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1 Quelle: Stand: April 2009

2 Energieeffizienz im Rechenzentrum Referent: Sven Hofmann, Senior Consultant

3 Agenda Energiebedarf im Rechenzentrum Messung von Energiebedarf und Temperaturen Optimierung der IT-Infrastruktur (Hard- und Software) Optimierung der Kühlung Optimierung der Stromversorgung Fazit und Ausblick RÖWAPLAN AG 2

4 Energiebedarf im Rechenzentrum Energiebedarf Überblick Entwicklung der Stromkosten in deutschen Rechenzentren Quelle: Borderstep-Institut RÖWAPLAN AG 3

5 Energiebedarf im Rechenzentrum Energieverbraucher Entwicklung des Energieverbrauchs im Rechenzentrum (USA) Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 4

6 Messung von Energiebedarf und Temperaturen Kennzahlen zur Bewertung der Energieeffizienz ( Green Grid USA) PUE (Power Usage Effectiveness): Quotient aus Gesamt- Energieverbrauch durch Energieverbrauch (nur) des IT-relevanten Inhaltes 1,5 = hohe Energieeffizienz ; 3,5 = schlechte Energieeffizienz DCE (Data Center Efficiency): Quotient aus Energieverbrauch des IT-relevanten Inhaltes durch Gesamt-Energieverbrauch (= 1/PUE) RÖWAPLAN AG 5

7 Messung von Energiebedarf und Temperaturen Energie-Monitoring Server-Monitoring (Produktion) kostengünstiges IT-Monitoring aller relevanten Auslastungsdaten effizientes Auffinden von Auffälligkeiten schnelle und detaillierte Analyse einzelner Phänomene klare Dokumentation von Maßnahmen (vorher nachher) Energie-Monitoring (Versorgung) Zusammenführung von IT- & Energiemanagement Einbeziehen weiterer Parameter (meteorologische Daten, etc.) gemeinsame Werkzeuge für IT, Energie, Controlling, etc.) Entwicklung kurz-, mittel- und langfristiger Energiestrategie RÖWAPLAN AG 6

8 Messung von Energiebedarf und Temperaturen Temperatur-Monitoring Detaillierte Erfassung der Temperaturverteilung und deren Visualisierung (Erkennung Hot-Spots, Vermeidung unnötig niedriger und gefährlich hoher Temperaturen) Messung durch optimal verteilte Sensoren (auch kabellos) Temperaturverteilung im Rechenzentrum mit Hot-Spot RÖWAPLAN AG 7 Quelle: IBM

9 Optimierung der IT-Infrastruktur (Hard- und Software) Server-Systeme Aufteilung des Energieverbrauchs eines Servers Quelle: Fujitsu Siemens Computer RÖWAPLAN AG 8

10 Optimierung der IT-Infrastruktur (Hard- und Software) Server-Systeme Reduzierung Verbrauch der einzelnen Systeme Effiziente Hardware hängt stark vom Design ab (redundantes Kühlungssystem mit zwei gesteuerten Lüftern, sparsame Prozessoren). richtige Auswahl und Dimensionierung der Komponenten reduziert den Energieverbrauch besserer Wirkungsgrad Netzteile weniger Wärme weniger Kühlung RÖWAPLAN AG 9

11 Optimierung der IT-Infrastruktur (Hard- und Software) Server-Systeme effiziente Nutzung der vorhandenen Ressourcen Optimierte Infrastruktur erlaubt das Abschalten nicht genutzter Hardware. Konsolidierung und Virtualisierung können den Energieverbrauch stark reduzieren. RÖWAPLAN AG 10

12 Optimierung der IT-Infrastruktur (Hard- und Software) Server-Systeme Energieeinsparung durch Konsolidierung und Virtualisierung Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 11

13 Optimierung der IT-Infrastruktur (Hard- und Software) Storage-Systeme Datenmanagement Löschen veralteter Dateien (strukturierte Dateiablage, mehrmaliges abspeichern vermeiden) Löschen unnötiger Dateien, nicht Geschäftsablaufrelevant (mp3, Video ) Infrastruktur Konsolidierung / Virtualisierung der Storage-Umgebung Nutzung von ILM (Information Lifecycle Management) Einsatz von Bändern anstatt Festplatten zur Archivierung Geräte Einsatz von State of the art Technologie RÖWAPLAN AG 12

14 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Warmgang Kaltgang Anordnung gebräuchlichste und wirkungsvollste Lösung Kühlluftzuführung über perforierte Doppelbodenplatten (nur Kaltgang) Kühlluftabführung unter der Decke Racks front to front mit perforierten Türen vorne und hinten (VDI 2054) Umluftkühlgeräte am Ende der Warmgänge (kein Vermischen) verbessertes Kabelmanagement im Rack und Doppelboden Abführung von bis ca. 5 kw Kühlleistung pro Rack möglich RÖWAPLAN AG 13

15 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Warmgang Kaltgang Anordnung (Konfiguration) Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 14

16 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Warmgang Kaltgang Anordnung (mit nachteiligen Bypässen und Rezirkulation von Luft durch zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten) Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 15

17 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Einhausung von Kalt- oder Warmgang Steigerung der Vorteile von Kalt-/Warmgang Anordnung Abdichtung des Kaltgangs oben mittels Abdeckung und an den Stirnseiten mit Türen! Vollständige Einhausung auch in den Racks (leere Höheneinheiten und seitlich neben 19 - Bereich) Temperaturgradient wird von ca. 4 Kelvin auf ca. 1 Kelvin reduziert ( 1 Kelvin ca. 4% Energieeinsparung) parallele Aufstellung der Umluftkühlgeräte zu den Rackreihen möglich (kein Vermischen) RÖWAPLAN AG 16

18 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Einhausung von Kalt- oder Warmgang (Einhausung des Kaltgangs) Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 17

19 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Einhausung von Kalt- oder Warmgang (Positionierung der Kühlgeräte parallel zu den Racks möglich) Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 18

20 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Vermeidung von Hindernissen im Doppelboden zu geringe Doppelbodenhöhe (min. 300 mm) Falsche Dimensionierung der Lüftungsplatten (Schlitzplatten) und der Luftaustrittsöffnungen in den Platten Platzierung der Lüftungsplatten (alle Racks möglichst gleiche Kühlmenge) Undichtigkeiten (Lecks, Wandanschlüsse) verschließen Druck im Doppelboden bei ca. 25 PA ( gleichmäßige Luftverteilung an den Schlitzplatten) Querschnittsverengungen innerhalb des Doppelbodens Verlegung von Kabeltrassen quer zum Luftstrom ( Gebläse muss stärker arbeiten höherer Energieverbrauch) RÖWAPLAN AG 19

21 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Vermeidung von Hindernissen im Doppelboden Quelle: Stulz RÖWAPLAN AG 20

22 Optimierung der Kühlung Luftkühlung im Raum und im Rack Erweiterung der Racktiefe Standard bis vor einigen Jahren Racktiefe 1000 mm Derzeitiger Trend Einsatz von größeren Racktiefen von 1070 mm teilweise 1500 mm verursacht durch Einführung von Servern mit größerer Einbautiefe Wunsch mehr Raum hinter den Einbauten (für Verkabelung und Einsatz Steckdosenleisten) Einsatz neuester Produkte und intelligentes Kabelmanagement (keine Behinderung des Luftstroms) Schränke mit sehr hoher Wärmelast benötigen zusätzlichen Freiraum. RÖWAPLAN AG 21

23 Optimierung der Kühlung Leistungsregelung Im Luftkreislauf-/ Wasser-/ Kältemittelkreislauf Großes Sparpotenzial durch Einsatz von drehzahlgeregelten EC Ventilatoren (24 h/tag, somit 8760 h/jahr) Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 22

24 Optimierung der Kühlung Leistungsregelung im Luftkreislauf-/ Wasser-/ Kältemittelkreislauf Redundanzbetrieb mit gleichzeitiger reduzierter Drehzahl direkte Sonneneinstrahlung vermeiden (Verwendung innenliegender Räume für Rechenzentrumsflächen) Erhöhung der Ansaugtemperatur (derzeit 20 bis 25 C nach ASHRAE Technical Committee9.9) Abgreifen hohes Temperaturniveau der ITK-Ausstattung (Chip- Kühlung), derzeit nur in Spezialanwendungen eingesetzt RÖWAPLAN AG 23

25 Optimierung der Kühlung Leistungsregelung dynamische Leistungsregelung und Wartung Steigerung der optimierten Komponenten und Systeme durch dynamische Regelung (nachts, Wochenende) Einsatz von drehzahlgeregelten Lüftern Antriebsenergie der Lüfter sinkt Längere Kühlung (Freie Kühlung) ohne Kompressor der Kältemaschine durch dynamische Regelung des Einschaltzeitpunktes. Regelmäßige Wartung, speziell verschmutzte Filter (steigende Ventilator bzw. Pumpenleistung hoher Energieverbrauch) RÖWAPLAN AG 24

26 Optimierung der Kühlung Freie Kühlung (Nutzung der Umgebungstemperatur) direkte / indirekte freie Kühlung Direkte freie Kühlung, Einsatz in kleineren Lokationen. Für RZ aufgrund enger Toleranzen Raumluftfeuchte und Filterstandzeiten nicht geeignet (höhere Betriebskosten). Nur bei hohen Außentemperaturen laufen die Rückkühler mit voller Leistung. Bei niedrigen Außentemperaturen nutzt das Klimagerät die kalte Luft als Rückkühler. Einsparung bis zu 40 % gegenüber einer konventionellen Klimaanlage sind möglich. RÖWAPLAN AG 25

27 Optimierung der Kühlung Freie Kühlung (Nutzung der Umgebungstemperatur) direkte / indirekte freie Kühlung Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 26

28 Optimierung der Kühlung Flüssigkeitskühlung (für hohe Kühlleistungen) Wärmetauscher im Rack sorgt für Abgabe der Wärme an Wasser Wasser nimmt ca x mehr Energie auf als Luft Wärmetauscher befindet sich neben oder unter dem Rack Wasserführende Komponenten somit weit entfernt von elektrischen Komponenten des Servers und des Racks Direkter Anschluss der Racks an vorhandenen Kreislauf Rack und Rack-Komponeten werden fernüberwacht Sicher durch Intrusionsdetection, Temperaturüberwachung und Branderkennung Bis zu 30 kw Kühlkapazität pro Rack (ohne großen Einfluss auf die Raumluft) Skalierbare und modulare Standardlösungen erleichtern die steigenden Anforderungen. RÖWAPLAN AG 27

29 Optimierung der Stromversorgung Einfluss von USV-Systemen Auswirkung USV-Wirkungsgrad auf Energieeffizienz und CO 2 Ausstoß (Berechnung von USV Verlustleistung und CO 2 Ausstoß) Quelle: Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR) RÖWAPLAN AG 28

30 Optimierung der Stromversorgung Einfluss von USV-Systemen energieeffizienter USV-Aufbau (Steigerung des Wirkungsgrades) Einsatz von Doppelwandler USV`s ( Power Quality ) Einsatz von IGTB`s (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor) im Gleichrichter Eingangs - Powerfaktor nahe 1 (Generator) Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 29

31 Optimierung der Stromversorgung Einfluss von USV-Systemen USV-Einsatzkonzepte im Vergleich Einzelanlagen Dimensionierung auf zu erwartende Last ausgelegt großzügig überdimensioniert, geringe Auslastung zwei USV-Anlagen im Parallelbetrieb für N+1 Redundanz Einzelblockleistung (bessere Verfügbarkeitswerte) Dimensionierung auf Endleistung, aufgrund Redundanzkonzept max. 50 % Auslastung mehrere USV-Anlagen im Parallelbetrieb für N+1 Redundanz bessere Skalierbarkeit ext. Servicebypassschalter für gewünschte Endleistung höherer Leistungsbedarf zuschalten im Betrieb möglich höhere Auslastungsgrade und Betrieb, weniger Verlust RÖWAPLAN AG 30

32 Optimierung der Stromversorgung Einfluss von USV-Systemen USV-Einsatzkonzepte im Vergleich modulare USV-Anlagen mit Leistungsmodulen im Parallelbetrieb für N+1 Redundanz 10 kva 200 kva Einzelmodulleistung einfache Skalierbarkeit Anlagenrahmenauslegung auf gewünschte Endleistung Leistungserhöhung im laufenden Betrieb ohne externen Bypassschalter möglich RÖWAPLAN AG 31

33 Optimierung der Stromversorgung Einfluss von USV-Systemen USV-Einsatzkonzepte im Vergleich (Auslastung von USV-Anlagen in verschiedenen Redundanzkonzepten) Quelle: BITKOM RÖWAPLAN AG 32

34 Optimierung der Stromversorgung Intelligente Steckdosenleisten im Rack (Smart Power Strips SPS ) Bauformen 19 1U oder 2U (8 Ports, bis 16 Ports) Stangen für seitliche Montage am Rack (12 Ports, 20 Ports) RÖWAPLAN AG 33

35 Optimierung der Stromversorgung Intelligente Steckdosenleisten im Rack (Smart Power Strips SPS ) Funktionaler Bereich mit drei Kategorien Passive Stromleisten für die IT-Umgebung Einsatz bei einfachen Installationen geringer Anschaffungspreis keine Steuerung Stromspitzen bei Inbetriebnahme keine Messung RÖWAPLAN AG 34

36 Optimierung der Stromversorgung Intelligente Steckdosenleisten im Rack (Smart Power Strips SPS ) Funktionaler Bereich mit drei Kategorien Schaltbare Stromleisten mit Steuereingang Einsatz im Rechenzentrum mit Servermanagement Schaltfunktionen verzögertes Einschalten der Server keine Verbrauchsmessung meist nur in Verbindung mit KVM-Switch oder Consoleserver RÖWAPLAN AG 35

37 Optimierung der Stromversorgung Intelligente Steckdosenleisten im Rack (Smart Power Strips SPS ) Funktionaler Bereich mit drei Kategorien Intelligente Stromleisten mit Steuereingang und Messfunktion Einsatz in energieeffizienten Rechenzentren volle Kontrolle über Geräte- und Energieverbrauch autark einsetzbar hoher Anschaffungspreis RÖWAPLAN AG 36

38 Fazit und Ausblick Fazit: Ständiges Wachstum der IT-Systeme ist nicht aufzuhalten. Stetig steigender Kostendruck zwingt jedoch zum Umdenken. Beginnt bei CPU-Stromsparmechanismen in Servern und endet bei einer optimierten und energieeffizienten Steuerung der gesamten Gebäudetechnik (Zentrales Management). Ausblick: Bestehende Rechenkapazität weiterhin nutzen oder erweitern sowie teuren Invest in neue Infrastruktur (Energieversorgung und Klimatisierung) hinausschieben. Hauptaspekt: Langfristig Energie einsparen, Betriebskosten mindern und Beitrag zum Umweltschutz leisten RÖWAPLAN AG 37

39 Vielen Dank! RÖWAPLAN AG 38

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