Wer weiß heute schon, welche Anforderungen das eigene Rechenzentrum in drei oder fünf Jahren erfüllen muss? Die Anforderungen an die Infrastruktur werden weiter steigen, so viel ist sicher. Es zahlt sich folglich aus, die Lösungselemente genauer zu betrachten, mit denen Unternehmen ihre IT-Umgebung modernisieren sollten. Die Themen lauten Klimatisierung, Stromversorgung, Monitoring und Cloud-Zugang – und greifen an mehreren Stellen ineinander.

Für die digitale Transformation der Geschäftsprozesse ist eine kontinuierliche Modernisierung der IT-Landschaft notwendig. Dabei müssen IT-Manager die Kosten im Blick behalten, denn zusätzliche IT-Leistung und alte IT-Systeme werden zu mehr Stromverbrauch führen. Das Borderstep Institut geht in einer Schätzung davon aus, dass der jährliche Energiebedarf deutscher Rechenzentren von 2015 bis 2020 um 16 Prozent steigen wird. Grundsätzlich gilt: Betreiber benötigen eine Ist-Aufnahme der Energieströme im Rechenzentrum. Denn sie können nur das optimieren, was sie kennen und zuvor gemessen haben.

Erster Baustein: Effiziente Klimatisierung

Im ersten Schritt sollten IT-Verantwortliche die im Rechenzentrum installierten Komponenten für die IT-Kühlung analysieren und auf Optimierungspotenzial prüfen. Denn in den heimischen Breitengraden verursacht die Kühlung den größten Teil der IT-Infrastrukturkosten, ein Ausfall der Kühlung führt schlimmstenfalls zu einem schnellen Hitzetod der IT.

Die Infografik illustriert den Energieverbrauch von Rechenzentren in Deutschland. Für mehr Effizienz in Rechenzentren sollten Unternehmen vor allem die Energiekosten im Griff haben. Bild: Rittal

Für eine energieoptimierte Kühlung von IT-Komponenten gibt es verschiedene Ansätze. Bei kleineren Umgebungen kann es sinnvoll sein, anstatt einer Raumkühlung eine DX-basierende (Direct Expansion) Rack-Kühlung zu verwenden. Dabei kommen Split-Klimageräte mit Kühlmittel zum Einsatz, die direkt am Rack montiert sind. Eine Kühlung ist am effizientesten, wenn sie möglichst nah an der Wärmequelle montiert ist. Wichtig ist, dass die verwendeten Kühlgeräte mit Inverter-gesteuerten (drehzahlgeregelten) Kompressoren arbeiten, die schnell und direkt auf Laständerungen der Server im Rack reagieren können. Darüber hinaus sollten Ventilatoren mit regelbaren EC-Motoren (drehzahlgeregelt) zum Einsatz kommen, da diese weniger Strom verbrauchen. Drehzahlgeregelte Ventilatoren sind gerade im Teillastbereich sehr sparsam und auch bei der Geräuschentwicklung deutlich leiser. Eine solche Lösung ist leicht um eine Kaltgangeinhausung erweiterbar. Die damit verbundene konsequente Trennung von heißen und kalten Luftströmungen bringt oft schon gute Ergebnisse.

Es gibt jedoch auch physikalische Verfahren, die indirekt für eine Energieoptimierung sorgen. Ein Beispiel ist die adiabatische Freikühlung. Dabei wird die einströmende Luft mit zerstäubtem Wasser versetzt, und zwar noch bevor sie auf einen Wärmetauscher trifft. Die erzeugten feinen Tropfen führen dazu, dass das Wasser in dem warmen Luftstrom sofort verdunstet und damit der umgebenden Luft die Wärme entzieht. Als Folge trifft deutlich kühlere Luft auf den Wärmetauscher, und die Kühlleistung des Klimageräts steigt.

Welches Verfahren sich für die Energieoptimierung im eigenen Rechenzentrum eignet, sollten Betreiber gemeinsam mit einem erfahrenen Spezialisten ermitteln, da in diesem Umfeld auch Faktoren wie klimatische Bedingungen sowie die aktuelle und zukünftige Nutzung von IT-Systemen eine Rolle spielen.

Zweiter Baustein: Geprüfte Stromversorgung

Plant ein Betreiber, die Server zu erneuern und beispielsweise durch Blade-Server zu ersetzen, sollte er zunächst bei der Stromversorgung inklusive der USV-Anlage prüfen, ob diese die Anforderungen der neuen Technik unterstützen. Moderne Blade-Systeme (integrierte Schaltnetzteile) erzeugen eine kapazitive Last, während alte USV-Anlagen häufig noch auf induktive Leistungsfaktoren ausgelegt sind. Im Klartext: Die USV arbeitet nicht im optimalen Arbeitspunkt. Damit leidet die Effizienz, und das Gerät bringt nicht die nominale Leistung, die für den Ernstfall eingeplant war.

Abhängig vom Einsatzzweck kann es kostengünstiger sein, gezielt einzelne Racks zu kühlen, als einen kompletten Raum zu klimatisieren. Das LCP DX von Rittal dient speziell der Kühlung kleiner IT-Räume und führt die Kaltluft mit der richtigen Temperatur direkt an das IT-Equipment. Bild: Rittal

Die Modernisierung der USV-Systeme sollte ein Betreiber ohnehin im Auge behalten. Ein wesentlicher Grund dafür sind die starken Veränderungen des Stromnetzes in Deutschland in den vergangenen Jahren. Durch die Einspeisung von regenerativen Stromquellen besteht die Gefahr, dass das Netz durch wechselnde Lasten instabil wird, und es treten Schwankungen in der Netzfrequenz auf.

In diesem Umfeld übernimmt die USV die Aufgabe, solche Störungen zu filtern und eine stabile, verfügbare Stromversorgung zur Verfügung zu stellen. Durch den Gleichstromzwischenkreis wird die Sekundärseite, an der die IT angeschlossen ist, von der Primärseite entkoppelt. Darüber hinaus ist der Zustand der USV-Batterien zu prüfen. Batterien müssen regelmäßig gewartet werden. Sie sind das schwächste Glied in der Backup-Kette. Moderne USV-Systeme sollten mit einem Wirkungsgrad von wenigstens 98 Prozent arbeiten. Ein hoher Wirkungsgrad senkt den Eigenverbrauch der USV-Anlage und damit die Betriebskosten über die gesamte Lebensdauer des Systems.

PDUs verteilen die Energie

Im Zusammenhang mit der Stromversorgung sind auch Steckdosensysteme und Stromverteiler zu untersuchen, die sogenannten PDUs (Power Distribution Unit). Intelligente Steckdosen können messen und schalten. Wer an dieser Stelle Energie sparen will, verwendet Geräte mit bi-stabilen Relais. Diese verbleiben stromlos in ihrem jeweiligen Schaltzustand und reduzieren so den Eigenverbrauch einer PDU auf unter 15 Watt. Gerade bei einem 24/7-Betrieb lassen sich damit die Energiekosten spürbar senken. Gleichzeitig können Betreiber durch die vielfältigen Messfunktionen die Energie, Auslastung und Phasensymmetrie pro Rack genau im Blick behalten.

Dritter Baustein: Monitoring für Ausfallsicherheit

Alle genannten Komponenten wie Kühlsysteme, USV, PSU etc. verfügen über Ethernet-basierende Schnittstellen. Damit können RZ-Betreiber über das Monitoring-Protokoll SNMP alle relevanten Daten auswerten und über eine DCIM-Software auswerten und analysieren.

Intelligente Steckdosen (PDUs) können messen und schalten. Um Energie zu sparen, sollten Betreiber Geräte mit bi-stabilen Relais einsetzen. Diese verbleiben stromlos in ihrem jeweiligen Schaltzustand und reduzieren so den Eigenverbrauch einer PDU auf unter 15 Watt. Bild: Rittal

Um den Erfolg einer Modernisierung zu dokumentieren, sollten IT-Manager klare Ziele definieren und den Ist-Zustand mit dem geplanten Soll-Zustand regelmäßig abgleichen. Die dafür notwendigen Funktionen liefert eine DCIM-Software (Datacenter Infrastructure Management). Einige der auf dem Markt verfügbaren DCIM-Lösungen sind für die Überwachung kompletter Rechenzentren ausgelegt und bieten daher einen sehr breiten Funktionsumfang. Anbieter wie beispielsweise Rittal mit der Lösung RiZone liefern jedoch auch schlanke und modular aufgebaute DCIM-Anwendung, um damit den Energieverbrauch der IT zu optimieren. Mit einer solchen Lösung können RZ-Betreiber ihre Systeme auch dauerhaft überwachen, wodurch sich die Ausfallsicherheit verbessert.

Vierter Baustein: Die flexible Cloud

IT-Experten und Industrieanalysten sehen in Cloud-Infrastrukturen die Zukunft für den IT-Betrieb. Eine Umfrage der Analysten von Crisp Research zeigt: 85 Prozent der deutschen Unternehmen beschäftigen sich aktiv mit der Cloud, für 25 Prozent ist sie fester Bestandteil der IT-Strategie. Wichtig ist dabei, eine technikübergreifende und herstellerunabhängige Management-Plattform für die zugrunde liegende Infrastruktur zu nutzen. Zum Beispiel mit OpenStack gelingt ein herstellerneutraler Cloud-Betrieb. Über offene Schnittstellen ist damit eine effiziente Integration von weiteren IT-Systemen und anderer Technik möglich. Viele Produkte lassen sich so in das Cloud-Ökosystems integrieren, wie etwa die Open-Source-Lösungen Hadoop oder MapR.

Insbesondere mit hybriden Cloud-Umgebungen, die aus einem Mix von internen und externen Cloud-Services bestehen, erhöhen IT-Manager die Flexibilität der Leistungserbringung und verringern die Investitionskosten sowie laufende Betriebsaufwendungen. Darüber hinaus muss ein Wandel in den Köpfen der IT-Manager stattfinden: Anstatt jeden IT-Service selbst zu leisten, sollte sich die IT-Organisation als Service-Broker aufstellen und gezielt immer mehr Leistungen schrittweise aus der Cloud beziehen.

Bernd Hanstein ist Hauptabteilungsleiter Produkt-Management IT bei Rittal, www.rittal.de.