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Backgrounder: RZ-Stromkosten drosseln

Ernergieschonung im Datacenter

23. August 2012, 15:33 Uhr | Mathias Hein, freier Consultant in Neuburg an der Donau

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Energiekosten drosseln

Zusätzlich zu den Errichtungs- und Betriebskosten achten heute viele Planer darauf, dass die Energiequellen keine fossilen Brennstoffe verbrauchen und über einen kleinen CO2-Fußabdruck verfügen. Wie so etwas möglich ist, zeigt das CO2-neutrale Rechenzentrum von Verne Global in Island, das im September 2011 ans Netz ging. Die Energie für dieses Rechenzentrum stammt komplett aus einer Kombination von hydroelektrischen und geothermischen Quellen. Island gilt bei Experten als attraktiver Standort für Rechenzentren, da es in diesem Land Strom im Überfluss gibt. Das Stromnetz Islands liefert momentan 2900 Megawatt Strom, bei einer Einwohnerzahl von 320.000 Menschen – der Energiebedarf der Einwohner liegt in einem Bereich von ungefähr 300 MW, es bleibt also genug freie Kapazität für viele Rechenzentren. Ein weiterer Vorteil Islands ist, dass das ganze Jahr über eine niedrige Durchschnittstemperatur herrscht und dadurch eine quasi kostenfreie Kühlung bereits im Gesamtkonzept enthalten ist. Es werden also keine Kühlgeräte mehr benötigt, was sich in geringen Energiekosten niederschlägt. Falls doch mal ein großes Unternehmen eine stärkere Kühlung braucht, kann diese durch eine ebenfalls kostengünstige Wasserkühlung jederzeit erreicht werden.

Je nachdem wo das Rechenzentrum oder das Hosting-Center aufgebaut werden soll, sollte bei Standortwahl der Planungshauptaugenmerk auf den Faktoren Stromversorgung und Kühlung liegen.

Nicht nur Hitze spielt eine gewichtige Rolle, auch die Luftfeuchtigkeit

Es ist wesentlich einfacher, Hitze in eine trockene, anstatt in eine feuchte Umgebung abzugeben. Auch wenn es zunächst etwas absurd klingt, die Wüste ist auf Grund der Kühlmöglichkeiten in der Praxis ein attraktiver Standort für ein Rechenzentrum.

In der Wüste ist die Luft sehr trocken, die Wärme lässt sich nach den Gesetzen der Physik leicht an diese trockene Luft abgeben. Im Innern eines Rechenzentrums muss eine hohe Luftfeuchtigkeit herrschen, da Wasser die effektivste Form des Energietransports darstellt. Sobald die feuchte Luft des Innenraums erwärmt ist, wird diese in einen geschlossenen Kreislauf eingespeist, der über einen Wärmetauscher daraufhin in einen offenen Kreislauf wechselt, aus dem die Wärme in die trockene Wüstenluft entweichen kann. Die warme Abluft und die kühle Frischluft sind somit voneinander getrennt. Der Energieaufwand um die Luft zu befeuchten lässt sich mit einem Ultraschall-Luftbefeuchter minimieren. Dieser Luftbefeuchter nutzt hochfrequente elektrische Signale um die Oberflächenspannung von kühlem Wasser zu brechen und verdampft dadurch Wasser in die Umgebungsluft.

Schon seit einigen Jahren bietet eine steigende Anzahl von Herstellern (beispielsweise HP oder Microsoft) so genannte „Ready-to-compute-Lösungen“ an, die nicht nur Rechner und Speicher enthalten, sondern auch eine entsprechende Kühlung. Diese Lösungen haben den Vorteil, dass das Rechenzentrum nach dem Anschluss an das Stromnetz und Internet beziehungsweise Netzwerk betriebsbereit ist..

HP bietet beispielsweise das "Performance Optimised Datacenter 240a" (genannt "HP EcoPOD") an. Amazon hat seinen eigenen Perdix-Container entwickelt und Microsoft verkauft sein "Data Center ITPAC" (IT-Pre-Assemled-Components). HPs "EcoPOD" nutzt das Free-Air- und DX- (Direct-Expansion-)Cooling, ohne dabei Wasser für die Kühlung zu benötigen. Man muss die Eco-POD-Lösung nur mit der Stromversorgung und dem Internet beziehungsweise Netzwerk verbinden und kann diese Lösung sofort in jeder Umgebung einsetzen. Mit dieser Technik erreicht der Eco-POD einen PUE zwischen 1.05 und 1.30. Da die Eco-POD-Lösung keine baulichen Maßnahmen erfordert, kann diese innerhalb von drei Monaten realisiert werden.

Von Wechselstrom auf Gleichstrom umschalten

In der Regel benötigt das heute gängige IT-Equipment für den Betrieb nur Gleichstrom. Die Stromanbieter stellen die von ihnen angelieferte Elektrizität jedoch nur in Form von Wechselstrom bereit. Im Normalfall wandelt eine UPS den 380-V-Dreiphasenwechselstrom des Stromanbieters in Gleichstrom um, um seine Batterien zu laden, und wandelt ihn anschließend zurück in Wechselstrom um ihn zum Rechenzentrum zu leiten. Die PDU (Power-Distribution-Unit) jedes Racks oder jeder Reihe Racks konvertiert die 380-V-Wechselstrom wieder in 240-V-Wechselstrom. Die gängigen Netzteile der IT-Ausrüstung konvertieren die 240-V-Wechselstrom anschließend in die benötigte Gleichspannung.

Die Mehrfachwandlung der Speisespannung verursacht Wärme, die vom Betreiber abgeführt werden muss. Aus diesem Grund gibt es Initiativen, die Rechenzentren direkt mit Gleichspannung zu betreiben. Nicht nur die geringere Wärmeentwicklung, auch der geringere Stromverbrauch ist ein Argument für diesen Schritt. Betreibt man ein Rechenzentrum direkt mit Gleichspannung, lässt sich der Stromverbrauch für die IT-Ausrüstung um etwa 15 Prozent senken.

Auf stromsparende Komponenten wechseln

Es gibt viele Möglichkeiten, wie man den Stromverbrauch reduzieren kann. Die einfachste Einsparungsmöglichkeit besteht darin, mit dem Austausch der bereits vorhandenen Stromversorgungs- und Kühlungssysteme zu beginnen. Geregelte Ventilatoren, Pumpen, Kühlungen und Luftwärmeaustauscher verbrauchen nur so viel Energie wie nötig ist, um die Ausrüstung auf einem optimalen Arbeitspunkt betreiben zu können. Um diese Einspareffekte zu erzielen, muss man nicht gleich ein ganzes Gerät austauschen. Bei einem Ventilator reicht es beispielsweise bereits, wenn ein variabler Geschwindigkeitsregler eingebaut wird. Dadurch lassen sich die Geschwindigkeiten und damit verbunden auch der Stromverbrauch des Ventilators regulieren. Ein Upgrade von bereits bestehender IT-Ausrüstung lässt sich besonders leicht durch den Austausch der alten Geräte durch eine energieeffizientere Variante realisieren.