RS 3.8 Problemfall Computer RS 3.8.1 Ökobilanz

RS 3.8.1 Ökobilanz RS 3.8 Problemfall Computer RS 3.8.1 Ökobilanz 1

RS 3.8.1 Ökobilanz Herstellung Zur Herstellung werden viele Rohstoffe benutzt von denen einige sogar hochgiftig sind Die Herstellung eines PC mit Monitor Produktion Siliziumwafer (1994): für 10kg Wafer braucht man 28kg Chemikalien, die durch weitere 11kg neutralisiert werden müssen. Abbau und Transport von über 700 benötigten Stoffen aus aller Herren Länder über Millionen von Seemeilen. Zum Beispiel Aluminium aus Brasilien, Erdöl aus den Vereinigten Emiraten, Kupfer aus Chile, Zinn aus Malaysia, Silber und Gold aus Mexiko, Kobalt aus Zaire.... benötigt 5335 kwh Strom... verschmutzt 33 000 Liter Wasser... belastet 56 Mio. m³ Luft... erzeugt fast 320 kg Abfall... davon 20 kg Sondermüll... pustet mehr als 3 t CO_2 in die Atmosphäre Stand 1995 Lifetime: Die durchschnittliche Lebensdauer eines PCs beträgt im Privaten ca. 5 Jahre, in der Wirtschaft ca 3 Jahre. 2

RS 3.8.1 Ökobilanz Herstellung (Strombedarf) Energieverteilung im Produktzyklus des PC Lebensstation Rohstoffabbau, Transport, Halbzeugherstellung (Quelle: TU München) Herstellung: ICs, Hauptplatine, Bildröhre (Quelle: MCC) + weitere Komponenten (Gehäuse, Tastatur, Maus, Laufwerke, Netzteil) Betrieb (pro Jahr bei 150 W) privat (13 Std./Woche) gewerblich (8 Std., 231 Tage) Recycling eingesetzte Primärenergie min. 5000 Megajoule 25 000 Megajoule 7500 Megajoule 1100 Megajoule 2900 Megajoule 160 Megajoule 3,6 Megajoule sind das Äquivalent von 1 kwh Bei der Umrechnung von Primärenergie in elektrische Energie muß der Kraftwerks Wirkungsgrad (etwa 35 Prozent) berücksichtigt werden. Stand 1995 3

RS 3.8.1 Ökobilanz Betrieb (Strombedarf) Der weltweite Strombedarf wächst mit der Anzahl der Computer und ihrer Leistungfähigkeit. Da Gesellschaft und Wirtschaft immer mehr von rechnergestützten Systemen abhängen ist auch der Anteil am Stromverbrauch immer höher. 4

RS 3.8.2 Leistungsverluste RS 3.8 Problemfall Computer RS 3.8.2 Leistungsverluste 5

RS 3.8.2 Leistungsverluste Wärmeverluste Innerer Widerstand elektrische Bauteile erzeugt Wärme, der proportional zum Widerstand ansteigt. Höhere Leistung der Komponenten wird durch höhere Temperatur erkauft (CPU, GPU, Netzteil,...) CPU Pentium MMX Pentium II Pentium III Pentium III Pentium 4 Pentium 4 Xeon MP AMD K5 AMD K6 III Athlon XP Athlon MP Athlon FX Opteron Frequenz (Mhz) Temperatur ( C max) el. Leistung (W) 150 233 450 1000 2000 3200 2800 Max 70 65 85 Max. 69 74 Max. 64 69 13 16,8 25,3 Max. 29.9 71,8 93,9 83 75 500 2200 (3200+) 2000 (2800+) 2000 (3200+) 2000 55 Max. 70 Max. 65 Max. 90 Max. 85 Max. 90 11,6 29,5 76,8 60 Max. 89 84,7 6

RS 3.8.2 Leistungsverluste Leckströme Transistoren sperren nur idealerweise. In Realität werden immer einige Elektronen durchgelassen (zu wenige um eine echtes Signal zu generieren). Durch die hohen Frequenzen und das Absenken der Schaltspannungen werden die dadurch entstehenden Verlustleistungen immer größer. 7

RS 3.8.2 Leistungsverluste Leckströme Das ATX Netzteil liefert 3.3V und 12V Spannung, aber durch die verschiedenen Spannungen die im Computer benötigt werden (1.2V CPU, 1.5V Bus, 3.3V PCI, AGP...) müssen Spannungswandler eingesetzt werden. Diese kommen auch zu Berechnung der Verlustleistung hinzu. Deshalb tragen im gesamten Computer mehrere Komponenten zur Verlustleistung bei, sodaß die benötigte Dimension des Netzteils immer grösser wird 8

RS 3.8.3 Wärme RS 3.8 Problemfall Computer RS 3.8.3 Wärme 9

RS 3.8.3 Wärme Wärmeerzeugung Die durch die elektrischen Bauteile erzeugte Wärme sorgt dafür, daß die Komponenten ungekühlt garnicht mehr betrieben werden können und die Lebensdauer der einzelnen Komponenten direkt mit der Kühlleistung des PCs/Servers verknüpft ist. Wärmebild der CPU mit Hotspot und kühleren Aussenregionen Wärmebild der Spannungs regler, der Schalttransistoren und des CPU Sockels 10

RS 3.8.3 Wärme Wärmeabfuhr Durch die Temperatur ist das Design der Kühlmechanismen extrem heikel. Und man versucht durch Vergrössern der Kühleroberfläche die Kühlleistung zu erhöhen Radiallüfter Verschiedene Kühlerbauformen 11

RS 3.8.3 Wärme Andere Kühltechniken Wärmepipeline: Durch gut temperatur leitendes Material wird die Wärme zu einem grossen Kühler transportiert und dort passiv oder mit Lüftern gekühlt Wasserkühlung: wie Wärmepipeline, aber das Transportmedium ist Wasser. Handhabung etwas heikel (Dichtigkeit > Wasserschaden) Einige Modelle auch mit Kühlkompressoren bis ca. 40 C Vorführmodelle der Hersteller werden mit flüssigem Stickstoff ( 195 C) gekühlt um höhere Taktfrequenzen zu erreichen (zu Demonstrationszwecken bis zu 6 Ghz) (siehe auch www.tomshardware.de) 12

RS 3.8.3 Wärme Wärmeabfuhr Im Rechnerraum wird es durch die Anzahl der Computer und ihrer Wärmeleistung so warm, daß der gesamte Raum schlussendlich auch auf eine Temperatur von ca. 20 C abgekühlt werden muss ansonsten leben die teueren Server nicht sehr lange. Deshalb muss die Wärmeleistung der gesamten Anlage (inkl. Festplatten, Switches, USVs, Backupmaschinen, Monitore usw.) möglichst genau abgeschätzt werden und eine entsprechend dimensionierte Kühlanlage eingebaut werden. 13

RS 3.8.4 Lärm RS 3.8 Problemfall Computer RS 3.8.4 Lärm 14

RS 3.8.4 Lärm Lärmbelästigung Durch die drehenden Bauteile in einem Computer (Lüfter, Festplatten, CD/DVD) wird eine Geräuschkulisse entwickelt, die immer lauter wird und auch als immer störender Empfunden wird. Eigentliche Maßeinheit ist dezibel (logarithmischer Vergleich zur 1KHz Referenz). Diese Messmethode ist allerdings bei breitbandigen Geräuschen (viele Frequenzen gleichzeitig und mit verschiedener Intensität) nicht mehr auf das menschliche Gehör anzuwenden. An das Geräuschempfinden angepasste Maßeinheitmethode ist Sone. Dabei entsprechen 2 Sone einem als doppelt so laut empfundenen Geräusch. 15

RS 3.8.4 Lärm Lärmbelästigung (Lüfter) Lüfter sind umso lauter, je höher die Dreh frequenz ist Da die Kühlleistung sehr stark von der transportierten Luftmenge pro Zeiteinheit (m³/min) abhängt, sind grössere, langsamer drehende Lüfter zu bevorzugen. Anzahl Lüfter im Computer steigt immer mehr GPU, Northbridge, CPU, Netzteil und Gehäuselüfter 16

RS 3.8.4 Lärm Lärmbelästigung (Festplatten) Hochdrehende Festplatten sind sehr laut und eine grosse Menge davon (RAID/SAN) möchte man auf Dauer nicht neben seinem Arbeitsplatz haben. Viele Vergleichstests enthalten inzwischen auch die Geräuschentwicklung als Einstufungskriterium. Doppelt so schnell 4 mal so laut Ruhe leise schnell [Sone] 17

RS 3.8.4 Lärm Lärmbelästigung (Gehäuse) Durch Übertragung der Vibrationen (Festplatte, CD/DVD, Lüfter) auf das Gehäuse wird dieses zu einem Resonanzkörper, der diese Geräusche noch zusätzlich verstärkt. Hier versucht man durch Einsatz von Dämmmaterialien (Schaumstoff, Styropor) diese Geräuschentwicklung zu unterdrücken aber zum Teil auch auf Kosten der Wärmeabfuhr. 18

RS 3.8.5 Elektrosmog RS 3.8 Problemfall Computer RS 3.8.5 Elektrosmog 19

RS 3.8.5 Elektrosmog Frequenzen Die verschiedenen Bauteile mit ihren hohen Schaltgeschwindigkeiten haben inzwischen die Charakteristik einer Antenne und sorgen für ein ziemlich breites und kräftiges elektromagnetisches Sendespektrum. Aus diesem Grund sind die Gehäuse aus einem leitenden Material, oder mit einer leitenden Folie ausgekleidet um diese Strahlung abzuschirmen. Deshalb sollten Computer nicht bei geöffnetem Gehäuse betrieben werden. Elektromagnetisches Spektrum eines 400MHz (!) Pentium II 20

RS 3.9.1 Bausatz RS 3.9 Gesamtüberblick RS 3.9.1 Bausatz 21

RS 3.9.1 Bausatz IKEA Holz Bausatz: 3. Semester 2004 22