Säulen der IT-Strategie

Moderne RZ-Infrastrukturen verbessern PUE-Wert

Für viele Unternehmen bilden eigene Rechenzentrumskapazitäten nach wie vor eine wesentliche Säule ihrer IT-Strategie. Auch wenn der Betrieb von Rechenzentren – ob im eigenen Unternehmen oder beim RZ-Dienstleister – bisher seinen Preis hatte. ­Moderne, skalierbare RZ-Infrastrukturen könnten dies in Zukunft ändern.

Säulen

Eigene RZ-Kapazitäten sind für viele Unternehmen eine wesentliche Säule der IT-Strategie.

Laut Untersuchungen des Uptime Institute (Annual Data Center Industry Survey 2014) lag die durchschnittliche Energieeffizienz von Rechenzentren 2014 bei 1,7. Dieser PUE-Wert (Power Usage Effectiveness) als zentrale Kennziffer bedeutet, dass 70 Prozent mehr Strom für Klimatisierung und Infrastruktur benötigt werden als dies für den Betrieb der IT-Systeme allein erforderlich wäre. Werte von 1,5 oder 1,4 gelten in Expertenkreisen als gut. Es gibt aber bereits deutlich effizientere Einrichtungen, die den Wert bis auf 1,2 drücken. Das Rechenzentrum Nürnberg-6 des IT-Dienstleisters ­Noris Network beispielsweise ist ein solches. Was zudem interessant ist: Es wird bereits energieeffizient ­gearbeitet, auch wenn das RZ nicht voll ausgelastet ist.

Warum ist ein solcher Aspekt wichtig? Von RZ-Betreibern werden PUE-Werte gewöhnlich auf Basis einer Vollauslastung bzw. eines optimalen Betriebspunktes angegeben. Der Hintergrund: Die Klima- und Energietechnik wird – inklusive aller Redundanzen – schon beim Bau des Rechenzentrums für den Vollbetrieb ausgelegt und entsprechend installiert. Die Folge: Sobald die ersten Server im RZ betrieben werden, läuft die komplette Anlage – und verbraucht ähnlich viel Energie wie unter Vollauslastung. Weil der PUE-Wert diesen Verbrauch mit dem Verbrauch der installierten Rechner in Relation setzt, liegt er in diesen Fällen ungünstig hoch. Daher geben viele RZ-Betreiber nicht den realen PUE-Wert, sondern den PUE-Wert im optimalen Betriebspunkt an.

Flexibles Zellenwachstum

Wie kann man ein Rechenzentrum mit Flächen- und Kapazitätsreserven bauen und dieses von Beginn an mit niedrigen Energiekosten betreiben? Eine Lösung dieser „Fixkosten“-Problematik versprechen skalierbare Strukturen. Dabei arbeitet man mit standardisierten Klima- und Energiezellen, die erst je nach Ausbaustufe zugebaut und zugeschaltet werden. Die Räume für die Zellen liegen außerhalb der RZ-Fläche. Die Technik kann somit im laufenden Betrieb nachgerüstet werden, um Kühltechnik und Energieversorgung der Auslastung anzupassen. Herzstück der Zellen sind große Rotationswärmetauscher zur indirekten freien Kühlung. Der Betreiber des Nürnberger Rechenzentrums wird eine optimierte Variante dieser Technik im geplanten Rechenzentrum München-5 einsetzen.

Das aus Aluminium gefertigte Kyoto-Rad dreht sich mit ein bis sechs Umdrehungen pro Minute (rpm) vertikal in einer horizontal und vertikal in vier Räume geteilten Zelle. Ventilatoren ziehen die warme Abluft aus dem Serverraum ab, drücken sie in der unteren Ebene der Zelle durch die Rippen des Kyoto-Rads, wonach sie abgekühlt wieder zurückströmt. In der oberen Ebene der Zelle, die über das Dach des RZ-Gebäudes ragt, wird Frischluft von außerhalb des Gebäudes angesaugt und durch das Rad geführt, um die im unteren Raum aufgenommene Wärmeenergie abzuführen. Frisch- und RZ-Luftstrom sind somit räumlich getrennt. Ein positiver Nebeneffekt: Für die Kühlung kommt keine direkte Außenluft ins Rechenzentrum.

Für die Umsetzung dieser Kühltechnik wird ein in Rechenzentren gängiges Aufbauprinzip auf den Kopf gestellt: Statt des üblichen doppelten Bodens, durch den kalte Luft unter Druck eingeblasen wird, haben Rechenzentren dieser Bauart eine sehr voluminöse, doppelte Decke. Aus den Klimazellen strömt gekühlte Luft direkt auf die IT-Fläche mit 3 m Raumhöhe. Die entstandene Abwärme der IT-Hardware wird über eine Warmgangeinhausung oder, bei einzeln stehenden Racks, über Kamine in den 3,5 m hohen Rückluftbereich in der Decke abgesaugt.

Mehr Luft statt Kälte

Es gelten die Prinzipien der Thermodynamik: Die Wärmetransportleistung errechnet sich aus den Faktoren Temperaturspreizung und Volumenstrom. Durch die Bauweise des Rechenzentrums mit doppelter Decke ist das Volumen so groß, dass die Luft energetisch optimiert mit nur sehr geringem Druck und niedriger Strömungsgeschwindigkeit herangeführt werden muss. Jede Zelle bewegt bis zu 250 000 m3 pro Stunde, die gekühlt frei auf die IT-Fläche strömen. Auf der RZ-Fläche vermischt sich die gekühlte Luft aus den verschiedenen Zellen – daher kann auch jede Zelle jede andere ergänzen und/oder ersetzen (Swimmingpool-Effekt). Durch diese Bauweise lässt sich genügend Luft heranführen, um die gesamte Rechenzentrumsfläche auch für High-Density-Racks mit hoher Abwärme nutzen zu können. Das Nürnberger Rechenzentrum kommt so in über 91 Prozent des Jahres ohne jede zusätzliche Kühlung aus. Das in München geplante Rechenzentrum will der Betreiber mit einer wärmereflektierenden Bedachung ausstatten und so den Kühlbedarf im Vergleich zum Nürnberger RZ nochmals absenken.

Im Rechenzentrum werden die Klima-/Energiezellen und alle anderen verbrauchsrelevanten Komponenten über ein System zum Energiemonitoring überwacht. Jede einzelne der Komponenten ist auf ihre Energieeffizienz optimiert. So findet die Erstverteilung im RZ über ein eigenes, verlustarmes Mittelspannungsnetz statt. Nach der Spannungsumwandlung sind die Entfernungen zwischen Trafo, Verteiler und IT-Flächen bewusst klein gehalten, um die Verlustleistung zu minimieren. Die USV-Anlage arbeitet mit einem Wirkungsgrad von 96 Prozent.

Die Skalierbarkeit über räumlich getrennte Versorgungsmodule verschafft einem Rechenzentrum viele optimale Betriebspunkte – gute PUE-Werte sind dadurch bei jeder Auslastung erreichbar. Das Konzept hat außerdem positive Effekte für die Sicherheit. Wasser zur Kühlung bleibt auch bei High-Density-Racks von der RZ-Fläche verbannt. Die IT-Fläche hat keinen Kontakt zu Außenwänden, die Versorgungszellen können ausfallfrei im Betrieb erweitert und gewartet werden.


Charakteristika von ­skalierbaren Rechenzentren
- Die Energie- und Klimaversorgung passt sich der IT-Last über zuschaltbare Zellen an.
- Kombinierte Energie-/Klimazellen ermöglichen die Skalierung auch innerhalb eines Bauabschnitts.
- Die freie, indirekte Kühlung ist so aufgebaut, dass jede Versorgungszelle jede andere ersetzen kann.
- Die Wärmetransportleistung wird nicht durch eine große Temperaturspreizung, sondern durch einen großen Volumenstrom erreicht.
- Durch einen ungehindert fließenden großen Luftstrom können auch High-Density-Racks ohne zusätzliche Kühlung betrieben werden.


Bildquelle: Thinkstock/iStock

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