可持续发展的数据中心需要可持续的建筑材料

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研究表明,数据中心运营通过提高能效带来的可持续发展收益最终将趋于平稳,但是围绕其建筑材料的碳足迹还有很多工作要做。

 在数据中心行业领域中不乏有很多可持续性的举措。亚马逊、微软和谷歌等超大规模厂商已经做出了碳中和承诺,并且在为其运营的数据中心设施采购可再生能源方面进行了大量投资。在2021年,ChinData、MTN和IBM等公司也做出了类似的承诺,即在2040年之前实现碳中和。

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但是,数据中心行业大部分的话题仍围绕着数据中心运营的可持续性、确保数据中心设施使用尽可能少的电力,尽可能使用绿色能源,以及通过区域供热倡议和自然冷却对当地产生更小的环境影响进行分析和探讨。

企业对数据中心建设阶段的环境影响以及它们使用的建筑材料带来的环境影响是否给予了足够的考虑?建设数据中心需要使用大量的混凝土和钢材,生产这些材料产生了大量二氧化碳,如果企业认真对待气候中和的问题,则必须在施工阶段减少这样的碳排放。

Building Transparency公司执行董事Stacy Smedley说,“到现在为止,建设和运营现代绿色数据中心主要致力于减少数据中心运营的能源(用于加热、冷却和建筑物的供电)——这是一个容易衡量的问题,尽管这项努力取得了许多成功,但还远远不够。”

隐含碳排放的下一阶段

隐含碳排放(Embodied Carbon)是指建筑材料在开采、收集、加工、制造、运输、安装等过程中所产生的所有温室气体(GHG)排放量的总和,并且是全球范围内的主要碳排放源。

水泥和钢铁是碳排放量最高的建筑材料,建设数据中心需要大量使用这两种材料。平均而言,一吨水泥将产生1.25吨二氧化碳,其中大部分来自石灰石和二氧化硅的焙烧。因此,建筑行业每年产生的碳排放量约占全球温室气体排放量的40%,占到所有生产原材料的40%。

Smedley说,隐含碳排放占建筑物总碳排放量的一半,但是对于数据中心来说,它们是能源密集型的建筑材料。Linesight UK公司总经理Michael Riordan表示,数据中心运营的碳排放可能是隐含碳排放的两倍以上,并且从历史上来说,关注的焦点更多地是在运营方面,而不是隐含碳排放方面。

然而,隐含碳排放规模庞大并且数量不断增加,这并不是一个可以回避的话题​​,因为它可以节省更多的运营成本。

Syska Hennessy公司负责人Rob Ioanna说:“在某个时候,大多数能源都将来自风能、太阳能和其他可再生能源,一旦发生这种情况,人们的话题开始转向隐含碳排放,因为这将是我们减少碳排放的真正目的。”

关于可持续性发展的问题考虑仍然围绕数据中心运营,这些问题其中包括:如何以最节能的方式冷却服务器?如何处理IT硬件产生的过多热量?数据中心设施是否使用了可再生能源,还是采用了比柴油发电机更可持续的备用电源?

这些都是重要的考虑因素,但是IT硬件在不断发展并变得更加高效,并且更多地依赖可再生能源、可持续发展的收益和碳减排的企业希望通过提高运营效率来实现这一目标将变得更加困难。

Smedley说,“随着我们开始减少数据中心运营的碳排放,并且电网开始变得更清洁,数据中心所使用的建筑材料的碳排放实际上变成了更大的排放源,对于一些已经为其某些市场和项目购买了100%绿色能源的大型数据中心拥有者和运营者来说,他们认为自己已经实现了能源方面的碳中和,其实他们没有考虑隐含碳排放。”

如今的数据中心在建设中往往实现了标准化,这也意味着一旦在数据中心设施采用了低碳实践和标准,就可以轻松地在未来的数据中心设施中进行复制,而不需要进行更多的改动。

碳减排进展缓慢

Linesight UK公司的Riordan表示,在数据中心的碳足迹中,混凝土通常占到数据中心的40%,其次是燃料(约占25%),然后是钢筋和结构钢,占到10%。他补充说,在新建建筑中采用低碳方法可以使建筑过程中的碳排放减少13%,但重新利用原有建筑物可以显著减少碳排放量。

根据调查,新建数据中心设施所产生的碳排放量是重新调整用途的数据中心的8倍,因此对原有建筑物进行升级可以节省78%的碳排放量。全球水泥和混凝土协会承诺到2050年将实现混凝土的零排放。虽然实现这一目标并没有什么灵丹妙药,但在建筑材料领域,有许多初创公司希望减少这种核心建筑材料对碳排放的影响。

CarbonCure公司通过向混合物中注入排放的二氧化碳来减少混凝土行业的排放。该公司希望从现在到2030年每年将为混凝土行业减少500万吨二氧化碳。数据中心运营商Compass Data Centers公司是CarbonCure公司的客户。Compass公司的首席信息官Nancy Novak表示,估计该公司每个数据中心园区每年平均将产生1,800吨二氧化碳。亚马逊公司和微软公司是该公司的主要客户之一。

Novak表示,Compass公司对数据中心在建设过程中产生的废料和弃土进行处理,以便可以将其用于结构填充,并在清运之前检查数据中心附近的其他项目是否需要填充清洁的填充物。如果其废料不适合填充,该公司会将这些废料和弃土修建护堤和自然景观,可以增强安全性并增加数据中心园区的绿色空间。AWS公司于2018年使用其在斯德哥尔摩建设的数据中心的10万吨废料将维尔斯塔滑雪场的海拔提高了10米。

她补充说,“更多的异地建设是减少碳排放影响的关键。我们需要以制造行业的思维方式进行思考,因为在制造业中,运输和利用当地材料以及可持续材料至关重要。从产品包装、预制构件到完全模块化的房间和建筑,都需要在建筑行业得到更广泛的采用和规范。”

许多建筑和设计公司表示,从广义上来说,当前仍然处于围绕碳排放的对话非常早期的阶段,但是随着人们对碳排放问题的意识不断增强,将逐步取得进展。LEDG公司负责人兼创始人Todd Boucher说,“确实有一些客户在设计过程的早期就参与了我们的可持续发展团队的工作。从任务关键型的观点出发,我们发现自己在可持续性讨论中围绕如何在不影响可靠性的情况下帮助改善环境。但是我认为,可持续性讨论的范围不仅仅限于运营效率,还包括嵌入式碳排放和可持续性领域。”

越来越多的客户希望使用绿色材料。数据中心运营商Digital Reality宣布,该公司在加州圣克拉拉数据中心园区的43万平方英尺四层建筑中使用了可持续材料,其中包括再生的混凝土和钢材。

JB Associates公司总经理Ashley Buckland说:“建筑材料从制造厂到项目建设现场的运输是建筑碳足迹的很大一部分。一些大企业现在正在研究运输以及材料或零件的来源,以及如果他们能够从本地采购材料或招聘工人,这将会减少更多的碳排放。”

Reid Brewin Architects公司联合创始人Adrian Brewin说:“近年来,采用可再生塑料瓶制成的地毯等材料正变得越来越普遍,客户对瓷砖等材料的起源也更加了解,他们通常选择当地供应商的产品,而不是采购外来供应商的产品。”

关于由新颖的回收材料或有机材料制成的生态砖的新闻也有很多。最近,伦敦展示了用蘑菇和木屑制成的砖块,还有其他有机材料制造的砖块。

Brewin说:“在未来10~20年,将有更多的新型、创新、可回收的有机材料用在建筑的各个方面。但批准生产此类解决方案所需的工业流程所需的监管体系可能需要几十年的时间来实施。”

而且,只是因为可以用这种新颖的材料建造甚至是采用3D技术打印的数据中心,并不意味着许多公司愿意承担财务或弹性风险,并在建设的建筑中使用它们。

LEDG公司的Boucher说:“业主具有低风险的心态。如果建筑材料的环保性和安全性尚未得到足够的证明,那么在具有任何形式的任务关键性的数据中心环境中采用这些材料都将是一个挑战。”

这种低风险的心态还意味着,在数据中心优先事项列表中,弹性和冗余性要比可持续性高。但是,随着企业向建设和运营更多的边缘数据中心和可用性区域迈进,将会降低每个数据中心的环境影响。这为将环保理念引入到规模更小的数据中心提供了更多的机会。

Boucher说:“数据中心行业是一个完全专注于可用性和可靠性的行业。这影响了大多数决策。但是随着混合云模型的使用和数据中心的地域多元化,我们不再认为数据中心必须是一种采用Tier IV标准建设的庞大设施。而且由于这种观点的转化,我们现在可以将有关能源效率和碳中和的不同元素整合到对话中,而不仅仅是关注可靠性。”

显然,在可能的情况下利用现有建筑物比建造新建建筑物更具可持续性。根据Serverfarm公司的计算,与新建建筑的材料碳成本相比,重复使用现有建筑物可减少88%的碳排放量。

设计机构HKS公司对Serverfarm公司在芝加哥运营的一个电力容量为25MW、建设面积为15万平方英尺(1.4万平方米)的6层数据中心建筑进行了分析,发现建设这样一个建筑物将会产生9,000吨以上的碳排放量,而如果重新利用同等规模的建筑物的碳排放量只有1,000吨。其减少的碳排放量几乎全部来自混凝土的减少。

可持续建设需要数据和基准

尽管可持续性建筑有一些标准和认证(LEED标准可能是最著名的标准),但它们通常关注建筑的整个生命周期。这对于衡量和跟踪具体的碳排放量以及建筑材料对环境的影响可能很困难,因此对于企业来说,从历史上看,创建有效的基准来衡量自己和他人的碳排放量并开始做出改变是不容易的。

Linesight的Riordan说:“本质上来说,隐含碳排放更难测量和追踪。毫无疑问,数据是量化和减少建筑对环境影响的基础。其衡量的结果可以得到管理。”

LEDG的Boucher表示,当人们在语言和数据有了更加标准化的通用性时,就有可能创建类似于PUE的基准,企业可以根据基准量化并衡量其具体的碳排放影响。

有许多项目和生命周期工具致力于研究如何更好地衡量、理解和减少建筑项目的碳排放。由欧盟资助的BAMB项目正在研究“材料护照”, 这可以帮助企业了解材料的来源,让他们更放心地选择可再生材料。

另一个项目是Building Transparency公司开发的“隐含碳施工计算器”(EC3)。“隐含碳施工计算器”(EC3项目采用了《环境产品声明》(EPD),这些声明通过了第三方验证,其中详细介绍了有关碳排放影响的信息,包括每单位碳排放量。EC3获取公开的《环境产品声明》(EPD)并将其整理到一个免费的开源工具中,用户可以在这个工具中输入自己建设项目中使用材料的详细信息。然后,这个工具可以根据每种材料的碳排放影响创建了材料清单和成本估算表,使用户可以轻松查看其选择的材料对环境的影响,还可以查看是否有更多可持续的替代品。

那些参与材料选择和采购的企业希望选择更环保的材料,而且供应材料的企业会因为担心失去业务而被迫使其产品更加绿色环保。

Smedley 说“让这些所有者开始要求采用低碳产品意味着制造商开始生产低碳产品,整个行业最终都将从中受益。”

他指出,EC3的目标之一就是要提供一种易于使用的工具,并使其能够轻松集成到现有流程中,而无需执行繁重的工作,并且可以快速使用和理解。碳排放的早期基准已经发布,已供企业进行评估。通过使用EC3工具,可以降低30%的碳排放量。

他说,“从碳减排的角度来看,它帮助规范的制定者开始制定设计极限或基准,然后将这些规范写入投标文件。”

微软公司是这一工具的早期试验合作伙伴,该公司在华盛顿数据中心改建中使用了这一工具选择低碳的建筑材料。

Smedley 指出,除了微软公司之外,Turner Construction公司和Mercury公司(在美国和欧洲建设大型数据中心业务的建筑商)都是EC3项目的试点合作伙伴。数据中心运营商以及大型厂商对减少碳足迹很感兴趣,这是因为它们运营的数据中心设施数量和规模庞大。同样,尽管企业内部部署数据中心的数量和规模可能比超大规模厂商和托管数据中心供应商要小得多,但这些公司通常拥有商业房地产,它们可以秉承可持续性的思想,并可能影响其建筑供应链。

Smedley 说,“在数据中心领域,许多参与者都是规模非常大的企业,他们正在建设其他类型的项目,通过这些项目,他们可以从其所有建筑物采用低碳材料而在市场中受益。大型企业作为行业领导者首先采用这样的举措,这也促使中小企业在没有更多的风险或成本的情况实施这一方法。”

Smedley表示,下一步将是研究机械系统以及发电机等材料的碳排放影响,以期减少制造过程中的碳排放。

采取激励和监管的措施促进碳减排

尽管大型企业和数据中心运营商已经承诺实现碳中和承诺,但可能需要政府部门和投资者提供财政激励措施,以使规模较小的企业和更注重回报的企业减少碳排放。

Reid Brewin Architects公司Brewin说,“最终,我认为唯一的驱动力是财务驱动因素。为减少数据中心建设的碳影响而进行的考虑和努力是在当地法规和认证要求的范围内进行的。这更多是出于政治利益,而鼓励可持续性思维的唯一方法是做出监管改革。”

JB Associates公司总经理Ashley Buckland说:“人们不喜欢变革,除非他们看到可持续性可以获得明确的业务回报,否则他们就不会接受。” ”

在监管方面,欧盟出台了许多碳排放上限法规,纽约市也有新的碳排放上限法规。

Syska Hennessy公司负责人Rob Ioanna表示:“ESG(环境、社会和公司治理)的要求推动了大量投资,并且出台了许多法律,对碳排放量设定了上限。这些趋势给企业带来更大的压力,再加上政府的激励和监管措施,可能会提供帮助。”

与此同时,Building Transparency公司的Smedley指出,在经济方面提供的激励措施已经存在,因为低碳的材料通常更便宜,它们的制造和加工成本较低。她还建议企业的行为要满足监管法规的要求。

他说,“企业最好按照这些法规采取行动,在遭遇监管措施之前先要了解这意味着什么。”

LEDG的Boucher说:“无论采取什么步骤和措施都很重要。如果数据中心行业忽略了建材料带来的碳排放的影响,那么我认为企业难以实现可持续发展的承诺。”

教育和透明度是关键

在数据中心行业中,任何企业在数据中心建设阶段都可以鼓励可持续发展思维的最重要的事情之一就是对这一主题进行教育,并与利益相关者进行交流互动。

企业设计、工程、施工、采购和可持续发展团队都应该互相询问一些问题,例如,如何使这些数据中心设施更加环保?是否选择了更可持续的材料?是否有使用回收材料的余地?所有的材料是否都是从当地采购?一切都是标准化和模块化的吗?提出这些问题将会开始对话,而且会出现更可持续的选择。与此同时,企业需要更加开放以分享他们所学到的知识。

LEDG公司的Boucher说:“超大规模厂商已经为他们所使用的设计类型(如开放计算项目)带来了市场透明度。这些不仅提供设计参考点,而且证明了协作和透明性的重要性,对整个行业来说确实具有变革性。继续在数据中心行业中带来这种透明度对于鼓励可持续性发展很重要。”

JB Associates公司的Buckland补充说,“每家公司都有责任,并且在数据中心领域中工作的任何人都需要传达信息,说明将如何努力减少碳足迹。他们应该分享这些倡议和想法。”

 

责任编辑:华轩 来源: 企业网D1Net
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