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1 Energieeffizienz für Data Center Kontakt: Dipl.-Ing. Claus Tinnacher Siemens AG Österreich Building Technologies Division Siemens Gebäudemanagement & -Services G.m.b.H. Business Development Siemensstrasse Wien Telefon: +43 (0) Präsentation Homepage: Linz,

2 INHALTSVERZEICHNIS A. Energieeffizienz für Data Center B. Hot Spot Analyse C. Free Cooling D. Beyond Monitoring E. Schlussfolgerungen / Trends Seite 2 Juni 2015 SGS / SIE / BD

3 Portfolio Centers Uninterruptible Power Supply/ Generators (external partner) Fire & Life Safety Transfer Switch (ATS) Power Gen/ Power Distribution MV / LV Switchgear & Busways Chillers PDU for server supply Cooling Controls and Monitoring Air con. control Server / Server control Power Monitoring Access control Data Center Infrastructure Management (DCIM ) Das Siemens Portfolio umfaßt die wesentlichen Teile der Data Center Infrastruktur Seite 3 Juni 2015 SGS / SIE / BD

4 A Energieeffizienz für Data Center Energiekrise im Data Center? Data Center verbrauchen aktuell so viel Energie wie der gesamte weltweite Flugverkehr Jeder Mausklick schluckt Energie. So hat die New York Times ausgerechnet, dass eine durchschnittlich Suchanfrage bei Google, so viel Strom wie eine Energiesparlampe in einer Stunde verbraucht Weiters hat der US-Blogger und Buchautor Nicholas Carr, eine Ökobilanz für die künstlichen Wesen (Avatare) in der virtuellen Computerwelt Second Life kalkuliert, und dabei errechnet, dass eine virtuelle Identität mehr Energie pro Jahr verbraucht als ein durchschnittlicher Südamerikaner Innerhalb von vier Jahren wird eine Verdoppelung des Energieverbrauchs erwartet Kontinuierliche Entwicklung von neuen Hochleistungsservergenerationen mit noch höherem Energieverbrauch Immer höhere Anforderungen an die Kühlsysteme von Data Center Seite 4 Juni 2015 SGS / SIE / BD

5 A Energieeffizienz für Data Center Herausforderungen im Data Center What are the most promising new technologies you see for data centers? 7x24 Exchange conference Alternative energy/ on-site energy Higher operating temperature Higher energy efficiency Modular/ flexible designs Airside economizing/ better use of air New cloud services/ applications Evaporative cooling Other cooling technologies High density data centers Better voltage distribution Other 15% 13% 13% 10% 8% 8% 6% 6% 6% 4% 12% Source: DCK Audience Survey 8/11 Seite 5 Juni 2015 SGS / SIE / BD 0% 1. Multiple answers possible 2. Single answer only Source: Data Center Users' group surveys, 7x24 Exchange conference documentation Entwicklung von Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz 20%

6 A Energieeffizienz für Data Center Vorgehen Analyse Lösungsentwicklung Umsetzung Monitoring Für die einzelnen Schritte werden einzelne Module projektspezifisch und je nach Problemstellung aus einem Baukasten angewandt Seite 6 Juni 2015 SGS / SIE / BD

7 B Hot Spot Analyse Ausgangssituation Hier zeigt sich an einer Lücke in der Schrankreihe gut die Einströmung von warmer Luft aus dem Warmgang vor die Schränke. Die Temperatur im Kaltgang steigt dadurch lokal auf knapp 31 C. Wenn die Kalt-Warm-Trennung in den Racks fehlt, nimmt die warme Abluft aus den Servern den leichten Weg direkt zurück vor die Ansaugbereiche. Die Server braten dann sozusagen im eigenen Saft, im Beispiel unten bei etwa 30 C. Seite 7 Juni 2015 SGS / SIE / BD

8 B Hot Spot Analyse Ausgangssituation Wegen der fehlenden Kalt-Warm-Trennung in den Racks steigt die Temperatur im Kaltbereich auf annähernd 34 C. Auch hier beeinflusst die Einströmung warmer Luft die Kühlung der EMC-Racks negativ. Seite 8 Juni 2015 SGS / SIE / BD

9 B Hot Spot Analyse Ausgangssituation In dieser Schrankreihe ist ein kompletter Schrank gegen die Kaltgang-Warmgang-Anordnung aufgestellt und bläst 36 C warme Abluft in den Kaltgang. In einem Schrank ist eine Komponente entgegen der Kaltgang-Warmgang-Anordnung eingebaut und bläst Abluft mit über 40 C direkt in den Kaltgang. Seite 9 Juni 2015 SGS / SIE / BD

10 B Hot Spot Analyse Ausgangssituation Kabelausschnitte im Bereich der Warmgänge sind nicht vollständig abgedichtet. Die hier austretende Kühlluft nimmt nicht den Weg durch Server und trägt somit nicht zur Kühlung bei. Hier ist der nicht abgedichtete Doppelboden-Ausschnitt etwa 0,2qm groß. Bei 20 Pascal Doppelbodendruck tritt die Luft mit etwa 5m/s durch diesen Ausschnitt aus. Pro Stunde gehen dadurch allein aus dieser nicht abgedichteten Öffnung etwa cbm Kühlluft verloren. Seite 10 Juni 2015 SGS / SIE / BD

11 B Hot Spot Analyse Ausgangssituation Beispiel für Verwirbelung von kalter und warmer Luft ohne Einhausung Seite 11 Juni 2015 SGS / SIE / BD

12 B Hot Spot Analyse Lösungsmöglichkeiten Blanking Panels Seite 12 Juni 2015 SGS / SIE / BD

13 B Hot Spot Analyse Lösungsmöglichkeiten Kaltgang - Warmgangeinhausung Sowohl die Lösung mittels Kaltganges als auch mittels Warmganges ermöglich signifikante Energieeinsparungen gegenüber traditioneller Bauweise Kaltgang CRACS CRACS Warmgang Seite 13 Juni 2015 SGS / SIE / BD

14 B Hot Spot Analysis ROI-Kalkulation Budgetkosten Einheit Material Montage Gesamt Verblendung in den Racks k Abdichtung Doppelboden k Einhausung Kaltgänge U1 k Einhausung Kaltgänge U2 k Gitterroste k Neue ULKs (4+3 Stück in U1/U2) k SmartAisle-Regelung, Altgeräte Standby k Total k Energieeinsparung k /a 135 Return-on-Invest statisch (ohne Zinseffekt) a 3,4 Seite 14 Juni 2015 SGS / SIE / BD

15 B Hot Spot Analyse Lösung Kaltgangeinhausung Doppelboden Kaltgang Warmgang Mit dieser wesentlichen Lösung wurden folgende Ergebnisse erzielt. Seite 15 Juni 2015 SGS / SIE / BD

16 B Hot Spot Analyse Ergebnis - Kaltgang Serverraum U1 Thermographie-Analyse vom 4. Dezember 2013 In der gesamten entstehen in den unteren Schrankbereichen Hot-Spots. Thermographie-Analyse vom 14. August 2014 Durch die vollständige Kalt-Warm-Trennung werden sämtliche Hot Spots sicher beseitigt, alle Schränke werden über die gesamte Höhe mit ausreichend unvermischter Kühlluft versorgt. Seite 16 Juni 2015 SGS / SIE / BD

17 B Hot Spot Analyse Ergebnis - Kaltgang 2.OG 15 Thermographie-Analyse vom 14. August 2014 Verbesserung der Luftführung durch die Installation der Kaltgangeinhausung Thermographie-Analyse vom 4. Dezember In den beiden entstehen lokal im unteren Schrankbereich Hot-Spots. Seite 17 Juni 2015 SGS / SIE / BD

18 B Hot Spot Analyse Ergebnis - Kaltgang Serverraum U2 Thermographie-Analyse vom 14. August 2014 Verbesserung der Luftführung durch die Installation der Kaltgangeinhausung Serverraum U2 Durch die Abdichtung entweicht keine Luft aus dem Zwischenboden Seite 18 Juni 2015 SGS / SIE / BD

19 B Hot Spot Analyse Ergebnis - Power Usage Effectiveness Juni 2014 Zähler 29 Tage Trafo RZU ,00 kwh Trafo RZU ,00 kwh Trafo RZU ,00 kwh Gen2 RZU ,00 kwh RZU ,00 kwh Summe Verbrauch DC ,00 kwh Verbrauch ohne IT ,00 kwh Summe IT ,00 kwh PUE 2,53 August 2014 Zähler 31 Tage Trafo RZU ,00 kwh Trafo RZU ,00 kwh Trafo RZU ,00 kwh Gen2 RZU220 - kwh RZU ,00 kwh Summe Verbrauch DC ,00 kwh Verbrauch ohne IT ,00 kwh Summe IT ,00 kwh PUE 2,20 PUE 2,53 Juni 2014 Summe IT; kwh; 40% Summe IT; kwh; 45% Summe ohne IT; kwh; 60% PUE 2,20 August 2014 Summe ohne IT; kwh; 55% Seite 19 Juni 2015 SGS / SIE / BD

20 B Hot Spot Analyse Hot Spot Analyse CO 2 - und Energieeinsparungen pro Jahr in kwh *) Kaltgangseinhausung + ULK Optimierung Jahresverbrauch bis ,70 kwh 0,198kg/kWh kwh/jahr /Jahr Prozent to/jahr CO2 Einsparung , , ,30 Jahresverbrauch ab ,11 kwh Umbau USV und außer Betriebnahme Netzfilter Jahresverbrauch bis ,78 kwh 0,198kg/kWh kwh/jahr /Jahr Prozent to/jahr CO2 Einsparung , , ,21 Jahresverbrauch ab ,89 kwh Einsparungen 2014 kwh/jahr to/jahr CO2 Jährlicher Verbrauch vor der Optimierung , ,97 Jährlicher Verbrauch nach der Optimierung , ,02 Einsparungen pro Jahr , , , ,96 Einsparungen in Prozent 18,74 % *) Die Daten wurden mittels der eingebauten Energiezähler gemessen und auf ein Jahr hochgerechnet Seite 20 Juni 2015 SGS / SIE / BD

21 B Hot Spot Analyse Hot Spot Analysis Schlussfolgerungen der Thermografie-Analyse Die Meßpunkte bei der Messung am 14. August 2014 waren dieselben wie bei der Messung am 4. Dezember Die mittels Thermografie aufgenommenen Bilder zeigen, dass die Temperatur im Bereich der einzelnen Racks niedriger ist als vor dem Einbau der Kaltgangeinhausung. Dies bedeutet, dass durch die Installation der Kaltgänge der thermische Kurzschluß wesentlich reduziert wurde. Die Temperaturen im Bereich der Racks wurden im Kaltgang gemessen. Alle Messungen die bis dato durchgeführt wurden zeigen wesentliche Energieeinsparungen und CO 2 -Reduktionen im Ausmaß von 20 % im Vergleich zur base line vom 4. Dezember 2013 auf Seite 21 Juni 2015 SGS / SIE / BD

22 C Free Cooling Seite 22 Juni 2015 SGS / SIE / BD

23 C Free Cooling Ausgangssituation Die Kälte wird generell bei niedrigen Umgebungstemperaturen ( im Winter ), mit Freikühlung erzeugt bei dann ca. 14 C KW-Vorlauftemperatur, und etwa 5 Kelvin Spreizung über geregelte Pumpen (N+1- redundant). Bei höheren Umgebungstemperaturen übernimmt eine Kältemaschine die Kälteerzeugung mit dann etwa 12 C KW-Vorlauf. Die Umschaltung erfolgt hart bei 5 C Umgebungstemperatur. Nach der Klimatabelle für Wien (aus der ENP-Hirating-Software) teilen sich die Jahresstunden damit auf etwa 2.820h Freikühlung und 5.940h Kältemaschinenbetrieb auf. Seite 23 Juni 2015 SGS / SIE / BD

24 C Free Cooling Lösungsmöglichkeit - Temperaturanhebung 18 C 27 C ASHRAE TC9.9 für den empfohlenen Bereich der Server-Zulufttemperatur zwischen 18 und 27 C. Seite 24 Juni 2015 SGS / SIE / BD

25 C Free Cooling Lösungsmöglichkeit Mix mit Free Cooling Seite 25 Juni 2015 SGS / SIE / BD

26 C Free Cooling Lösung Mix / gleitendes Free Cooling plus Temperaturanhebung Seite 26 Juni 2015 SGS / SIE / BD

27 C Free Cooling Lösung Mix / gleitendes Free Cooling Die Anhebung der KW-Temperatur von 14/19 C auf 20/26 C ermöglicht grundsätzlich eine Anhebung des Umschaltpunktes von Freikühlung auf Kompressorkühlung von 5 C auf mindestens 11 C und eine Erhöhung der Freikühlzeit um etwa Stunden pro Jahr. Weiter verbessert würde die Energieeffizienz, wenn auch Mischbetrieb (freie und Kompressorkühlung) möglich wäre. Ein reiner Kompressorbetrieb wäre dann erst ab weit über 20 C Umgebungstemperatur erforderlich. Die Kombination von Temperaturanhebung und gleitendem Free Cooling erzielt die höchste Einsparung und den besten ROI Seite 27 Juni 2015 SGS / SIE / BD

28 C Free Cooling Ergebnis Mix / gleitendes Free Cooling Budgetkosten Einheit Material Montage Gesamt 1+1 Superchiller FG0 030 k Total k Energieeinsparung k /a 27 Return-on-Invest statisch (ohne Zinseffekt) a 4,9 Die Installation einer zusätzlichen Kältemaschine zur Erhöhung der Verfügbarkeit war ohnehin geplant. Durch die Kombination aus Temperaturanhebung und gleitender Fahrweise im Free Cooling Betrieb haben sich Einsparungen in der Höhe von 20 % Prozent ergeben Seite 28 Juni 2015 SGS / SIE / BD

29 D Beyond Monitoring Seite 29 Juni 2015 SGS / SIE / BD

30 D Beyond Monitoring Sentron powermanager Seite 30 Juni 2015 SGS / SIE / BD

31 D Beyond Monitoring Data Center Infrastructure Management (DCIM) Virtuelle 3D CFD Simulationen für mehr Energieeffizienz Virtuelle CFD Analyse in quasi in Echtzeit Energieeffizienz Planung der Kapazitäten für Kühlung und elektrische Leistung Datacenter KPI Berechnungen Power Usage Effectiveness (PUE) Rack Cooling Index (RCI ) Energie Benchmarking Erweiterungs- / Konsolidierungsempfehlungen Seite 31 Juni 2015 SGS / SIE / BD

32 D Beyond Monitoring DCIM Funktionalitätsbeispiele (1) Vorteile des 3D Models: Datacenter /Gebäudetechnik und IT Asset Management in einer Umgebung Zeigt die physische Realität des Data Centers 4D Reporting hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien Nutzung der Informationen für Datacenter, Facility Management und IT Was-wäre-wenn Szenarien für optimale Rackbeplanung und Datacenter Konsolidierungen Start mit einer Simulation zu Beginn des Lebenszyklus Vorteile der lebenszyklusorientierten Simulation von Adaptierungen Change Management: CAPEX Einsparungen durch Vergleich von unterschiedlichen Lösungsszenarios Schnellere Umsetzung von Optimierungen Effekte von Optimierungen können controlled werden Finetuning der Modelle mit Echtdaten Seite 32 Juni 2015 SGS / SIE / BD

33 D Beyond Monitoring DCIM Funktionalitätsbeispiele (2) Powercharts für die Eruierung von Energieeinsparungen (~18% Energieeinsparung möglich) Echtzeitdaten für die Rackleistungsaufnahme verglichen mit den Planungsprämisen - Blau: Anzeige wo mehr Assets platziert werden können als bisher geplant (>10% mehr) - Rot: Anzeige wo die Gefahr eines Hot Spots besteht KPI Dashboards und Hintergrunddaten Techniker können die unterschiedlichen Asstes benchmarken um bessere Ergebnisse zu erzielen. bis zur Betriebsphase des Data Centers Techniker können eigene Reports oder Graphen definieren um Tiefenanalysen durchzuführen Seite 33 Juni 2015 SGS / SIE / BD

34 D Beyond Monitoring DCIM Proven Benefits Business Benefit Energieeinsparung PUE Reduktion CAPEX Reduktion Compliance Reporting Kostenmanagement/ Kostenverrechnung DCIM Beitrag Energieeinsparungen pro Energiezone, durch Optimierung von Einstellgrößen wie beispielsweise Volumenströmen Programme für die Entwicklung einer mittelfristigen PUE Reduktion Drei mögliche Wege: Simulation von unterschiedlichen Planungsszenarien vor der Umsetzung der geplanten Neubau-Investments Entwicklung von Szenarien für Konsolidierungen Optimierung der Rack Nutzung Einfache Erstellung von Energie- und CO 2 -Reports DCIM ermöglicht die Kostenverrechnung pro Nutzungseinheit pro Abteilung, oder pro Applikation Die bloße Tatsache der Verrechnung allein führt oft bereits zu Kosteneinsparungen Seite 34 Juni 2015 SGS / SIE / BD

35 D Schlussfolgerungen / Trends Herausforderndes Umfeld für Data Center Betreiber IT ist eine Querschnittstechnologie Hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit sowohl im Business als auch im Consumer-Umfeld Die neue Servergeneration wird immer leistungsfähiger und energiehungriger Anforderung im Data Center Betrieb Energie und CO 2 einzusparen Lösungsmöglichkeiten Energie Management Umsetzung des Themas Energie Management und Effizienz für Data Centers Green Data Center Anwendung von unterschiedlichen Wegen zum Zielergebnis Einsparungen sind je nach Reifegrad von Data Centern möglich und umsetzbar Die Anforderung hinsichtlich Modularität und Energieeffizienz bedingen eine lebenszyklusorientierte Betrachtung von Data Centern Seite 35 Juni 2015 SGS / SIE / BD

36 Last but not least Building Technologies Siemens Gebäudemanagement & -Services G.m.b.H. Business Development Siemensstrasse 90 A-1210 Wien Österreich Dipl.-Ing. Claus Tinnacher Leitung Business Development Telefon +43 (0) Fax +43 (0) Mobile +43 (0) danke für Ihre Aufmerksamkeit und ich freue mich auf Ihre Fragen! Seite 36 Juni 2015 SGS / SIE / BD

37 Add On - GREEN IT DATA CENTER Greenfield

38 GREEN IT - DATA CENTER Generalplanung - Errichtung - Betrieb Klimatechnik Energieversorgung Sicherheitstechnik Brandschutz Bautechnik Seite 38 Juni 2015 SGS / SIE / BD

39 KERNKOMPETENZEN General- und Fachplanung Neu- und Umbauten Integrative Beratung beinhalten: Planungsgesamtkoordination Architektur- und Bautechnikplanung Haustechnikplanung Elektrotechnikplanung Sicherheitstechnikplanung Bauaufsicht und Fachbauleitung Planungs- und Baukoordinator wie z.b.: Risikoanalysen Leistungsbedarfsüberprüfung Messung und Auswertung inkl. Leistungsbilanzierung für Erweiterungen, Leistungserhöhungen und Modernisierungen Wir bieten: umfassende infrastrukturelle, bau- und sicherheitstechnische Lösungen aus einer Hand Planen & Errichten!!! energieeffizient!!! Seite 39 Juni 2015 SGS / SIE / BD

40 PROJEKTENTWICKLUNG Standort Planung Green IT - Data Center Suche und Verifizierung eines geeigneten Standortes Konzeptentwicklung und Erstellung eines Pflichtenheftes Erstellung von Leistungsbilanzen (benchmarks) Klärung der möglichen öffentlichen Erschließungen (Ver- und Entsorgung) Kostenschätzungen Bauwerks-, Errichtungs- und Gesamtkosten gem. DIN 276 oder ÖNORM B Berücksichtigt die Implementierung und Umsetzung umwelt- und ressourcenschonender Ansprüche über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage. Ein Beispiel ist die Abwärmenutzung (Wärmerückgewinnung) Seite 40 Juni 2015 SGS / SIE / BD

41 GREEN IT & Wer wir sind Green IT - Data Center: Die Verfügbarkeit und Sicherheit der Data Center Infrastruktur ist der Lebensnerv jeder IT-Landschaft. Eingebettet in eine, auf die kundenspezifischen Schutzbedürfnisse optimierte Bausubstanz, entsteht ein hochwertiges Objekt Status Ready for Equipment Wirtschaftliche und nachhaltige Aspekte werden von der Planung bis zur Realisierung gewährleistet. Wer wir sind: Ein Team aus Ingenieuren der Fachbereiche Bauwesen, Haus- und Elektrotechnik Spezialisten im Projektmanagement und in der Projektsteuerung Im Facility Management umfangreiche Kompetenzen in der Betriebsführung Wir betreiben und betreuen vom Standard Serverraum z.b. Kategorie B (gem. BITKOM) bzw. Klassifizierung TIER II (gem. Uptime Institut) bis zum hochverfügbaren Data Center Kategorie E (gem. BITKOM) bzw. Klassifizierung TIER IV (gem. Uptime Institute) Seite 41 Juni 2015 SGS / SIE / BD