Energieeffizientes Rechenzentrum

Der Stromhunger von Rechenzentren in Deutschland nimmt drastisch zu. Laut einer Studie des Borderstep-Instituts steigt der Stromverbrauch der Data Center bis 2015 auf 14,2 TWh, wenn deren Betreiber auf Stromsparmaßnahmen verzichten. Im Jahr 2008 lag der Stromverbrauch noch bei 10,1 TWh. Allerdings lässt sich diese Entwicklung stoppen. Borderstep schätzt, dass der Strombedarf im Idealfall auf 6,1 TWh sinkt, wenn alle verfügbaren Energiespartechniken eingesetzt werden, von Virtualisierung bis hin zum Einsatz alternativer Kühlmethoden, etwa mittels Außenluft. Dieser Ansatz dürfte jedoch nur für Rechenzentren praktikabel sein, die neu errichtet werden. Doch auch in bestehenden Rechenzentren lässt sich der Stromverbrauch senken. Laut Borderstep könnte der Energiebedarf bis 2015 auf etwa neun TWh begrenzt werden, würde zumindest ein Teil der Energiesparmaßnahmen umgesetzt.

Server besser auslasten

Wie energieeffizient die Versorgungsinfrastruktur eines Rechenzentrums arbeitet, zeigt der PUE-Wert (Power Usage Effectiveness). Er ist der Quotient aus dem Gesamtenergieverbrauch eines Rechenzentrums und der Energie, die durch die betriebenen IT-Systeme verbraucht wird. Berücksichtigt wird dabei auch, wie viel Energie die Kühlung, unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) sowie andere gebäudebezogene Verbraucher benötigen. Die PUE-Werte von modernen Rechenzentren liegen bei 1,5 bis 1,6. Hoch effiziente Data Center erreichen Spitzenwerte von 1,25.

Eine Möglichkeit, den PUE-Wert zu senken, besteht darin, Server zu virtualisieren.  Viele Serversysteme sind nach Studien von IDC im Schnitt nur zu 10 bis 15 Prozent ausgelastet. Werden Virtual Machines auf solche Rechner aufgespielt, steigt die Auslastung auf mehr als 60 Prozent. Das heißt, es werden weniger physische Server benötigt. Nach Berechnungen von The Green Grid und Fujitsu lassen sich auf diese Weise bis zu 50 Prozent der Energiekosten einsparen. Ergänzend dazu bietet es sich an, die Aufstellung der Racks zu optimieren. Besonders dicht gepackte Schränke, die viel Abwärme abgeben, lassen sich in „Hot Zones“ zusammenfassen und dort mit Hilfe einer Wasserkühlung temperieren. Für andere Komponenten kommt eine Kalt- oder Warmgangeinhausung in Frage, idealerweise in Verbindung mit einer Kühlung durch Außenluft, Brunnenwasser oder Uferfiltrate.

Ein Kunde von Fujitsu, der Uferfiltrate zur Kühlung bei Wasservorlauftemperaturen von 14 Grad einsetzt, spart dadurch bei einer Kälteleistung von 40 kW pro Jahr etwa 5.000 Euro. Ein häufiger Schwachpunkt sind ineffiziente USV. Moderne Systeme sind modular aufgebaut und schalten nur so viele Module ein, dass diese in einem Lastbereich mit bestmöglicher Effizienz gefahren werden. In einem mittelgroßen Rechenzentrum mit einem Anschlusswert von 4 MW bedeutet eine Effizienzsteigerung der USV um fünf Prozent eine Reduktion von bis zu 200 kW, was einer Stromeinsparung von bis zu 1.750 MWh pro Jahr entspricht. Selbst bei einem niedrigen Strompreis von 12 c/kWh sind dies mehr als 210.000 Euro.

Raumtemperatur erhöhen

Eine einfache Methode, um Energie zu sparen, besteht darin, die Temperatur zu erhöhen. Viele Rechenzentren werden auf 20 Grad heruntergekühlt. Nach Erfahrungswerten von Fujitsu sind jedoch 22 bis 24 Grad akzeptabel, ohne dass dadurch die Verfügbarkeit von IT-Systemen leidet. Untersuchungen der Schweizerischen Bundesanstalt für Energiewirtschaft haben ergeben, dass im Bereich von 22 bis 26 Grad jedes Grad Raumtemperaturerhöhung zu einer Energieeinsparung von etwa vier Prozent führt. Empfehlenswert ist zudem der Einsatz von Tools für das Energiemanagement. Bereits einfache Mess-Systeme geben Hinweise, wo Energie eingespart werden kann. Für größere Rechenzentren kommen Lösungen für das Data Center Infrastructure Management (DCIM) in Betracht. Solche Programme erstellen eine Inventarliste der Systeme in einem Rechenzentrum, ermitteln deren Auslastung und geben Hinweise, wo im Rechenzentrum Racks unter dem Gesichtspunkt Energieeffizienz am besten platziert werden.

Energieeffizienz erhöhen

Um den Energiebedarf von Rechenzentren zu senken, kommen mehrere Maßnahmen in Frage – vom Virtualisieren von IT-Ressourcen bis hin zum Einsatz alternativer Kühlkonzepte. Die folgenden Empfehlungen basieren auf Erkenntnissen von Fujitsu und des Green Grid Consortiums.

- Information über Stromverbrauch: Viele IT-Abteilungen wissen gar nicht, wie viel Strom „ihr“ Rechenzentrum verbraucht. Diese Daten ermitteln und der IT-Abteilung bereitstellen.
- Server virtualisieren und Blade-Server-Systeme einsetzen: Dies reduziert die Energiekosten um 10 bis 50 Prozent.
- Alternative Kühlkonzepte einsetzen, etwa Außenluft, Fern- und Absorptionskälte. Der Spareffekt: 4 bis 15 Prozent.
- Optimierung der Luftzufuhr: Auf Kalt-/Warmgang-Konzepte zurückgreifen. Die Einsparung: bis zu 12 Prozent der Energiekosten.
- Stromversorgung optimieren: Stromversorgungssysteme und unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) mit hohen Effizienzwerten von bis zu 98 Prozent einsetzen. Das Sparpotential: 4 bis 10 Prozent.
- „Right Sizing“: Keine Überkapazitäten aufbauen, sondern modulare Konzepte verwenden.
- Kühlung optimieren: Rackbasierte und Reihenkühlung bei Serverschränken und Rack mit hoher Packungsdichte einsetzen.
- Tools für das Energiemanagement verwenden.
- Die Raumtemperatur auf 22 bis 24 Grad erhöhen.
- Die Rackaufstellung optimieren: „Hot Zones“ mit Wasserkühlung für Racks einrichten, die viel Abwärme produzieren.
- Blind Panels an Racks montieren, um die Vermischung von kalter mit warmer Luft zu verhindern.

Bildquelle: TDS