Tipps, die den Energieverbrauch von Rechenzentren senken

Der Energiebedarf in den Serverräumen und Rechenzentren von Unternehmen steigt unaufhörlich an. Laut den Marktforschern von Gartner und IDC setzen die Rechenzentren durchschnittlich bis zu 50 Prozent ihrer Gesamtenergie für Kühlungsmaßnahmen der Hardware ein. Damit sind nach aktuellen Untersuchungen die Energiekosten der zweitgrößte Betriebskostenfaktor eines Rechenzentrums. Nur noch die Wartungs- und Administrationskosten sind höher. Allerdings könnte mit geeigneten Maßnahmen der Energiebedarf auf 15 Prozent reduziert werden, so die Analysten.

Wie IT-Verantwortliche eines Data Centers Energiekosten durch geeignete Energiesparmaßnahmen reduzieren können, zeigt das Beispiel Colt: Der Rechenzentrumsbetreiber könnte innerhalb der vergangenen drei Jahre seine Energiekosten um 18 Prozent senken. Für das Unternehmen entspricht das einer Einsparung von mehr als vier Millionen Euro jährlich. Dabei sind folgende energiesparende Maßnahmen zum Einsatz gekommen:

Hetzner Online verwendet für seine Rechenzentren ein standardisiertes Design mit Luftkühlung, um Aufwand und Kosten zu sparen.

Wärmetauschertüren als Kühlelement sorgen im Demo-Rechenzentrum von eCube an der Frankfurter Goethe-Universität für die richtige Rechnertemperatur.

Wegen des Einsatzes eines magnetgelagerten Turboverdichters zur Verdampfung des Wärmetransportmediums Wasser bei niedrigen Temperaturen kann Coolblue von Stulz – hier ein Prototyp – trotz ausgezeichneter Effizienz auf ein Kühlmittel verzichten und arbeitet ausschließlich mit Wasser.

Der neue Seitenkühler Loopus von Schäfer IT-Systeme arbeitet je nach Situation abwechselnd mit reinem Wasser oder mit Kältemittel.

Mit einem neuen, standardisierten Moduldesign, bei dem die Kühleinrichtungen unter den Rechnerschränken untergebracht sind, wendet sich Rital an Betreiber von Rechenzentren jeder Größenordnung.

Mit Eis gefüllter unterirdischer Speicher: Im Sommer schmilzt das Eis, die Kälte kühlt das RZ

Der Eisspeicher wird mit einer Wärmepumpe und anderen Elementen zu einer ganzjährig tauglichen heiz- und Kühllösung fürs RZ kombiniert

Für dauerhafte 45 Grad Eingangstemperatur sind Dells Hyperscale-Server nach Angaben des Herstellers ausgelegt – da reicht freie Kühlung meistens aus

Mit dreidimensional skalierten Miniaturbauelementen, die on-board gekühlt werden, schrumpfen Chips für gigantische Rechenleistungen gewaltig zusammen.

Messen und überwachen

Eine einfach Maßnahme, die jedoch immer noch bei einem Großteil der Datenzentren fehlt: Um eine Effizienzsteigerung einschätzen zu können, muss als Erstes der aktuelle Energieverbrauch über einen bestimmten Zeitraum gemessen werden.

Für den Anfang sollten sämtliche zur Verfügung stehende Daten und Quellen ausgewertet werden - selbst wenn die Daten rudimentär oder unvollständig sind. Das regelmäßige, möglichst genaue Messen und Auswerten des Stromverbrauchs ist der erste Schritt hin zu einem effizienteren Rechenzentrum.

Auch der PUE-Wert (Power Usage Efficiency) sollte regelmäßig geprüft werden. Liegen monatliche Durchschnittswerte vor, lassen sich Veränderungen durch den Vergleich der Werte aus einem Jahr mit den Vorjahren erkennen.

Um einen sinnvollen Vergleich zu ermöglichen, muss der Stromverbrauch konsequent und regelmäßig gemessen werden. Außentemperaturen und saisonbedingte Veränderungen haben einen signifikanten Einfluss auf den Stromverbrauch, und die erwarteten Energieeinsparungen müssen in Betracht gezogen werden, um voreilige Schlüsse zu verhindern.

Regulierte Luftzirkulation - kalte und warme Luft trennen

Ein Rechenzentrum ist in der Regel so konstruiert, dass kalte Luft angesaugt und warme Luft abgegeben wird. Wenn das Lüftungskonzept jedoch nicht richtig funktioniert, vermischt sich die kalte Luft mit der warmen. Die dadurch notwendige Regulierung der Temperatur kann zu einem der größten Stromfresser werden und den PUE-Wert maßgeblich beeinträchtigen. Oberste Priorität sollte deshalb die Kontrolle der Luftzirkulation und das Vermeiden der Vermischung von warmer und kalter Luft haben.

Anordnen von "kalten" und "warmen" Gängen

Idealerweise sollten alle Server in den einzelnen Racks und Reihen in dieselbe Richtung zeigen. So entstehen zwischen den Reihen Gänge, durch die nur warme Abluft oder nur kalte Frischluft strömt. Durch diese sogenannte Warmgang-/Kaltgang-Schottung gelangt die kalte Luft zur Vorderseite des Servers, und die warme Luft wird an der Rückseite abgesaugt. Eine Vermischung der Luftströme wird vermieden.

Es ist sehr zeitaufwendig, Server umzustellen - besonders mit älteren Servern muss man sehr sorgfältig umgehen -, und ein Ausfall ist nicht auszuschließen. Eine sorgfältige Planung ist daher unverzichtbar. Für Server in angemieteten oder gemeinsam genutzten Räumlichkeiten ist es besonders wichtig, effizient zu planen und alle betroffenen Parteien ausreichend zu informieren. Um einen reibungslosen Ablauf zu gewähren, müssen alle Beteiligten das Vorhaben nachvollziehen und die Vorteile erkennen können.

Luftlöcher reduzieren

Verschlussstreifen können Lücken zwischen den einzelnen Geräten ausfüllen. Sie dichten das System ab und hindern die Luft daran, zwischen oder hinter die Racks zu gelangen. Verschlussstreifen sind leicht anzubringen. Eine mögliche Serverumstellung sollte jedoch berücksichtigt werden, da die Anordnung der Verschlussstreifen nicht ganz einfach zu ändern ist.

Bodenbelag prüfen

Der Boden ist ebenfalls eine Quelle für undichte Stellen wie die Wände. Hinter oder unter Kühlsystemen oder durch Lüftungskanäle im Bodenbelag kann Luft austreten und das Warmluft-Kaltluft-System durcheinanderbringen. Das Ziel ist, kalte Luft in eine Richtung hinein-, durch die Racks hindurch- und anschließend auf der anderen Seite wieder hinauszuleiten. Durchlässige Bodenplatten sollten deshalb nur im Kaltgang liegen.

Dämmmaßnahmen durchführen

Sobald undichte Stellen oder Luftlöcher identifiziert worden sind, sollten Maßnahmen zur Eindämmung der Vermischung von kalter und warmer Luft getroffen werden. Das Einziehen zusätzlicher Decken und Türen am Ende der Gänge kann eine deutliche Verbesserung erzielen. Türen oder Raumtrenner aus Plexiglas sind sehr effektiv, und selbst Kältevorhänge aus PVC-Lamellen erfüllen diesen Zweck, auch wenn sie optisch nicht sehr ansprechend sind.

Raumtemperatur kontrollieren

Wenn die Luftzirkulation durch optimiertes Server-Equipment kontrolliert werden kann, ist es einfach, die Raumtemperatur zu regulieren.

In der Regel herrscht im Datenzentrum eine Raumtemperatur von 21 Grad Celsius. Doch laut dem erweiterten ASHRAE-Standard (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning) müssen Serverhersteller lediglich eine Rechenzentrumstemperatur zwischen 18 und 27 Grad Celsius einhalten. Das Abschalten von Kühlsystemen oder das Erhöhen der Wassertemperatur in den Systemen kann im Rahmen dieser Temperaturspanne zu weiteren Einsparungen führen.

Luftfeuchtigkeit regulieren

Serverhersteller akzeptieren eine Luftfeuchtigkeitsspanne, die breiter angelegt ist als der ASHRAE-Standard. Bei einer Luftfeuchtigkeit zwischen 20 und 80 Prozent kann die Luft etwas besser strömen, und die Bildung von Kondensat kann reduziert werden - somit verringert sich auch der Stromverbrauch.

Transformatorspannung überprüfen

Überprüfen Sie die Spannung des Stromwandlers, damit sie genau mit der Spannungsanforderung des Equipments übereinstimmt. Eine zu hohe Spannung ist unnötig und resultiert in einem höheren Stromverbrauch und damit verbundenen Mehrkosten. Spannungsreduzierung kann zudem einem Verlust im Transformator vorbeugen.

Trenntransformatoren austauschen

In den 1990er-Jahren wurden vorrangig Trenntransformatoren verwendet. Damals waren diese Transformatoren in einigen Ländern gesetzlich vorgeschrieben. Dies ist heutzutage nicht mehr der Fall, und alte Geräte aus dieser Zeit sollten abgeschafft werden, da sie einen Energieverlust von 2 bis 4% verursachen.

Überflüssige Geräte abschalten

Gerade in großen Unternehmen ist es durchaus möglich, dass überschüssige Geräte im Einsatz sind. Sie abzuschalten kann wesentlich zum Stromsparen beitragen. Solche Geräte lassen sich beispielsweise durch die Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) identifizieren.

Wer generell über eine neue Serverarchitektur nachdenkt, sollte Folgendes bedenken: Ein einziger neuer Server kann heutzutage sämtliche Aufgaben mehrerer alter Server übernehmen. Die dadurch erzielten Stromeinsparungen sowie die Kosteneinsparung aus den Kühlmaßnahmen alter Geräte sind zwei entscheidende Argumente. Ein Vergleich der langfristigen Betriebskosten mit den einmaligen Investitionskosten erleichtert die Entscheidung. Laufende Kosten für den Hersteller-Support und die Verfügbarkeit von Ersatzteilen und Software-Upgrades sollten ebenfalls beachtet werden.

Erneut messen

Wer die Verbrauchszähler regelmäßig abliest, kann Entwicklungen und saisonale Schwankungen richtig deuten und sofort Energiesparmaßnahmen durchführen. Am Ende der ersten zwölf überwachten Monate ist eine gute Vergleichsgrundlage vorhanden. Dies erlaubt es, den Erfolg der eingeleiteten Maßnahmen abzuschätzen. (hal)