Mehr Energieeffizienz bei RZ-USV-Lösungen
Modulare USV im White Space
Überdimensionierte USV-Lösungen erweisen sich schnell als Kostenfalle. Modulare Systeme ermöglichen ein organisches Wachstum der USV und kompensieren außerdem redundanzbedingte Effizienzverluste. Um Platzprobleme zu vermeiden, ist darüber hinaus die Integration der USV in den sogenannten White Space denkbar.
Betreiber mittelgroßer Rechenzentren tun sich oft schwer damit, den künftigen Bedarf an Rechenleistung abzuschätzen. Dies gilt besonders für Cloud-Anbieter: Da ein langsames Wachstum in diesem Umfeld ebenso realistisch erscheint wie ein sprunghafter Anstieg der Nachfrage, sind verlässliche Prognosen so gut wie unmöglich. Dies hat unter anderem auch Auswirkungen auf die USV-Kapazität: Um auf alle Eventualitäten vorbereitet zu sein, entscheiden sich viele Betreiber bewusst für eine deutlich überdimensionierte Lösung. Doch diese entpuppt sich leicht als Kostenfalle: Bleibt das erhoffte Wachstum aus, sind zunächst einmal völlig unnötige Investitionskosten entstanden.
Vor allem jedoch läuft die USV-Anlage dann auch langfristig mit geringer Auslastung. Dies hat gravierende Folgen für ihre Energieeffizienz. Aus mangelnder Auslastung resultiert nämlich oft ein niedriger Wirkungsgrad der USV. Durch die enormen Energieverluste ist nicht nur die Wirtschaftlichkeit des USV-Betriebs in Frage gestellt - darüber hinaus entstehen auch ganz erhebliche Folgekosten. Denn die USV-Verlustleistung wird komplett in Wärme umgewandelt, was die Temperaturentwicklung im RZ verstärkt und somit den Aufwand für die RZ-Klimatisierung nach oben treibt.
Organisches Wachstum der USV-Lösung anstreben
Um dieser Effizienz- und Kostenfalle zu entgehen, sollten RZ-Betreiber konsequent auf ein organisches Wachstum ihrer USV-Lösung setzen. Erster Schritt in die richtige Richtung ist dabei die grundsätzliche Entscheidung zugunsten eines modularen USV-Systems. Solche Systeme können parallel zur Rechenleistung mitwachsen und ermöglichen bei Bedarf auch kurzfristige Anpassungen der USV-Kapazität. Realisieren lassen sie sich zum einen, indem der RZ-Betreiber mehrere kleinere, voneinander unabhängige USVs parallel nutzt. Die andere und modernere Lösung stellen USV-Anlagen mit mehreren unabhängigen Leistungsmodulen dar. Hinreichend feine Modulgrößen-Abstufungen vorausgesetzt, kann man mittels solcher Anlagen auf maßvolle Leistungserweiterungen ebenso flexibel reagieren wie auf massive Leistungssprünge. Für eine optimale Auslastung lassen sich zudem Techniken zur Leistungsvirtualisierung wie etwa Eaton VMMS (Virtual Module Management System) einsetzen.
Bei dieser Lösung befinden sich aktuell nicht benötigte USV-Module in einem energiesparenden Ruhezustand, sodass sich die Auslastung der übrigen Module erhöht (Bild 1). Auch eine sinkende Nachfrage nach Rechenleistung lässt sich auf diese Weise problemlos kompensieren. Aus falscher Dimensionierung resultierende Verlustleistungen kann der Betreiber so von vorneherein vermeiden, was die Energie- und damit Kosteneffizienz der USV deutlich verbessert.
Zudem können RZ-Betreiber nach dem "Pay as you grow"-Prinzip verfahren: Statt im Vorgriff auf mögliche Leistungserweiterungen in eine monolithische USV mit überdimensionierter Kapazität zu investieren, können sie Investitionen exakt entlang des aktuellen Bedarfs tätigen. Auch die Realisierung der geforderten Redundanzlevel, die oft ebenfalls für geringere Auslastung und damit höhere Verlustleistung sorgen (Bild 2), lässt sich mithilfe modularer Systeme energieeffizienter umsetzen. Dass die modulare USV-Absicherung eines kompletten Rechenzentrums in der Anschaffung geringfügig teurer ausfällt als die Absicherung durch eine monolithische USV, fällt angesichts der hier genannten Vorteile kaum mehr ins Gewicht.
Als weiterer Schritt in Richtung eines organischen, effizienzsteigernden USV-Wachstums ist die Integration des modularen Systems in die Server-Fläche, den sogenannten White Space, denkbar. Dieser dezentrale Ansatz beseitigt die Gefahr, dass der herkömmlicherweise vorhandene, spezielle USV-Raum langfristig nicht genug Platz für alle einzelnen Module bietet und der Betreiber die effizienzsteigernde, feinabgestimmte USV-Modularisierung somit aus baulichen Gründen nicht verwirklichen kann. Diese Gefahr ist realer, als man denkt. Denn die zunehmende Leistungsdichte je Server-Schrank sowie die Verwendung von Blade-Servern zwingen RZ-Betreiber heute dazu, immer größere USV-Module einzusetzen. Die klassischen, separaten USV-Räume geraten dadurch rasch an ihre Grenzen.
Integration der USV in den White Space
Als Ausweg bleibt dann nur eine Erweiterung der Gebäudefläche - entweder durch einen Anbau, was neben hohen Kosten eine Unterbrechung des RZ-Betriebes mit sich brächte, oder durch die Auslagerung der USV in einen Technikcontainer. Entscheidet der Betreiber sich dagegen dafür, die USV in den White Space zu integrieren, kann er grundsätzlich beliebig viele Module aufstellen. Diese finden beispielsweise zwischen den Racks einer Server-Reihe Platz, wo sie gleich auch die Umluftklimatisierung mitnutzen (Bild 3) und sogar in energiesparende Einhausungssysteme integrierbar sind (Bild 4). Alternativ ist auch eine separate Wandmontage möglich (Bild 5).
Die Integration der USV in die Server-Fläche bringt noch weitere Vorteile mit sich. Da die USV-Anlagen näher an die Racks heranrücken, verkürzen sich die Wege der Stromzuführung, was zu einer Verringerung der Übertragungsverluste führt. Da keine zentrale USV mehr existiert, ist zudem auch ein Single Point of Failure nahezu ausgeschlossen: Betriebsstörungen der USV betreffen stets nur die jeweilige Server-Reihe, sodass sich mögliche Ausfallzeiten auf einen überschaubaren Teil des Rechenzentrums beschränken.
Aufhebung der Trennung von Grob- und Feintechnik
Wer die USV im White Space platziert, verletzt nun allerdings ein klassisches Prinzip der RZ-Planung, nämlich den Grundsatz der Trennung von Grob- und Feintechnik. Dieses Prinzip wurde keineswegs willkürlich aufgestellt, sondern hatte neben Sicherheitsaspekten vor allem wirtschaftliche Gründe. Denn obwohl modulare USV-Systeme als höchst energieeffiziente Lösungen gelten, produzierten die marktüblichen Modelle lange Zeit noch immer so viel Abwärme, dass die dadurch ansteigenden Klimatisierungskosten den Betrieb dieser Systeme im White Space als unwirtschaftlich erscheinen ließen. Die USV in die Server-Fläche zu integrieren, hätte unter solchen Voraussetzungen in genau jene Kostenfalle geführt, der Betreiber mithilfe dieser Maßnahme eigentlich entkommen wollten.
In Anbetracht des technischen Wandels muss heute jedoch kein RZ-Betreiber mehr Befürchtungen dieser oder ähnlicher Art hegen. Zwar gibt es auf dem Markt noch immer USV-Anlagen, die überhöhte Abwärmemengen erzeugen. Fortschrittliche transformatorlose USV-Systeme mit Hocheffizienztechnik aber haben längst alle wirtschaftlichen Argumente gegen eine Integration der USV-Lösung in die Rack-Ebene entkräftet. Diese Systeme produzieren heute selbst bei suboptimaler Auslastung nur noch so geringe Verlustleistungen, dass sie die RZ-Klimatisierung so gut wie nicht mehr belasten. Dies gilt selbst für die im RZ-Bereich bevorzugt eingesetzten, dreiphasigen Doppelwandler-USV-Systeme, die aufgrund ihrer Bauart und ihrer hohen Leistungsdichte früher so viel Abwärme erzeugten, dass ihr Betrieb im White Space als völlig undenkbar erschien.
Dank moderner Multilevel-Inverter kommt beispielsweise die dreiphasige, modulare Doppelwandler-USV Eaton 93PM selbst bei einer Auslastung von lediglich 40 Prozent auf einen Wirkungsgrad von bis zu 97 Prozent. Dieser im normalen Wandlerbetrieb erzielte Wert lässt sich sogar noch steigern, wenn der Betreiber das integrierte Energy-Saver-System (ESS) einsetzt - einen besonders effizienten Betriebsmodus, der eine Weiterentwicklung des sogenannten Eco-Modes darstellt und dessen bekannte Schwächen dank neuer Umschalttechnik überwunden hat. Agiert die USV in diesem Modus, erreicht sie im Normalbetrieb und unabhängig von der Auslastung einen Wirkungsgrad von bis zu 99 Prozent. Die Verlustleistung ist damit so gering, dass sich sogar die langfristig höheren Investitionskosten für die Modularisierung durch signifikante Energieeinsparungen im laufenden Betrieb kompensieren lassen.
Auch im Hinblick auf die klimatechnische Kompensation der Wärmelast ist eine derartige USV gut vorbereitet. Die durch die Fronttüren des USV-Racks eingesaugte Kaltluft kann sie wahlweise nach oben oder nach hinten abgeben (Front-to-Top oder Front-to-Back Airflow). Damit eignet sich die USV gleichermaßen für die Wandmontage wie für die Integration in die Server-Reihe samt optionaler Einbindung in ein energiesparendes Einhausungssystem. Modulgrößen im Bereich von 30 bis 200 kW Nennleistung bieten umfassende Möglichkeiten zur Feinabstimmung der USV-Lösung auf den Kapazitätsbedarf. Mithilfe der vorinstallierten Management-Software lässt sich die USV-Anlage darüber hinaus im Verbund mit intelligenten Stromverteilerleisten (EPDUs) von einer einzigen Konsole aus überwachen und steuern.
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