Konzepte für Stromversorgung und Kühlung sind entscheidend für die Verfügbarkeit und Energieeffizienz von Rechenzentren – und damit auch für die Betriebskosten. Der Stellenwert der Thematik hängt dabei maßgeblich vom jeweiligen Geschäftsmodell sowie den verfügbaren Ressourcen ab und ist nur individuell zu bestimmen. Grundsätzlich ist es jedem Unternehmen möglich, die Kühlung und Stromversorgung im eigenen Rechenzentrum zu gewährleisten und zu optimieren – allerdings unter Umständen mit erheblichem Aufwand.Zu Beginn der Überlegungen hinsichtlich Stromversorgung und Kühlung muss eine Selbsteinschätzung stehen: Wie wichtig ist die optimale Unterstützung der Geschäftsprozesse durch die IT? An der Antwort bemisst sich der Umfang des nötigen Managements und der aufzubauenden Redundanzen. Bestimmte Maßnahmen lassen sich aber auch bei hoher Investitionsbereitschaft in normalen Unternehmen nur schwer umsetzen: So gehört eine USV auch in den kleinsten Rechenzentren zum Standard, höchste Verfügbarkeit erfordert aber USV-Blöcke, die permanent präventiv gewartet und unter Last getestet werden.

Der Einsatz von Dieselgeneratoren ist in den meisten Fällen schlechterdings unmöglich, da für Bürogebäude kaum die erforderlichen Genehmigungen zu bekommen sind. Wartung und Betrieb der Stromversorgung werden den meisten IT-Abteilungen noch möglich sein, bei der Kühlung jedoch stoßen internes Know-how und verfügbare Personalressourcen oftmals an Grenzen. Der Ausweg ist oft eine Kühlung über die normale Gebäudekühlung – die aber auch bei Redundanz einiger Komponenten nicht den hohen Ansprüchen an Verfügbarkeit und Energieeffizienz genügen kann.

Zur Selbsteinschätzung gehört darüber hinaus eine ehrliche Kalkulation der von der IT verursachten Kosten, zu denen an erster Stelle die Energiekosten zählen. Der Stromverbrauch der Server stellt dabei nur einen gewissen Teil dar, bis zu 50 Prozent der Energiekosten entfallen typischerweise auf die Kühlung. Da diese in vielen Fällen nicht in das IT-Budget, sondern in das Gebäude-Management eingerechnet wird, ist zunächst eine Bestimmung der tatsächlich anfallenden Energiekosten erforderlich. Mit den folgenden Best Practices lassen sich dann auf jeden Fall Einsparungseffekte erzielen.

Thermalanalyse

Eine Untersuchung des thermalen Ist-Zustands legt eine solide Basis für die Kühlungsoptimierung. Bei Outhousing- und Colocation-Anbietern gehört diese Thermalanalyse in der Regel zum festen Bestandteil ihrer fortlaufenden Optimierungsbestrebungen, Unternehmen können für diese Aufgabe auf externe Dienstleister zugreifen. Wichtige Parameter, die es zu identifizieren gilt, sind zum Beispiel Luftströme über und im Doppelboden, Wärmenester an den Racks, Wirkungsgrad der Kühlungssysteme, Kühlluftverluste und weitere Faktoren. Anhand dieser Informationen lassen sich die Einsparpotenziale möglicher Korrekturen schon in einem frühen Stadium hinreichend konkret beziffern, sodass IT-Verantwortliche die notwendigen Investitionen besser bewerten und durchsetzen oder eine Entscheidung für Outhousing treffen können.

Kaltgangeinhausung

Seit Jahren hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass sich durch das Hot-Aisle/Cold-Aisle-Prinzip erhebliche Verbesserungen im thermalen Profil von Rechenzentren erzielen lassen. Kaltgangeinhausung (Cold Aisle Containment), also die bauliche Trennung der warmen und kalten Gänge, ist ein weiterer Schritt.

Ohne Abschottung kommt es mit Sicherheit zu thermischen Kurzschlüssen, bei denen warme Abluft am Server-Rack aufsteigt und in den gekühlten Bereich zurückströmt. Ein thermischer Aufschaukelungseffekt lässt die Temperatur im Kaltgang sukzessive steigen, sodass die Systeme mit einer Erhöhung der Kühlanlagenleistung reagieren. Ergebnis ist ein immens hoher Energieverbrauch. Dem lässt sich mit einer hermetischen Trennung der kalten und warmen Bereiche begegnen.

Wie diese im konkreten Praxisfall aussieht, hängt von den baulichen Voraussetzungen und der Investitionsbereitschaft ab: Nur den größten Unternehmen und professionellen Rechenzentrumsbetreibern wird es möglich sein, die Kaltgangeinhausung schon beim Bau eines Rechenzentrums zu berücksichtigen. In den meisten Fällen werden Unternehmen auf eine nachträgliche Abschottung per Decken- und Wandplatten zurückgreifen. Wo das nicht möglich ist, kann auch eine Trennung per speziellem Kühlungsvorhang noch signifikante Effekte zeigen.

Rack-Verblendungen und Kühlluftführung

Durch Kunststoffblenden zur Verschließung ungenutzter Höheneinheiten im Rack lassen sich Kalt- und Warmbereiche zusätzlich trennen. Gleichzeitig wird auf diesem Wege Wärmenestern vorgebeugt, die ansonsten eine Überhitzung der Hardware verursachen könnten. Zudem ist die Kühlluftführung im Doppelboden zu optimieren, damit gekühlte Luft ohne Abdriftverluste auf schnellstem Wege zu den Öffnungen befördert wird. Der Einsatz von Umlenksystemen und Luftstrombegrenzern verbessert deutlich die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft, sodass sich im Gegenzug die Leistung der Ventilatoren reduzieren lässt.

Bodenplatten mit hohem Luftdurchsatz

Damit die Kühlungsluft optimal aus dem Doppelboden bis zu den Rack-Fronten strömt, muss sie mit einem gewissen Druck herausgepresst werden. Wie stark dieser Druck sein muss – und wie viel Energie die Ventilatoren benötigen, um ihn zu erzeugen – hängt maßgeblich von den eingesetzten Bodenplatten ab. Spezielle widerstandsarme Bodenplatten ermöglichen Durchsatzraten von 50 bis 65 Prozent und sorgen durch ihr Design für zusätzliche Strömungsgeschwindigkeit. Der Durchsatz herkömmlicher Bodenplatten liegt demgegenüber zwischen 20 und 30 Prozent. Durch die Verwendung geeigneter Bodenplatten lässt sich also der Druck der Kühlungsluft senken, ohne die Versorgung der oberen Rack-Regionen mit Kühlungsluft zu gefährden.

Verschließen der Doppelböden

Doppelböden weisen neben den erforderlichen Luftaustritten auch Öffnungen für Kabel oder Rohre auf. An diesen Stellen kann die Kühlungsluft entweichen und damit ungenutzt verloren gehen. Um diesem Problem zu begegnen, empfehlen sich Dichtungselemente, die Kabel und andere aus dem Doppelboden austretende Elemente nahtlos umschließen. Andernfalls ist die vorher mit Aufwand optimierte Strömungsführung im Doppelboden empfindlich gestört.

Abhängig vom Unternehmen empfehlen sich weitere Maßnahmen, die sowohl im eigenen Rechenzentrum als auch in der Zusammenarbeit mit einem Outhousing-Anbieter wesentliche Einsparungseffekten ermöglichen. An erster Stelle steht hier die Konsolidierung der Prozesse auf weniger Servern durch Techniken wie Virtualisierung und/oder Cloud Computing. In vielen Fällen wird es auch möglich sein, Zeiträume mit geringerer Auslastung zu identifizieren und Server zum Beispiel nachts in den Standby-Modus zu schalten.

Hardware ersetzen

Ein zweischneidiges Schwert ist der Austausch älterer Hardware: Natürlich arbeiten neuere Systeme nach dem ASHRAE-Standard (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) energieeffizienter, da sie höhere Umgebungstemperaturen tolerieren. Der zu frühe Austausch von Hardware kann aber zu einer negativen Umweltbilanz führen: Die bei der Produktion der alten Hardware verwendeten Energien und Ressourcen werden nicht durch die höhere Energieeffizienz der neuen Hardware kompensiert.

Auch die Organisationsstruktur des Anbieters wirkt sich auf die Energieeffizienz aus: Sind erforderliche Maßnahmen in Eigenverantwortung durchführbar? Kurze Entscheidungsprozesse wirken sich deutlich positiv auf die Geschwindigkeit aus, mit der zum Beispiel energieeffizientere Komponenten eingesetzt werden können.

Um das Entweichen der Kühlluft zu verhindern, empfehlen sich Dichtungselemente, die Kabel und andere aus dem Doppelboden austretende Elemente nahtlos umschließen.

Wartung und Betrieb der Stromversorgung sind den meisten IT-Abteilungen noch möglich, bei der Kühlung jedoch stoßen internes Know-how und verfügbare Personalressourcen oft an Grenzen.

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