FRANKFURT - 06./07. Mai 2015 Das New Data Center (NDC) der Universität Siegen Bau und Betrieb

Transkript

1 FRANKFURT - 06./07. Mai 2015 Das New Data Center (NDC) der Universität Siegen Bau und Betrieb

2 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Lageplan der Liegenschaft Hölderlinstraße

3 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Lage des alten Rechenzentrums im Bestand

4 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Altes Rechenzentrum im Bestand

5 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Altes Rechenzentrum im Bestand

6 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Sachstand zur Versorgungstechnik (2007): 1. Die Klimaversorgung des Rechnerraums (nicht redundant) war leistungsmäßig seit längerem am Limit; das Alter der Anlage zu diesem Zeitpunkt (ca. 30 Jahre) erforderte den dringenden Ersatz der Anlage 2. Die Kapazität der elektrischen Energieversorgung des Rechnerraums (nicht redundant) war ausgelastet, eine Erweiterung war erforderlich 3. Die baulichen Gegebenheiten des Rechnerraums in Bezug auf Sicherheit und Brandschutz entsprachen nicht mehr dem Stand der Technik; mögliche bauliche Erweiterungen waren ausgeschöpft

7 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Versuch zur Lösung zur Erneuerung der Versorgungstechnik: 1. Eine erste Kostenschätzung der Uni für die Erneuerung der Klimatechnik lag bei ca Euro 2. Kostenschätzungen für die Erweiterung der Elektroversorgung und die Ertüchtigung zum Brandschutz und den Sicherheitsstandards wurden nicht mehr durchgeführt Vorentscheidung: Beauftragung einer Machbarkeitsstudie durch ein Ingenieurbüro zur Entscheidungsfindung

8 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Ziele: 1. Schutzbedarf nach dem Standard des Bundesamtes für Sicherheit (BSI) auf dem Sicherheitsniveau für Verfahren mit hohem Schutzbedarf (Ausfallzeit max. 24. h) 2. Verfügbarkeit, Sicherheit und Schutz der RZ-Infrastruktur 3. Technische Gebäudeinfrastruktur für das RZ mit redundantem Komponenteneinsatz nach aktuellem Stand der Technik

9 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Vorgaben für die Machbarkeitsstudie 1. Bieten die bestehenden Infrastrukturen (System- und Leistungsredundanz) die Voraussetzungen für die Realisierung eines konstanten RZ-Betriebes mit der geforderten Verfügbarkeit und Sicherheit 2. Bieten die bestehenden Infrastrukturen während des laufenden Betriebes die Voraussetzungen für die Realisierung von Maßnahmen zur Ertüchtigung und Anpassung auf den aktuellen Stand der Technik 3. Integration von dezentralen Serverlösungen, die derzeit über Kühlung verfügen

10 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Ergebnisse der Machbarkeitsstudie Bewertung der Ist-Situation: 1. Bauliche Situation 2. Stromversorgung 3. Sicherheits- und Gefahrenmeldeanlagen 4. Kälte- und Klimatechnik

11 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Ergebnisse der Machbarkeitsstudie Lösungsvarianten: 1. Variante 1 Ertüchtigung des Bestandsrechenzentrums 2. Variante 2 Ertüchtigung und Erweiterung des Bestands-RZ 3. Variante 3 Neubau 2-geschossiges RZ-Gebäude

12 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Entscheidung der Universität Gegenüberstellung der Varianten: Lösungsvariante 1 Lösungsvariante 2 Lösungsvariante 3 Vorteile reduzierte Kosten reduzierte Kosten günstigstes Kosten-/Nutzenverhältnis schnelle Umsetzung Reservefläche zukunftsorientierte Lösung Reservefläche optimale Erschließung reduzierte Umfeldrisiken kein Publikumsverkehr durchgängige Sicherheitssysteme, Closed Shop Betrieb Löschanlage für Serverräume NEA im Gebäude separate Räume (Sicherheitsbereiche) für redundante Technik kurze Trassenführung, getrennte Wege geringeres Risikopotential durch Realisierung im Parallelaufbau Nachteile reduziertes Kosten-/Nutzenverhältnis wegen verbleibenden Restrisiken reduziertes Kosten-/Nutzenverhältnis wegen verbleibenden Restrisiken höhere Kosten bei günstigstem Kosten-/Nutzenverhältnis keine Reservefläche verbleibende Umfeldrisiken Cafeteria, Heizung, usw. verbleibende Umfeldrisiken Cafeteria, Heizung, usw. Gefahrenpotential durch Publikumsverkehr Gefahrenpotential durch Publikumsverkehr Sicherheitssysteme nur RZ -Bereich und Technikräume Sicherheitssysteme nur RZ -Bereich und Technikräume keine Löschanlage keine Löschanlage gemeinsame Räume (Sicherheitsbereiche) für USV und NSHV gemeinsame Räume (Sicherheitsbereiche) für USV und NSHV NEA im Außenbereich NEA im Außenbereich lange Trassenwege, nicht durchgängig getrennt lange Trassenwege, nicht durchgängig getrennt höheres Risikopotential bei Realisierung im laufenden Betrieb höheres Risikopotential bei Realisierung im laufenden Betrieb

13 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Ergebnisse der Machbarkeitsstudie (Mai 2007)

14 Wie kam es zum Neubau des Rechenzentrums? Entscheidung der Universität Nach Erstellung einer Rektoratsvorlage mit den Ergebnissen der Studie Entscheidung des Rektorats Juli 2008 für die Variante Neubau Rechenzentrum (NDC) Start zur Umsetzung Beauftragung des Bau- und Liegenschaftsbetriebs NRW als Eigentümer der Liegenschaften mit der Umsetzung (August 2008); Vorgabe durch die Uni: Beauftragung des Ing.-Büro RSG mit der Umsetzung nach HOAI

15 Der neue Rechnerraum Vorüberlegungen 1. wassergekühlte Doppel-Racks 2. Wasserversorgung durch den Doppelboden 3. Energieversorgung von oben über Kabelbühne 4. Datenverkabelung von oben über separate Kabelbühne Vorgaben: 1. Maximal 70 KW pro Rack-Reihe (4 Doppel-Racks) 2. Maximal 120 KW im Erstausbau, max. 240 KW im Endausbau 3. Maximal 120 m 2 für ZIMT und 120 m 2 für Nutzerbereich

16 max. 30 KW Kühlleistung pro Doppel-Rack maximal 70 KW Kühlleistung pro Reihe

17 Das neue Rechenzentrum Vorüberlegungen 1. Redundanter Aufbau von Versorgungen unter Vorgabe des Betriebskonzepts redundante Stromversorgung mit USV und NEA redundante Kälte- und Klimaanlagen 2. Hocheffiziente Optimierung des Energieeinsatzes möglicher Einsatz eines BHKW - Wirtschaftlichkeitsberechnung 3. Verwendung optimierter Sicherheitskonzepte flächendeckende Brandmeldeanlage flächendeckende Einbruchmeldeanlage

18 Energieflussbild einer Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

19 Versorgungstechnik des Rechenzentrums Vorüberlegungen Zusätzliche Überlegungen zum Einsatz eines BHKW: 1. Hoher und gleichmäßiger elektrischer und thermischer Energiebedarf 2. Auslegung der Leistungsdaten für das Energiesystem des NDC (Strom und Kältebedarf) 3. Positive Energiebilanz durch die Nutzung der bei der Stromerzeugung anfallenden Wärme 4. Redundanz zur konventionellen Energieversorgung 5. Optionale Einspeisung überschüssiger Elektroenergie in das Netz des EVU Wirtschaftlichkeitsberechnung ergab eindeutig eine Empfehlung zum Einsatz eines BHKW!

20 Nutzungs- und Betriebsführungskonzeption BHKW Sommerbetrieb (wärmegeführt) thermische Energie zur Kälteerzeugung über Absorptionskälte el. Energie zum Betrieb des Rechenzentrums BHKW Winterbetrieb (wärmegeführt) thermische Energie zur Unterstützung der Gebäudeheizung el. Energie zum Betrieb des Rechenzentrums BHKW - Netzersatzbetrieb (stromgeführt) thermische Energie zur Kälteerzeugung über Absorptionskälte el. Energie zum Betrieb des Rechenzentrums

21 Prinzipschema Verbundsystem mit BHKW Rückkühlwerke Absorptionskältemaschine Elektrische Kompressions- Kältemaschine Freie Kühlung Erdgas BHKW EVU Erdgas Erdgas Kessel Kessel Speichersystem (Pufferspeicher) MS Trafo Elektroverteilung NSHV Wärmeverteilung Kälteverteilung Rechenzentrum Allgemeine Verbraucher Verbraucher / Heizkreise Rechenzentrum Allgemeine Verbraucher

22 Redundante Versorgung

23 Der neue Rechnerraum

24 ... und dessen Versorgung

25 Bauzeit: Bau des NDC - Kennzahlen Baubeginn Juni 2010; Nutzungsfähiges Rechenzentrum Oktober 2011 Inbetriebnahme nach Rackinstallation mit dem Umzug und der Neuinstallation der Rechner Anfang 2012 Der Kostenrahmen der Kostenunterlage Bau wurde nach Vorlage der finalen Baukostenaufstellung eingehalten Die Maßnahme für über die Programme HMoP des Landes NRW bzw. für die Mehrkosten durch das BHKW über das KP II des Bundesregierung finanziert

26 Betrieb des NDC - Anlagedaten BHKW: Elektrische Leistung 390 KW Thermische Leistung 474 KW Absorptionskältemaschine: Kälteleistung 300 KW el. Anschlussleistung 4,4 KW Hybridrückkühler Kühlleistung 679 KW el. Anschlussleistung 7 KW

27 Betrieb des NDC - Anlagedaten Kompressionskältemaschine: Kühlleistung 357 KW el. Anschlussleistung 92,3 KW EVU-Stromversorgung: 10 KV-Trafo 630 KVA USV-Anlage: 2 x 160 KVA Autonomiezeit je 15 min. bei Nennlast

28 Anlagenübersicht aus der Gebäudeleittechnik

29 Schema BHKW

30 Schema Heizungsverteiler

31 Schema Absorptionskälte / Hybridkühler

32 Schema Kompressionskälte / Freie Kühlung Freie Kühlung

33 Schema Kälteverteilung

34 Schema RLT-Anlage

35 Schema Stromversorgung A

36 Schema Stromversorgung B

37 Betrachtung des PUE Betrieb des NDC - Wirtschaftlichkeit PUE (Power Usage Effectiveness) und DCiE (Data Centre Infrastructure Efficiency) sind vom Konsortium Green Grid in 2007 kreierte Messgrößen zur Ermittlung der Energieeffizienz in Rechenzentren. Diese Richtgrößen dienen einerseits als Ausgangswerte, um die Effizienz eines Rechenzentrums zu bestimmen und vergleichbar zu machen

38 Betrieb des NDC - Wirtschaftlichkeit

39 Betrieb des NDC - Wirtschaftlichkeit Theoretische Leistungsbilanz pro Jahr mit Nenndaten 7200 MWh 2400 MWh 3600 MWh 200 MWh 500 MWh 3000 MWh 600 MWh 2100 MWh

40 Betrieb des BHKW - Wirtschaftlichkeit Gegenüberstellung der Sollwerte mit Jahresdaten Soll Jahreslaufzeit BHKW: 8000 h 7270 h 7630 h Gasbezug: 7200 MWh 6670 MWh 6762 MWh Erzeugung Wärmeenergie: 3600 MWh 2988 MWh 2986 MWh Rückspeisung Heizwärme: 2400 MWh 1926 MWh 2007 MWh Erzeugung el. Energie: 3000 MWh 2223 MWh 2220 MWh Bezug elektrische Energie: 200 MWh 178 MWh 147 MWh Rückspeisung el. Energie: 500 MWh 1280 MWh 1276 MWh Eigenverbrauch elektrisch: 600 MWh 534 MWh 369 MWh IT-Nutzlast elektrisch 2100 MWh 587 MWh 722 MWh

41 Betrieb des NDC - Wirtschaftlichkeit Nach den Festlegungen des Green Grid ist eine Darstellung des PUE für ein derartiges System nicht definiert, da die Verwendung von Prozessenergie außerhalb der Definitionsgrenzen des Datacenters stattfindet. Gasbezug + (Elektrobilanz) - Heizwärme Leistungsfaktor = IT - Nutzlast Hier erfolgt die Berechnung des PUE unter Berücksichtigung der Vorgaben des Green Grid nach dem Leitfaden des Bundesverbandes Bitkom (Kategorie 3)

42 Betrieb des NDC - Wirtschaftlichkeit

43 Betrieb des NDC - Wirtschaftlichkeit

44 Betrieb des NDC - Wirtschaftlichkeit Berechnung des PUE Soll IT-Nutzlast (bei 240 KW) MWh 587 MWh 722 MWh Erzeugung el Energie 3000 MWh 2223 MW 2220 MWh Bezug elektrischer Energie 200 MWh 178 MWh 147 MWh Rückspeisung Elektroenergie 500 MWh MWh 1276 MWh Jahreslaufzeit BHKW h h 7630 h PUE 1,28 1,9 1,

45 Betrieb des NDC - Wirtschaftlichkeit Theoretische Leistungsbilanz pro Jahr mit Nenndaten 100 MWh 200 MWh 300 MWh 7200 MWh 2400 MWh 200 MWh 3600 MWh 500 MWh 3000 MWh 600 MWh 2100 MWh

46 Kostenbilanz mit Sollwerten Kostenansatz Gasbezug: Kostenansatz Strombezug: Betrieb des BHKW - Wirtschaftlichkeit ca. 5 ct/kwh ca. 20 ct/kwh MWh Kosten Kosten Gasbezug Kosten Strombezug Verrechnung Rückspeisung Strom Summe Bezugskosten Ersatzkosten Strombezug NDC Ersatzkosten Strombezug Kälteerzeugung Ersatzkosten Gasbezug Heizung Summe Ersatzkosten (ohne BHKW): Jährliche Einsparung mit Sollwerten: ca

47 Kostenbilanz 2013 Kostenansatz Gasbezug: Kostenansatz Strombezug: Betrieb des BHKW - Wirtschaftlichkeit ca. 5 ct/kwh ca. 20 ct/kwh MWh Kosten Kosten Gasbezug Kosten Strombezug Verrechnung Rückspeisung Strom Summe Bezugskosten Ersatzkosten Strombezug NDC Ersatzkosten Strombezug Kälteerzeugung Ersatzkosten Gasbezug Heizung Summe Ersatzkosten (ohne BHKW): Einsparung in 2013: ca

48 Kostenbilanz 2014 Kostenansatz Gasbezug: Kostenansatz Strombezug: Betrieb des BHKW - Wirtschaftlichkeit ca. 5 ct/kwh ca. 20 ct/kwh MWh Kosten Kosten Gasbezug Kosten Strombezug Verrechnung Rückspeisung Strom Summe Bezugskosten Ersatzkosten Strombezug NDC Ersatzkosten Strombezug Kälteerzeugung Ersatzkosten Gasbezug Heizung Summe Ersatzkosten (ohne BHKW): Einsparung in 2014: ca

49 Fazit: Betrieb des NDC mit BHKW -Wirtschaftlichkeit Der Soll-/Ist-Vergleich ergibt eine deutlich verbesserte Wirtschaftlichkeit bei höherer IT-Nutzlast Bei optimaler Auslastung kann der PUE-Faktor und damit die Kosten optimiert werden durch richtige Anordnung und Parametrierung der Meßtechnik Anpassung der Betriebsweise der Anlagenkomponenten und deren Wirkungsgrade Optimierung des Zusammenspiels der Anlagenkomponenten durch Parametrierung in der Gebäudeleittechnik

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58 Kontakt: Dipl.-Ing. Bernd Schade Abteilungsleiter Betriebstechnik Universität Siegen Hölderlinstraße Siegen Telefon: Mail: bernd.schade@uni-siegen.de

59 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!