Harmonisierung redundanter Kühlungs- und Stromversorgungskonzepte für ausfallsichere Hochleistungs-Rechenzentren

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1 DATA CENTER CONVENTION KongressTrack Harmonisierung redundanter Kühlungs- und Stromversorgungskonzepte für ausfallsichere Hochleistungs-Rechenzentren Dipl.-Ing. Klaus Kühr Geschäftsführer Hochverfügbarkeit Physikalische RZ - Sicherheit Energieeffizienz Folie 1

2 Folie 2 Rechenzentrumsplanung Kruppstraße 11 D Betzdorf Fon +(49) (0) Fax +(49) (0) Homepage klauskuehr@rsg-gmbh.eu Unabhängiges, neutrales seit 1984 bestehendes Beratungs- und Planungsunternehmen zur physikalischen Sicherheit von Rechenzentren

3 Folie 3 Agenda Definition effektive IT Verfügbarkeit Prozessverbund IT Systeme und RZ Infrastruktur Harmonisierung RZ Infrastruktur Harmonisierung Tier Level lt. TIA 942 Harmonisierung im Detail Harmonisierte Redundanz Hochverfügbarkeit versus Energieeffizienz Teillastbetrieb durch Verfügbarkeit und Redundanz Energieeffizienter Komponenteneinsatz Innovative Produkte Optimierter Teillastbetrieb Resümee

4 Folie 4 Definition effektive IT Verfügbarkeit Reale Verfügbarkeit = effektive IT Nutzungszeit Aktuelle Verfügbarkeitsanforderung IT Verfügbarkeit 24/365 > 99,xxxxx% Reduzierung der akzeptierten Dauer ungeplanter und geplanter Unterbrechungen für Wartung und Instandsetzung Einflussgrößen der IT - Verfügbarkeit

5 Folie 5 Prozessverbund IT-Systeme und RZ-Infrastruktur Stromversorgung Treiber der realen Verfügbarkeit IT Verfügbarkeit resultiert aus dem integriertem Funktionsverbund der IT/TK Hardware Systeme mit der RZ Infrastruktur.

6 Folie 6 Harmonisierte RZ Infrastruktur Redundante Stromversorgung, Kälte- und Klimatechnik Ausfallsichere, Hochleistungsrechenzentren erfordern harmonisierte, konvergente Strukturen der Stromversorgung, Kälte- und Klimatechnik Konvergente Versorgungsstrukturen müssen System- und Leistungsredundanz auf gleichem durchgängigem Verfügbarkeits- und Sicherheitsniveau bieten. Konvergente Kälte- und Klimatechnik erfordert neben der hydraulischen Versorgungsstruktur die gezielte Ausrichtung der Gewerks - Stromversorgung auf die A/B - Struktur der gesamten RZ Infrastruktur. Die Verfügbarkeit der Kälte- und Klimatechnik entscheidet sich in der Praxis in der konsequenten Umsetzung der A/B Stromversorgung für die Erzeuger-, Verteil- und MSR Systeme.

7 Folie 7 Harmonisierung Tier I, II lt. TIA 942 (TIA Telecommunications Industry Association) Tier I (1 Pfad N) Einfache Stromversorgung ohne redundante Komponenten (N). Störung/Wartung erfordert Unterbrechung Tier II (1 Pfad N+1) Einfache Stromversorgung mit redundanten Komponenten (N+1). Störung/Wartung erfordert Unterbrechung 1 zentrale Mittelspannung (MS) N oder N+1 Trafos, teilweise NEA 1 NSHV mit Abgängen USV, Kälte/Klima oder zentrale Versorgung Kälte/Klima 1 Versorgungspfad USV (N oder N+1) mit 1 USV HW Unterverteilung 1 Verteiler für IT/TK Hardware mit 1 oder mehreren Netzteilen

8 Folie 8 Harmonisierung Tier I, II lt. TIA 942 (TIA Telecommunications Industry Association) Rückkühler Freie Kühlung Pumpe Rückkühler N Pumpe Kältemaschine N Tier I (1 Pfad N) Einfache Kälteversorgung ohne redundante Komponenten (N). Störung/Wartung erfordert Unterbrechung Pumpe Pumpe Pumpe Kälteverteilung Pumpe Tier II (1 Pfad N+1) Einfache Kälteversorgung mit redundanten Komponenten (N+1). Störung/Wartung erfordert Unterbrechung RLT- Gebäude Klimaspange Umluftklimageräte N IT/TK Betriebsraum 1 zentrale Kälteerzeugung mit N oder N+1 Komponenten, mit/ ohne Freie Kühlung 1 zentrales Rohrsystem auf der Erzeugerund Verbraucherseite N oder N+1 Umwälzpumpen auf Erzeuger/ Verbraucherseite Stromversorgung direkt aus der NSHV oder zentralem Gewerkschaltschrank

9 Folie 9 Harmonisierung Tier III lt. TIA 942 (TIA Telecommunications Industry Association) Tier III (2 Pfade 2N) Redundante Stromversorgung, redundante Komponenten (N+1). Störung/Wartung teilweise ohne Unterbrechung möglich Einzelne Single Points of Failure 1 zentrale Mittelspannung (MS) N oder N+1 Trafos und NEA NSHV A, 1x USV, 1x Kälte/Klima NSHV B, 1x ohne USV, 1x Kälte/Klima UV-A-Pfad mit USV (N oder N+1) UV-B-Pfad ohne USV 1 Hardware-Verteiler mit A/B- PDU s 1x aus USV-, 1x aus Normalnetz

10 Folie 10 Harmonisierung Tier III lt. TIA 942 (TIA Telecommunications Industry Association) Tier III (2 Pfade 2N) Redundante Kälteversorgung, redundante Komponenten (N+1). Störung/Wartung teilweise ohne Unterbrechung möglich Einzelne Single Points of Failure TGA/Elektro- Betriebsräume TGA/Elektro-Betriebsräume 1 zentrale Kälteerzeugung mit N+1 Komponenten, mit/ ohne Freie Kühlung Zentrales Rohrsystem mit 2 Pfaden auf der Erzeuger/ Verbraucherseite N+1 Umwälzpumpen auf der Erzeuger/ Verbraucherseite A/B-Stromversorgung direkt aus NSHV oder zentrale Gewerkeversorgung

11 Folie 11 Harmonisierung Tier IV lt. TIA 942 (TIA Telecommunications Industry Association) Tier IV (2 Pfade 2N/N+1) Mehrfach redundante Stromversorgung, redundante/fehlertolerante Komponenten (N+1) Störung/Wartung ohne Unterbrechung möglich Keine Single Points of Failure 2 zentrale Mittelspannungen (MS) 2N/N+1 Trafos und NEA 2 zentrale NSHV s 2 zentrale Verteiler Kälte/Klima 2N/N+1 USV-Anlagen 2 UV-USV-A, 2 UV-USV-B Hardware-Verteiler mit A/B- PDU s aus USV-Netz

12 Folie 12 Harmonisierung Tier IV lt. TIA 942 (TIA Telecommunications Industry Association) Rückkühler A N+1 Rückkühler B N+1 Pumpengruppe Pumpengruppe Kältemaschinen A Freie Kühlung Freie Kühlung Kältemaschinen B Pumpengruppe Pumpengruppe Tier IV (2 Pfade 2N/N+1) Pumpengruppe Kälteverteilung A Pumpengruppe Kälteverteilung B Mehrfach redundante Kälteversorgung, redundante/fehlertolerante Komponenten (N+1) Störung/Wartung ohne Unterbrechung möglich Keine Single Points of Failure RLT-Gebäude TGA/Elektro-Betriebsräume Klimaspange A1 N+1 Umluftklimageräte IT/TK Betriebsraum Klimaspange B1 N+1 Umluftklimageräte Klimaspange A2 N+1 Umluftklimageräte IT/TK Betriebsraum Klimaspange B2 N+1 Umluftklimageräte TGA/Elektro-Betriebsräume 2 zentrale Kälteerzeugungen mit N+1 Komponenten, mit/ ohne Freie Kühlung 2 Rohrsysteme mit 2 Pfaden auf der Erzeuger/ Verbraucherseite N+1 Umwälzpumpen auf der Erzeuger/ Verbraucherseite 2x A/B-Stromversorgung direkt aus NSHV oder zentraler Gewerkeversorgung

13 Folie 13 Harmonisierung im Detail

14 Folie 14 Harmonisierte Redundanz Systemredundanz RZ Infrastruktur mit zweipfadiger Versorgungsstruktur der relevanten Systeme der Stromversorgung, Kälte- und Klimatechnik Bei Ausfall eines Pfades wird die Versorgung unterbrechungsfrei vom zweiten Pfad übernommen Leistungsredundanz RZ Infrastruktur mit je Pfad mind. 100% verfügbarer Leistung (2N) oder N+1 Redundanz und somit 2 x N+1 für die relevanten Systeme der Stromversorgung, Kälte- und Klimatechnik

15 Folie 15 Hochverfügbarkeit versus Energieeffizienz Energieeffizienz der Stromversorgung, Kälte-/Klimatechnik wird durch Teillast - Wirkungsgrad der Komponenten bestimmt. System- und Leistungsredundanz der RZ Infrastruktur führt durch Systemstruktur zum Teillastbetrieb der eingesetzten Komponenten TIER Level und Komponentenauslastung RZ - Infrastruktur Redundanzgrad N N+1 N+1 N+1 N+1 2N 2(N+1) 2(N+1) 2(N+1) 2(N+1) Konfiguration (1+1 2(2+1) 2(3+1) 2(4+1) Anzahl Komponenten Auslastung Komponenten 100% 50% 66% 75% 80% 50% 25% 33% 37,50% 40%

16 Folie 16 Teillastbetrieb durch Verfügbarkeit und Redundanz Wirkungsgrad USV Wirkungsgrade Ausgangswirkungsleistung USV-Wirkungsgrade nach Code of Contact (European Commission) Klass./1/ Klass./2/ Klass./3/ USV-Typen VFI-S.- nach EN alle USV-Typen VI und VFI nach EN , außer VFI-S.- alle USV-Typen VFD nach EN Quelle BITKOM

17 Folie 17 Energieeffizienter Komponenteneinsatz Kälteerzeugung Energieeffiziente Kaltwassersätze mit optimierter EER (Energy Efficiency Ratio) der EUROVENT Klasse A Gleitende/parallele Nutzung der Freikühlung Energy Efficiency Ratio (EER) der Kälteerzeugung Eurovent Klassifizierung EER = Abgegebene Kälteleistung (kw) Elektrische Antriebsleistung (kw) Effizienzklassen Kaltwassersätze Klasse EER-Wert luftgekühlt wassergekühlt A > 3,1 > 5,05 B 2,9-3,1 4,65-5,05 C 2,7-2,9 4,25-4,65 D 2,5-2,7 3,85-4,25 E 2,3-2,5 3,45-3,85 F 2,1-2,3 3,05-3,45 G < 2,1 < 3,05 Quelle Eurovent Beispiel 1 EER Wert Klasse A > 5,05 Benötigte, abgegebene Kälteleistung von 500 kw erfordert elektrische Antriebsleistung von 500 kw/ 5,05 = 99 kw Beispiel 2 EER Wert Klasse G < 3,05 Benötigte, abgegebene Kälteleistung von 500 kw erfordert elektrische Antriebsleistung von 500 kw/ 3,05 = 164 kw

18 Folie 18 Innovative Produkte Optimierter Teillastbetrieb Flüssigkeitskühlagreggate mit öl-freiem Turboverdichter Hohe Energieeffizienz Hohe COP Werte im Teillast Bereich Keine Anlaufstromspitzen (< 5A pro Verdichter) COP (COP = Coefficient of Performance) COP Verlauf Teil- und Volllastbetrieb Last Quelle Axima COP Vergleich Schraube / Turbo (kw)

19 Folie 19 Resümee Harmonisierte Stromversorgungs- und Kühlungskonzepte Aufwendungen zur Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit, Notfallvorsorge der IT/TK-Systeme machen nur dann Sinn, wenn die RZ-Infrastruktur das gleiche Niveau der Sicherheit bieten kann. Die Stromversorgung ist der Treiber und Integrator der Verfügbarkeit, Sicherheit und Energieeffizienz der Rechenzentren. Von der RZ-Infrastruktur muss das bestimmungsgemäße Zusammenwirken der Funktions- und Signalisierungsketten der Stromversorgung, Kälte- und Klimatechnik sichergestellt werden. Konvergenz ist gegeben, wenn die harmonisierte RZ Infrastruktur die Voraussetzungen zur Betriebsführung auf gleichem Sicherheitsniveau mit den IT/TK Systemen bietet.

20 Folie 20 Rechenzentrumsplanung mehr denn je. eine gewerkeübergreifende Herausforderung Strategie vor Organisation - Organisation vor Technik

21 Folie 21 RSG - Portfolio Beratungs-, Analyse-, Planungsleistungen Risiko- und Schwachstellenanalysen, Audits / Rating zur physikalischen Sicherheit, RZ Verfügbarkeit und Energieeffizienz Beratung IT- und RZ Standortstrategie, Restrukturierung, Konsolidierung, Outsourcing / Outtasking Rechenzentrumsplanung als General- und Fachplaner für Neu- und Umbauten energieeffizienter Rechenzentren Gewerkeübergreifende Integrations- und Funktionstests unter realen Lastbedingungen vor Aufnahme des RZ Betriebes RZ Umzugsplanungen, Installations- und Change Management, Logistik, Projektmanagement RZ Betriebsführungskonzeptionen und Infrastruktur-/ Servicemanagement Wahrnehmung Bauherren Funktion Konzeptentwicklung und Pflichtenheft für Neubau/Umbau, Planungsund Baubegleitung, Nutzervertretung, Projektmanagement, Qualitätssicherung