Energieeffiziente Geräte im Rechenzentrum
Die Bedeutung der PDU
Sprechen Experten heute von Energieeinsparung im Rechenzentrum, denken sie vor allem an effizientere Kühlung und energieeffiziente Server. Wie wichtig in diesem Zusammenhang der Einsatz energieeffizienter PDUs ist, bleibt oft unterschätzt. Dies geschieht zu Unrecht, denn abhängig von der Wahl der PDU lässt sich erstaunlich viel Energie einsparen.
In einem Rechenzentrum ist eine PDU (Power Distribution Unit/Stromversorgungseinheit) die letzte Stromverzweigung auf Rack-Ebene. Von dort aus gelangt der Strom direkt in die verschiedene IT-Hardware. Im Verlauf der Jahre hat sich die PDU von einer Steckdosenleiste zu einem wichtigen Schaltglied für die Verbesserung der Effizienz und der Betriebszeit in einem Rechenzentrum entwickelt. Allgemein existiert eine Einteilung in drei Typen: Basis-PDUs, Mess-PDUs und intelligente PDUs. Die Basis-PDU verteilt prinzipiell nur den Strom. Eine Mess-PDU verfügt über eine einfache Messfunktion, die es dem Betriebspersonal ermöglicht, den Verbrauch zu überwachen. Zunehmend Verbreitung auf dem Markt finden intelligente PDUs. Sie übermitteln nicht nur eine große Anzahl von Messdaten, sondern lassen sich auch fernüberwachen und eignen sich damit hervorragend für eine DCIM-Lösung.
Energiezähler in intelligenten PDUs leisten einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung des Energieverbrauchs. Eine Monatsübersicht der Energiekosten beispielsweise gibt einen besseren Überblick über den Verbrauchstrend. Daraus lassen sich Maßnahmen für einen reduzierten Energieverbrauch ableiten - beispielsweise die Anschaffung energieeffizienterer Geräte. Das Messen allein, so ist es wissenschaftlich erwiesen, trägt durch das Bewusstsein, das dadurch entsteht, bereits zur Reduzierung des Energieverbrauchs bei.
Energieeffizienz auf PDU-Ebene
PDU-Hersteller arbeiten nicht nur konsequent an einer Verbesserung des Funktionsumfangs ihrer Geräte. Sie suchen zugleich auch nach Lösungen, um den Eigenenergieverbrauch ihrer Stromversorgungseinheiten zu minimieren und auf diese Weise zu einer energieeffizienteren RZ -Umgebung beizusteuern. Zu den Innovationen von Herstellern wie Schleifenbauer zählen etwa das LCD-Display mit Selbstabschaltungsfunktion und das bistabile Relais in schaltbaren PDUs ebenso wie die Entwicklung von energieeffizienten Elektronikbauteilen. In diesem Zusammenhang wird die stärkere Auslegung der Verkabelung der PDUs zu einem interessanten Aspekt, denn diese hat nicht nur eine positive Auswirkung auf die Qualität und Lebensdauer des Produkts, sondern auch auf den Energieverbrauch.
Dick oder dünn?
Wie dick muss die Verkabelung einer PDU sein? Diese Frage diskutieren Experten schon jahrelang intensiv. Sie lässt sich recht einfach beantworten. Die Norm EN IEC 60950 macht klare Angaben darüber: 1,5 mm2 ist für eine Belastung mit 16 A ausreichend. Die Befürworter einer dickeren Verkabelung argumentieren jedoch, dass ein Kabel mit größerem Querschnitt sowohl technisch als auch finanziell entscheidende Vorteile bringt. Folgende Versuchsanordnung soll dies verdeutlichen:
An eine 16-A-PDU ist ein Elektroheizer mit einer Belastung von 8 A angeschlossen. Der Strom fließt durch ein 2,5 mm2 dickes Kabel, ein 1,5 mm2 dickes Kabel (gesetzliche Norm) und dann durch ein 1 mm2 dickes Kabel. Die Bilder 1 bis 4 zeigen die Wärmeentwicklung.
Der Erdleiter ist nahezu unbelastet und folglich auch kaum erwärmt. Die Null- und Phasenleiter mit 2,5 mm2 Querschnitt verarbeiten jeweils 8 A Stromstärke. Durch den geringen Widerstand kommt es jedoch kaum zu Wärmeentwicklung. Der Phasenleiter mit 1,5 mm2 Querschnitt hat es eindeutig schwerer und erzeugt mehr Wärme. Obwohl Leiter mit 1 mm2 Querschnitt offiziell für 10 A ausreichen, übertrifft dieser Leiter im Test alles in puncto Wärmeentwicklung. Leiter mit 1 mm2 Querschnitt sind übrigens häufig in C13-Anschlusskabeln anzutreffen.
Wärmeentwicklung wirkt sich negativ auf das Isolationsmaterial aus, denn dadurch altert es schneller, härtet nach längerer Zeit sogar aus und wird brüchig. Ein spontaner Kurzschluss kann dann jederzeit entstehen.
Nicht nur aus technischer, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht bietet der 2,5 mm2 dicke Leiter Vorteile gegenüber dem von der Norm angegebenen 1,5 mm2 dicken Draht. Die sich durch den höheren Widerstand entwickelnde Wärme muss abgeleitet werden. Zwangsläufig kommt es zu einem höheren Energieverbrauch aufgrund der erforderlichen Kühlung. Dies belastet das Budget während der Lebensdauer der PDU gleich doppelt - durch den Leiterverlust aufgrund vorzeitiger Alterung und durch Energieverbrauch der Kühlung. Diese Kosten können die Anschaffung der PDU selbst sogar übersteigen.
Energiemehrverbrauch
Eine Berechnung anhand einer Steckerleiste, 16 A, einphasig, ein Meter lang mit drei Meter langem Kabel, soll die Höhe des Energiemehrverbrauchs veranschaulichen. Die ständige Belastung des Kabels beträgt 10 A. Ein typischer Ohmscher Widerstand eines 1,5 mm2 dicken Kabels liegt bei 15,4 ?/km. Im Vergleich dazu steht ein 2,5 mm² dickes Kabel mit einem typischen Widerstand von 9,2 ?/km.
Die aufgenommene Leistung des 1,5 mm² dicken Kabels mit einer Länge von acht (2×(3+1)) Metern berechnet sich wie folgt:
P = I2R
I2 = 102 = 100
R= 8 × 15,4 : 1.000 = 0,1232
P = 12,32 Watt
Für das 3G2,5-Kabel gilt P = 7,36 Watt.
Das 3G1,5-Kabel nimmt somit 12,32 minus 7,36 also 4,96 Watt Leistung mehr auf als das 3G2,5-Kabel. Diese Leistung geht vollständig in Wärme über, die von der Klimaanlage abgeführt werden muss. Ausgehend von einem PUE-Wert von 1,5 verliert der Eigentümer des Rechenzentrums also allein aufgrund der Verwendung von PDUs mit diesem Kabeltyp 7,44 W an Leistung. Dies beläuft sich über das Gesamtjahr gesehen auf 7,44 × 24 × 365 : 1.000 = 65,17 kWh an Energie.
Legt die Berechnung eine Lebensdauer der Steckerleiste von zehn Jahren zu Grunde, beläuft sich der Gesamtverbrauch auf 652 kWh. Bei einem Strompreis von 0,16 Euro bedeutet dies einen Zusatzposten von 104,28 Euro. Das ist erheblich mehr als der Mehrpreis eines 3G2,5-Kabels gegenüber einem 3G1,5-Kabel.
Nun lässt sich diskutieren, welchen Stellenwert die Energieeffizienz einer PDU im Gesamtkonzept zum Energieverbrauch im RZ überhaupt einnehmen sollte. Immerhin ist der Energieverbrauch einer PDU um ein Vielfaches geringer als der des Geräts, an das sie angeschlossen ist. Diese Einschätzung ist natürlich vollkommen richtig, dennoch sind die potenziellen Einsparungen nicht gering. Eine PDU wird nie getrennt und ist so rund um die Uhr über die gesamte Lebensdauer hinweg in Betrieb, also vielleicht zehn Jahre. Dies macht den Energieverbrauch der PDU durchaus zu einem wichtigen Faktor.
Energieeffiziente PDUs am Markt, darunter solche, die nur rund fünf Watt an Leistung aufnehmen, verbrauchen heute im Durchschnitt 80 Prozent weniger Energie als "traditionelle" PDUs. Eine Differenz von 25 Watt über einen Zeitraum von zehn Jahren in einem Rechenzentrum mit PUE 1,5 kommt etwa 525 Euro gleich (0,025 (kW) × 24 (Stunden) × 3.650 (Tage) × 1,5 (PUE) × 0,16 (Euro/kWh)).
In einem Rechenzentrum mit 500 Schränken (1.000 PDUs) ist dies ein Betrag von 52.500 Euro (1.000 PDUs × 52,5 Euro pro Jahr) jährlich an vermeidbaren Kosten. In diesem Fall kann ein Betreiber also durchaus nicht mehr von einem vernachlässigbaren Posten sprechen.
Die Praxis hat auch gezeigt, dass die Abweichung im Adernquerschnitt letztendlich sowohl dem Unternehmen als auch dem Installateur technische und finanzielle Vorteile bringt. Besonders die Auswirkung einer geringen Leistungsaufnahme ist beträchtlich, sodass in Kombination mit der dickeren Verkabelung die Einsparung für Rechenzentren mehrere zehntausend Euro jährlich betragen kann.
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