Energieeffizienz im Rechenzentrum

Kühlen Kopf bewahren

Vor allem steigende Strompreise veranlassen Mittelständler zunehmend dazu, bestimmte Unternehmensbereiche energieeffizienter zu gestalten. Dazu zählen beispielsweise Rechenzentren bzw. Serverräume, in denen die Anzahl an Hardwarekomponenten stetig anwächst, die vorhandenen Kühlsysteme jedoch veraltetet sind. Hier gilt es anzupacken, um (Energie-)Kosten zu sparen.

  • Das Rechenzentrum von Google nutzt eine Kühllösung, bei der Hunderte von Lüftern heiße Luft von den Server-Racks in eine Kühleinheit abführen, von der anschließend wieder kühle Luft zugeführt wird.

  • Für Mittelständler mit Sicherheit überdimensioniert: Das Rohrleitungssystem im Rechenzentrum von Google in Oregon/USA, mit Kaltwassertransport (blaue Rohre) und Kühleinheiten (grüne Rohre)

  • Diese bunten Leitungen transportieren Wasser zur Kühlung in und aus der RZ-Anlage. Zu sehen ist außerdem ein G-Bike, mit dem sich die Google-Mitarbeiter auf dem Gelände fortbewegen.

  • Über die Router und Switches im Campus-Netzwerkraum können die Rechenzentren miteinander kommunizieren. Die Verbindung über Glasfasernetzwerke ist bis zu 200.000-mal schneller als die Internetverbindung in einem herkömmlichen Haushalt. Die Glasfaserkabel verlaufen entlang der gelben Kabeltrassen an der Decke.

Nicht erst seit gestern ist klar, dass sich mittelständische Unternehmen stärker mit dem Betrieb ihres Rechenzentrums (RZ) auseinander setzen müssen. Fanden doch gängige Studien heraus, dass die dort installierte Rechenleistung aufgrund der Sicherstellung der Wettbewerbsfähigkeit in den letzten Jahren zunahm. Unausweichlich wuchsen damit einhergehend auch die notwendige Strom- und Kühlleistung, um den reibungslosen Betrieb gewährleisten zu können. Dieser läuft bei vielen Unternehmen jedoch alles andere als energieeffizient ab – als Folge nehmen steigende Stromkosten einen umso größeren Stellenwert auf der Ausgabenseite ein. Dazu kommt die Feststellung, dass viele Mittelständler laut Statistiken überhaupt nicht wissen, wie viel Energie ihr RZ verbraucht. Nicht umsonst veröffentlichte der Hightech-Verband Bitkom einen eigenen Leitfaden, der über die Planung, Modernisierung und den Betrieb eines energieeffizienten Rechenzentrums informiert.

Suggeriert wird darin, dass durch den energieeffizienten Betrieb vor allem die Betriebskosten eines Rechenzentrums „in beträchtlichem Umfang“ sinken. Zudem heißt es, dass die Betriebskosten einen hohen Anteil an den Gesamtkosten ausmachen und sich Investitionen zur Verbesserung der Energieeffizienz zum Teil schon nach wenigen Monaten rechnen würden. Außerdem wird erklärt, dass der Strom- und Kühlleistungsbedarf eines RZ vielfach an Grenzen stößt, die durch die vorhandene Infrastruktur oder auch den Energieversorger vorgegeben sind. Eine Verbesserung der Energieeffizienz helfe hier, dass diese Grenzen nicht erreicht werden und so teure Investitionen vermieden werden könnten. Auch wird auf die gesellschaftliche Verantwortung eines Unternehmens hingewiesen, wobei eine Reduktion des Energiebedarfs im RZ und den damit verbundenen positiven Umweltauswirkungen eine Investition in die Zukunft sei.

Erste Schritte

Gerade für Mittelständler stellt sich die Frage, wie mit möglichst geringen Kosten erste energieeffiziente Maßnahmen realisiert werden können. Dabei ist meistens eine Analyse der Ist-Situation hilfreich. „Zum Beispiel, indem man einmal die Temperatur in seinem Rechenzentrum überprüft. Denn häufig wird die Temperatur viel zu niedrig eingestellt, obwohl heutiges IT-Equipment problemlos mit einer Lufteinlasstemperatur von 25 Grad Celsius betrieben werden kann“, meint Peter Dümig, Field Product Manager Enterprise Solutions MPL Germany bei Dell. Von einem niedrigeren Temperaturniveau spricht auch Bernd Hanstein, Hauptabteilungsleiter Produktmanagement IT bei Rittal: „Zudem sollte die Temperatur vor der Serverebene auf einen Wert um 23 Grad Celsius eingestellt werden, auch dies hilft, unmittelbar Energie einzusparen.“

Ein weiteres Hauptaugenmerk sollte auf eine konsequente Luftführung gerichtet werden. Denn diese wird oft durch schlechte Kabelführungen innerhalb des RZ gestört. So sollten die verschiedenen Kabelverlegungen vor allem im Doppelboden überprüft und gegebenenfalls besser verlegt werden. Damit wäre „eine Vermischung von kühler Zuluft und warmer Abluft nicht mehr möglich“, sagt Bernd Hanstein. Die Kälteerzeugung arbeite so effektiver – als Resultat sinke der Stromverbrauch und damit auch die Betriebskosten des Rechenzentrums.

Eine zusätzliche Möglichkeit, um mit „einfachen“ Mitteln mehr Energieeffizienz zu erreichen, nennt Fujitsu. Der Anbieter hat mit den eigens durchgeführten „Data Center Optimization Services“ herausgefunden, dass Stromsparpotentiale bei Kunden unterschiedlichster Größe generell im Bereich des Set-up zu finden sind, also der Anordnung der Racks, Hardware und Umluftkühler. „Durch kleine Änderungen in der Anordnung von Servern und Klimaanlage lässt sich schon viel bewirken“, berichtet Vincent Bevan, Head of Portfolio Management Professional & Integration Services bei Fujitsu. Veraltete Hardware sei ebenfalls ein Energie- und damit Kostenfresser. „Hier führen neue Technologien im Bereich Rechenzentrumshardware zu massiven Einsparungen“, sagt er weiter. Eine Kombination aus beidem, also Investitionen in neue Technologien und die richtige Platzierung des Equipments, erlaube es schließlich, Energie zu sparen.

Das richtige Kühlkonzept

Ein zentraler Energieverbraucher, der bis zu 50 Prozent der Gesamt­energiekosten eines Rechenzentrums ausmachen kann, ist die Kühlung bzw. Klimatisierung. Für jedes RZ notwendig, sorgt sie dafür, dass Systeme nicht überhitzen und deshalb der IT-Betrieb zu jedem Zeitpunkt gesichert ist. So ist es nicht verwunderlich, dass sich gerade hier, mit dem richtigen Kühlkonzept, besonders hohe Energieeinsparpotentiale bieten. „Sämtliche den Servern zugeführte Energie (Kühlung) wird in Wärme umgewandelt und muss wieder aus dem Rechenzentrum abtransportiert werden. Mechanisch erzeugte Kälte ist dabei die ungünstigste und auch energieaufwendigste Kühlmöglichkeit“, erklärt Bernd Hanstein von Rittal. Diese mechanische Kälte wird gerade bei KMU in kleinen und mittleren Technikräumen bis ca. 20 kW gerne noch mit herkömmlichen On/Off-Spligeräten erzeugt. „Dies ist energetisch höchst ineffizient, da solche Geräte einen erheblichen Teil ihrer Kühlleistung zur Entfeuchtung der Raumluft benötigen. Als Folge kann dies zu einer temporären Leistungsreduktion der Klimaanlage führen“, weiß Roger Bellof, Vertriebsleiter bei Stulz Klimatechnik.

Besser würden sich Präzisionsklimatisierungssysteme mit direkter Freikühlfunktion eignen. Diese Technologien nutzen möglichst lange die kalte Außenluft zur Kühlung. „Bei der direkten Freikühlung wird kühle, gefilterte Außenluft direkt, d. h. ohne zwischengeschaltete Wärmetauscher, ins Rechenzentrum geblasen“, erklärt Bernd Hanstein. Meist reicht die Temperatur der Außenluft aus, um das RZ ausreichend zu kühlen. Kommen dennoch einmal Rekordaußentemperaturen über einen längeren Zeitraum vor, wird in der Regel ein Kompressor zugeschaltet, der zusätzlich kühle Luft produziert. Der Nachteil dabei ist, dass dieser (wenn einmal angeschaltet) wieder zusätzlich Energieressourcen frisst. Schneider Electric überlegte sich daher eine Alternative. „Beim ‚EcoBreezè wird eine zusätzliche Effizienzsteigerung erreicht, indem die Außenluft bei Bedarf mittels Sprühwasser abgekühlt wird, bevor sie zur Kühlung der IT-Luft genutzt wird. In über 8.000 Stunden im Jahr kommt das Kühlsystem auf diese Weise ohne Kompressor aus und liegt mit einem Teil-Power-Usage-Effectiveness-Wert (siehe Kasten) von 1,02 vor alternativen Systemen“, berichtet Rüdiger Gilbert, Vice President IT Business Germany bei Schneider Electric.

Energieeffizienter RZ-Neubau

Häufig kommt es vor, dass das RZ in den eigenen vier Wänden betrieben wird. Durch Investitionen in die IT wird dieser Bereich jedoch zunehmend begrenzt und ist letztlich logistisch nicht mehr zu meistern. Als Alternative bietet sich neben der Überlegung, den RZ-Bereich auszulagern (Infrastructure-as-a-Service-Angebote), in den meisten Fällen der An- bzw. Neubau auf dem Firmengelände an. Doch vorher muss man sich über grundliegende Ziele im Klaren sein, wie Bernd Hanstein ausführt: „Diese leiten sich aus dem Verfügbarkeitsanspruch und dem vorhandenen Budget ab.“ So sollte vor allem die Frage geklärt werden, welche Redundanz und Performance notwendig sei, um das Leistungsversprechen dem Endkunden und Anwender gegenüber zu erfüllen. Zudem sollte ein erörterndes Gespräch mit dem RZ-Planer oder einem Systemhaus stattfinden, um die heutigen Anforderungen an ein RZ zu verstehen. „Leider werden die meisten Rechenzentren immer noch von Nichtfachleuten geplant und gebaut, beispielsweise von reinen Facility-Experten, die keinerlei Erfahrung mit der IT-Ausrüstung haben“, stellt Peter Dümig von Dell fest.

Bedarfsanalyse als Grundlage

Außerdem raten Experten dazu, die IT-Abteilung mit an den Tisch zu holen, da die langfristige IT-Strategie Einfluss auf die Konzeption des RZ habe. „Dabei kann gemeinsam untersucht werden, ob es etwa sinnvoll ist, einen modularisierten Ansatz zu verfolgen, bei dem Rechenleistung, Klimatisierung und Stromversorgung schrittweise mit dem Bedarf aufgebaut werden“, erklärt Roger Bellof, Vertriebsleiter bei Stulz Klimatechnik.

Sind diese Gespräche geführt und die Zielsetzungen besprochen, bietet sich eine Bedarfsanalyse mittels spezieller Software, so genannter Datacenter Infrastructure Management Software (DCIM), an. IT-Verantwortliche können dadurch bereits bei der Planung unterstützt werden, indem sie bestimmte Kennwerte (etwa Anzahl der Racks mit Verbrauchswerten) in das System eingeben und dann mit der Planung des Raumes beginnen können. „Das Programm prognostiziert den Bedarf hinsichtlich der Stromversorgung bevor das Rechenzentrum steht“, weiß Rüdiger Gilbert. Doch auch im späteren Betrieb zeige die Software Verbesserungsmöglichkeiten auf, da sie etwa durch Echtzeitüberwachung jederzeit Analysen und Reportings über den Energieverbrauch bereitstellen kann. Grundsätzlich sollte bei einem RZ-Neubau die geographische Lage untersucht werden, denn nicht überall bekommt man die Genehmigung,  ein neues RZ zu errichten. „Generell darf ein Rechenzentrum nicht in der Nähe eines Flughafens oder Bahnhofs gebaut werden, auch die unmittelbare Nähe eines Flusses kommt nicht in Frage, da hier Hochwassergefahr besteht“, merkt Rüdiger Gilbert an. Wer zudem eine gute Energieeffizienz erreichen und freie Kühlung nutzen möchte, sei gut beraten, Gegenden mit vielen Sonnenstunden zu meiden und sein Rechenzentrum in nördlichen Regionen zu bauen.
 
Wer weniger Budget besitzt und dennoch über Platzprobleme im eigenen RZ klagt, für den bieten sich sogenannte Container an. „Damit nicht sofort viel Geld in den Bau eines neuen Rechenzentrums investiert werden muss, haben wir ein schlüsselfertiges Rechenzentrum als Containerlösung entwickelt. Da keine Baugenehmigung benötigt wird, kann der Container an das bestehende Rechenzentrum angedockt werden, sobald Bedarf besteht“, beschreibt Rüdiger Gilbert von Schneider Electric. Wenn ein Standortwechsel ins Haus stehe, werden die RZ-Container mit umgezogen.
 
Bevor sich Mittelständler vielleicht überhastet in ein Projekt „Energieeffizienz im Rechenzentrum 2013“ stürzen, sollte der Markt vorher genau studiert werden. Es kommt nämlich sowohl auf die richtige Dimensionierung als auch auf eine individuell passende Lösung an. Bernd Hanstein rät, „ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen Investitionen und Betriebskosten zu finden. Daraus ergeben sich dann die Einsatzfelder für innovative ‚grüne‘ Technologien.“ Dabei ist das Einsatzfeld „Rechenzentrum“ mit Sicherheit nur eines von vielen – denn mit steigenden Energiekosten steht das Thema „Energieeffizienz“ für viele Mittelständler zunehmend ganz oben auf der Agenda.

Power Usage Effectiveness (PUE)
Als PUE wird ein länderübergreifender Handlungsansatz zur Feststellung der Gesamtenergieeffizienz eines RZ bezeichnet. Errechnet wird die PUE, indem die Gesamtleistungsaufnahme des RZ (in kW/h) durch den Verbrauch des IT-Equipments (Server, Speichersysteme und Netzwerkhardware) geteilt wird. Die resultierende Zahl wird allgemein als PUE-Wert bezeichnet und sollte sich zwischen 1 und 2 bewegen.
Quelle: Stulz GmbH

Bildquelle: © Google

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