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Energiemanagement im Rechenzentrum

Auf dem Weg zur maximalen Effizienz

Mit dem Vormarsch von IT-Technologien in Fabriken und Logistikketten gewinnen auch in diesem Bereich Rechenzentren und deren Energieverbrauch zunehmend an Bedeutung. Die meisten Rechenzentren arbeiten aber nicht energieeffizient und verbrauchen zu viel Strom. Vertiv stellt mit Energy Logic 2.0 ein Maßnahmenpaket vor, mit dem sich der Verbrauch optimieren lässt.



Bild: Vertiv

Stellen Sie sich vor, der Chef eines Unternehmens gibt bekannt, dass seine Mitarbeiter im Durchschnitt nur zehn Prozent ihrer Arbeit pro Tag erledigen. Das kling absurd, aber so ähnlich sieht es bei den IT-Infrastrukturen in Unternehmen aus. Dort sind zehn bis 15 prozentige Auslastungen bei Servern keine Seltenheit und gelten sogar als Normalzustand. Dieses Defizit lässt sich mit ganzheitlichen Maßnahmen für die Infrastruktur eines Rechenzentrums zur Erhöhung der Energieeffizienz eliminieren – zum Beispiel mit einer Lösung wie Energy Logic 2.0. Das zentrale Element dieses Regelwerkes ist der so genannte Kaskadeneffekt. Er beschreibt, wie sich in einem stufenartigen Prozess die Energieeinsparungen von einer stromsparenden Komponente zur nächsten zunehmend steigern lassen. Den größten Effekt bringen dabei Einsparungen bei den Verbrauchern, also dem IT-Equipment.

Komponenten

Obwohl die Servereffizienz in den letzten Jahren schon wesentlich gestiegen ist, besteht immer noch Aufholbedarf, denn auch die benötigte Rechenkapazität ist gewachsen. Serverprozessoren verbrauchen heute ähnlich viel Strom wie damals. Studien zeigen jedoch, dass Low-Power-Prozessoren die gleiche Leistung erbringen können wie herkömmliche Prozessoren.

Netzteile

Die durchschnittliche Effizienz von Servernetzteilen liegt bei schätzungsweisen 86,6 Prozent – möglich sind jedoch bis zu 93 Prozent. Da Server meist nur wenig ausgelastet sind, spielt vor allem die Effizienz in Teillast eine wesentliche Rolle.

Server

Das Strommanagement der Server bietet häufig ungenutzte Möglichkeiten, den Verbrauch im Rechenzentrum zu senken, denn Rechenzentren arbeiten selten bei voller Kapazität. Dies stellt ein Problem dar, denn ein Rechenzentrum, das nur 20 Prozent seiner Kapazitäten nutzt, verbraucht trotzdem 80 Prozent der Energie, das es bei voller Kapazität benötigen würde. Ein Server Power Management kann helfen, den Energieverbrauch von ungenutzten Serverkapazitäten zu reduzieren und dient zudem als längerfristige Strategie, um den Stromverbrauch der Server an die Lastveränderungen im Rechenzentrum anzupassen.

IKT-Strukturen

Heutige Rechenzentren haben oft noch einen siloartigen Aufbau mit einer Virtualisierung, die sich auf bestimmte Anwendungen beschränkt. Dieser Zustand ist vergleichbar mit einer fragmentierten Festplatte – der Nachteil: Leistung und Effizienz sind beeinträchtigt. Damit eine einheitliche Architektur der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) entstehen kann, müssen Regeln eingeführt werden, denen alle Systeme des Rechenzentrums unterliegen. Dann kann das Netzwerk als end-to-end-System von der IT geleitet werden, und die Ressourcen lassen sich in Übereinstimmung mit einem Gesamtkonzept einsetzen.

Virtualisierung

Virtualisierung ermöglicht die Konsolidierung von Servern auf sehr viel weniger Hardware und ermöglicht IT-Mitarbeitern, schneller auf einen sich verändernden Rechenbedarf zu reagieren. Diese Vorteile der Virtualisierung wurden weitestgehend erkannt und in einigen Rechenzentren eingeführt, doch in vielen Fällen könnte noch weiter gegangen werden.

Stromversorgung

Durch einen automatischen Bypass-Schalter in der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) kann der energieintensive Umwandlungsprozess umgangen werden. Ist der Zustand im Rechenzentrum stabil oder der Netzstrom von hoher Qualität, bewirkt der Schalter, dass die USV den Strom nicht umwandelt. Falls sich der Zustand ändert oder der Strom nicht mehr die gewünschte Qualität aufweist, öffnet sich der Schalter und überträgt den Strom zurück in den Wechselrichter, sodass Abweichungen korrigiert werden können. Mit dieser Betriebsart liegt der Strombedarf unter zwei Prozent der Nennleistung.

Temperatur und Luftstrom

Die Steuerung von Temperatur, Feuchtigkeit und Luftstrom wurde in den vergangenen Jahren laufend verbessert. Insbesondere durch den Einsatz des Kaltgang-Warmgang-Prinzips, das die Mischung von heißer und kalter Luft verhindert, kann die Rücklufttemperatur der Kühleinheiten erhöht werden. Diese Steigerung kann – je nach Systemtyp – zu einer um 30 bis 38 Prozent höheren Kapazität der Kühleinheiten führen. Und spart so im Umkehrschluss beim Aufwand für die Kühlung.

Kühlsysteme

Kühlsysteme müssen im Volllastbetrieb, wie auch in Teillast effizient betrieben werden können. Dafür bieten elektronisch kommutierte (EC) Lüfter oder auch Antriebe mit Frequenzumrichtern gute Möglichkeiten, um die Effizienz der Kühleinheiten zu erhöhen. Sie können in bestehende und neue Kühleinheiten integriert werden und arbeiten mittels intelligenter Regelungsfunktion. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von Kompressoren mit variabler Leistung für Direktverdampfungs (DX)- oder Kühlwassersysteme.

Kühlung

Auch der Wechsel von traditionellen Rechenzentrums-Leistungsdichten zu einer Struktur, die sehr viel höhere Dichten unterstützt, kann die Energieeffizienz erhöhen. Um das zu realisieren, werden Kühleinheiten seitlich an den Racks montiert und die Kühllasten von den traditionellen Umluftkühlgeräten auf diese Einheiten verschoben. Sie ziehen die heiße Luft direkt aus dem Warmgang und befördern kalte Luft in den Kaltgang. Indem die Kühlung näher an die Wärmequelle gebracht wird, reduziert sich die Lüfterleistung und die Kühlkosten werden gesenkt.

DCIM

Mit einer Software für Data Center Infrastructure Management (DCIM) können Daten aus IT- und anderen Anlage-Systemen gesammelt, konsolidiert und integriert werden. Dies liefert einen zentralisierten Echtzeit-Überblick über alle Aktivitäten, der dabei hilft, Effizienz, Kapazität und Verfügbarkeit eines Rechenzentrums zu optimieren. So lässt sich zum Beispiel automatisch ein Alarm auslösen, wenn sich der Ist-Zustand außerhalb des vorab definierten Bereichs befindet. Ungenutzte Serverkapazitäten können identifiziert und beseitigt werden.

Bis zu 70 Prozent sparen

Die genannten Maßnahmen beziehungsweise Lösungen sind für jeden Typ von Rechenzentrum geeignet und können ohne erhöhtes Ausfallrisiko implementiert werden. Mit ihrer systematischen Anwendung können insgesamt mehr als 70 Prozent des Energieverbrauchs gegenüber einem konventionellen Rechenzentrum eingespart werden. Dem sinnvollen Wachstum eines Rechenzentrums steht damit nichts mehr entgegen.


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