Bessere Energieeffizienz im Rechenzentrum

Energieeffizienz ist mehr als nur ein Modewort; einerseits erfordert der Klimaschutz von Unternehmen nachhaltiges Handeln, andererseits ist die Energieeinsparung aufgrund gestiegener Rohstoff- und Energiepreise – auch in Rechenzentren - zu einer wirtschaftlichen Notwendigkeit geworden.

Energieeffizienz im Rechenzentrum lässt sich aber nicht in einzelnen Gewerken oder Anlagen verorten. Drei wesentliche Bereiche für eine zeitgemäße Auseinandersetzung mit dem Thema sind: RZ-Design, Klimatisierung und Betriebsmonitoring.

RZ-Design

Energieeffizienz beginnt beim Design. Warme und kalte Luftströme innerhalb des Rechenzentrums sollten konsequent voneinander getrennt werden. Dies wird in der Regel durch die Ausbildung von Kalt- und Warmgang sowie durch deren Einhausung erreicht. Kubaturen und Raumhöhen sollten nicht größer als notwendig gewählt werden, und eine gewisse Kleinteiligkeit bringt Vorteile hinsichtlich der zu konditionierenden Luftmenge.

Bei den technischen Anlagen sorgt ebenfalls das Konzept der Kleinteiligkeit dafür, dass die für eine angemessene Redundanz erforderliche Überkapazität bedarfsgerecht erreicht wird. Die Redundanzen können so einfacher abgebildet sowie lastabhängig zu- und abgeschaltet werden. Dadurch können die aktiven Baugruppen mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben werden, als wenn große Anlagen im Halbschlaf vor sich hindümpeln.

Klimatisierung

Ein wichtiger Ansatz zur Verbesserung der Energieeffizienz ist die Erhöhung der Zulufttemperaturen. Die abzuführende Wärme muss immer ein höheres Temperaturniveau haben als die Umgebung. Je höher also die Zulufttemperatur und damit die Ablufttemperatur der IT ist, desto wärmer darf die Umgebung sein – entsprechend besser kann zum Beispiel die Außenluft direkt oder indirekt zur Kühlung genutzt werden. Eine Erhöhung der Zulufttemperatur kann jedoch nur begrenzt Energie einsparen, da sie den Energiebedarf der IT-Komponenten erhöht.

Neue Entwicklungen gehen weg von luftgekühlten Servern hin zur Kühlung mit Wasser oder anderen Medien. So kann die Wärmeenergie direkt von der erwärmten Komponente des IT-Gerätes auf ein anderes Medium übertragen werden. Dazu wird das Kühlmedium in der Rackstruktur verteilt und bereitgestellt. Bei anderen Systemen zirkuliert Kühlwasser in den Wänden spezieller Servergehäuse und führt die Wärme ab. Der Vorteil liegt in den höheren Kühlwassertemperaturen im Vergleich zur luftgekühlten Variante.

Das Thema Abwärmenutzung gewinnt immer mehr an Bedeutung. So können zum Beispiel Gebäude im Winter geheizt oder im Sommer in Verbindung mit Adsorptionstechnik gekühlt werden. Darüber hinaus könnte die thermische Energie für andere Zwecke wie Gewächshäuser, Schwimmbäder oder auch als industrielle Prozesswärme genutzt werden. Hier fehlt es häufig noch an Konzepten und Plattformen, um Abwärmelieferanten und potenzielle Abnehmer zusammenzubringen. Auch passen die Temperaturniveaus oft nicht ohne weiteres zusammen und müssten mit zusätzlicher Technik kompatibel gemacht werden.

Bei der Entwicklung moderner Kühlkonzepte wird die Verdunstungskühlung/adiabatische Kühlung zunehmend berücksichtigt. In Kombination mit selbstreinigenden Wärmetauschern und der Möglichkeit, Regenwasser anstelle von Trinkwasser zu verwenden, ergeben sich oft umweltschonende und energieeffiziente Lösungen. Bei der Aufstellung der Außengeräte wird darauf geachtet, dass durch eine einfache Beschattung der Einsatz von Bioziden gegen eine mögliche Legionellenbildung vermieden werden kann.

Auch regenerative Lösungen wie der Einsatz von Eisspeichern, Solarthermie, Geothermie oder Photovoltaik werden vermehrt eingesetzt, erfordern aber ein Gesamtkonzept, um die Versorgungssicherheit eines Rechenzentrums gewährleisten zu können.

Betriebsmonitoring

Für eine moderne ressourcenschonende IT sind valide und verlässliche Messwerte notwendig. Nur wer den Ist-Zustand kennt, kann die richtigen Schlüsse ziehen und Verbesserungspotenziale ausschöpfen. Granular und feingliedrig erfasste Werte liefern eine valide Datenbasis für möglichst umfassende und aussagekräftige KPIs (Key Performance Indicators).

Um den Energieverbrauch messen zu können müssen diese Fragen beantwortet werden: Wie kommt die Energie herein? Wo kommt sie an? Wohin verschwindet sie? Der erste Energielieferant ist die elektrische Energie. Den Energieverbrauch der IT zu erfassen, reicht aber nicht. Neben der IT gibt es einen weiteren großen Energiebedarf – in erster Linie für die Klimatisierung. Sie ist für einen hochverfügbaren IT-Betrieb unabdingbar.

Darüber hinaus werden in der Regel Redundanzen bis hin zur vollständigen Zweizügigkeit der Versorgungs- und Verteilsysteme aufgebaut. Die im Normalbetrieb entstehenden Überkapazitäten, zum Beispiel bei den USV-Anlagen, sorgen für einen Betrieb weit entfernt vom optimalen Betriebspunkt im Nennlastbereich, da die Auslastung in „Friedenszeiten“ im „Halblastparallelbetrieb“ systembedingt nie die 50%-Marke überschreiten darf. Das bedeutet im Klartext: Energieverbrauch durch schlechten Wirkungsgrad, Wandlungsverluste und daraus resultierende Abwärme.

Neben der Ermittlung des Energieverbrauchs sind weitere Größen wie zum Beispiel der Trinkwasserverbrauch zu berücksichtigen. Denn moderne Klimakonzepte setzen, wie zuvor beschrieben, auch auf die Verdunstungskälte von Wasser. Ein ganzheitliches Monitoring sollte diese Ressource hinsichtlich Ver- und Entsorgung erfassen.

Warum Geld in die Hand nehmen für kleinteilige Messungen? Weil nur segmentierte Kennwerte der vielen Anlagen in einem RZ Rückschlüsse auf Probleme ermöglichen, die individuell betrachtet werden können. Mit Einzelmessungen können zum Beispiel folgende Probleme leichter erkannt werden:

Ein Rechenzentrum ist kein Standardbau. Lösungen, die sich in einem Projekt bewährt haben, lassen sich selten 1:1 auf ein anderes übertragen. Oft ist es jedoch möglich, von den Konzepten anderer zu lernen und fortschrittliche Technologien in modifizierter Form im eigenen Unternehmen einzusetzen. Darüber hinaus sind Neuentwicklungen der Hersteller mit Spannung zu erwarten. Denn vieles, was lange Zeit aufgrund relativ günstiger Energiepreise als unattraktiv galt, wird derzeit mit großem Engagement vorangetrieben.

Jörg Schulz, Bachelor of Business Administration Business Security (BBA), Prokurist und Sicherheitsberater bei VZM