja kriittisimpiin ympäristöihinsä täällä Maan kamaralla.
Ohjaamalla ilmastointi- ja jäähdytysjärjestelmiä tarkkojen, stabiilien antureiden mittaustietojen perusteella datakeskuspäälliköt voivat pienentää laitostensa hiilijalanjälkeä ja valmistella toimialaansa tulevaisuudenkestäväksi kasvihuonekaasupäästöjen vähennysvaatimusten tiukentuessa.

Lähteet

1. Kansainvälinen energiayhteisö (IEA)
2. Maailman datakeskukset
3. Singaporen datakeskukset
4. Irlannin datakeskukset
5. Yhdistyneen kuningaskunnan datakeskukset
6. Cambridgen yliopiston Bitcoinin sähkönkulutusindeksi
7. Yhdysvaltojen energiatietolaitos (Energy Information Administration)