Umsetzung

Team Empfehlungen

Das Rechenzentrumsteam der Fachgruppe Green IT hat die wichtigsten aus der Praxis gewachsenen Empfehlungen zusammengefasst

  1. Verhinderung der Energieverschwendung

    • Konsequente Verwendung von modernsten Technologien, diese sind energieoptimiert. (Ein Wiedereinsatz von alten Servern lohnt sich aus energetischen Gründen in den wenigsten Fällen)
    • Anwendung der verfügbaren Stromreduzierungsoptionen durch den Anwender. (Heruntertakten von Prozessoren, Abschalten von überzähligen Powersupplies, Abschalten von backup Speicher-Infrastrukturen (Spin down der Platten) bei Nichtgebrauch)
    • Einsatz von Bandstationen für den Backup, anstelle von Plattenspeichern
    • Reduzieren der Anzahl der IT-Komponenten mit Hilfe von virtualisierten Systemen (Server und Speicher)
    • Deinstallieren von allen nicht mehr verwendeten Hardware-Komponenten
  2. Optimierung von Datacenter Space und Infrastruktur

    • Energieeinsparung im Rechenzentrum durch Erhöhung der Raumtemperatur (siehe oben)
    • Infrastrukturen für direkte Wasserkühlung von IT Komponenten und Racks einplanen um so auch die direkte Kühlung der Server für zukünftige, noch unbekannte Hardware zu erlauben
    • Einsparen und optimieren von Datacenter-Fläche, die Kaltgangeinhausung
  3. Erfahrungsaustausch betreiben

    • Data Center Betreiber sollen geeignete und effiziente Infrastrukturanlagen für hoch verfügbare Data Centers verwenden
    • Rack-Hersteller bieten effiziente und technisch ausgeklügelte wassergekühlte Rackssysteme und Kalt-oder Warm-Gang Einhausungen an
    • Forschungsarbeiten von flüssigkeitsgekühlten Prozessoren und ganzen Motherboards unterstützen
    • Hochschulen/Universitäten motivieren im Umfeld der Rechenzentren nach energiesparende Massnahmen in Strom und Klima zu forschen
    • Spezialisierte Planer haben grosse Erfahrung für die Erstellung oder den Umbau grüner Rechenzentren

Mögliche Effizienzziele

  1. Konzentration der Server auf eine möglichst kleine Fläche
    • Einsatz von Kalt-Gang-Einhausungen (effiziente Kühlung bis 10 kW)
    • Einsatz von wassergekühlten Racks (effiziente Kühlung über 20 kW)
  2. Auslastung der Racks so hoch wie möglich aber sicher
    • Erfassung des Stromverbrauchs der ICT Komponenten auf Rack-Basis zur Verhinderung einer möglichen Überlast im Rack.
  3. Einsatz von Umluftkühlgeräten mit effizienten DC-Motoren
    • Bis 50 % Stromersparnis durch drehzahlgesteuerte DC Motoren.

Temperaturoptimierung

Resultate einer Umfrage bei Hardware-Herstellern

Viele Rechenzentrumsbetreiber haben sich bis heute noch nicht mit einer Erhöhung der Systemraumtemperaturen befasst. Nicht zuletzt deshalb, weil sie die bestehende Infrastruktur nicht verändern wollen, und weil auch in den verschiedensten Datenblättern von Server-, Speicher- oder Netzwerkherstellern immer noch eine empfohlene Temperatur von 23°C oder weniger angegeben wird.

Wir haben die grössten IT-Hersteller* angeschrieben und sie explizit gefragt, ob sie eine Erhöhung der Temperatur im Rechenzentrum entsprechend den ASHRAE Standards 2008 und 2011 unterstützen.

*Folgende IT-Hersteller wurden angefragt: Dell, Fujitsu, IBM, HDS, EMC, HP, Oracle(SUN), Cisco. Die direkten Antworten sind hier aufgeführt.

Die Fragen

  1. Können alle Ihre Geräte eine Einlasstemperatur von 27°C über unbestimmte Zeit ertragen?
  2. Gibt es Ausnahmen?
  3. Braucht Ihr Gerät mehr Strom wenn die Einlasstemperatur am Gerät auf 27°C Grad angehoben wird?
  4. Um wie viel steigt die Energieaufnahme, wenn die Einlass-Temperatur vor dem Server von 24°C auf 27°C angehoben wird?

Mit den Fragen 3. und 4. sollte festgestellt werden, ob die durch die reduzierte Kühlung im Serverraum eingesparte Energie nicht gleichzeitig wieder zum grossen Teil bei den Servern selbst verbraucht wird (die Serverventilatoren laufen schneller bei höheren Einlasstemperaturen).

Die Antworten

  1. Die Geräte der befragten Hersteller können ohne Einschränkung mit 27°C Einlass leben. Die obere Temperaturgrenze ist heute bei 35°C und bei einigen bei 32°C.
  2. Ausnahmen wurden keine genannt.
  3. Gleichzeitig wurde bestätigt, dass bei einigen Speichern und Servers die Ventilatoren bei 27°C Einlass-Temperatur bereits schneller laufen und somit mehr Strom verbrauchen. Dieses Verhalten wird vermehrt bei neuen Servern wahrgenommen, welche über eine stark temperaturoptimierte Ventilatorsteuerung verfügen.
  4. In Kurven wird dargestellt, wie sich der Stromverbrauch erhöht, allerdings ohne eine qualitative Aussage, um wie viel sich der gesamte Stromverbrauch im Server erhöht.

Die meisten Hersteller bieten eine Analyse zur Energieeinsparung des bestehenden Serverumfelds an.

Zusammenfassung

Eine Erhöhung der Temperatur im Rechenzentrum ist gemäss befragter Gerätehersteller möglich und wünschenswert. Mit der Erhöhung der Temperatur im Rechenzentrum von 24°C auf 27°C kann nur wenig Strom gespart werden, weil die dadurch erhöhte Lüfter-Drehzahl in den Servern einen Teil der eingesparten Energie wieder verbraucht. Dieser Umstand ist auch in den ASHRAE Dokumentationen erwähnt.

Zusätzlich ist aber zu beachten, dass bei einer Doppelboden-Temperatur von 18°C in einem gut beanspruchten Serverraum die Raumtemperatur in Bodennähe 22°C und auf 2 Metern Höhe 28°C oder mehr betragen kann. Dies wird durch "Thermische Kurzschlüsse" verursacht.

Das heisst: ohne flankierende Massnahmen wird die Temperatur im Raum gar nicht erst angehoben, weil die Server im oberen Teil des Racks bereits heute zu warme Luft ansaugen.

Zwei wesentliche flankierende Massnahmen sind:

  • Kalt- oder Warmgang-Einhausung der ICT Racks (Konsequente Trennung von Warm- und Kaltluft).
  • Moderne Umluftkühlgeräte (ULKG) mit stufenlos geregelter und gedrosselter Luftmenge

Diese Massnahmen erlauben (a.) das Temperaturdelta vor den ICT Geräten zu reduzieren und (b.) bereits ernsthafte Energieeinsparungen zu erzielen, ohne dass die Temperatur angehoben wird. Beide Massnahmen sollten bei Neu- und Umbauten von Serverräumen unbedingt und gemeinsam eingeführt werden.

Bei der Dimension neuer ULKGs ist darauf zu achten, dass die Luftmenge der neuen Geräte so hoch ist, dass die Ventilatoren bei 50% ihrer Nennluftleistung betrieben werden können. So entstehen die eigentlichen Energieersparnisse bis 70% im Stromkonsum der ULKG-Ventilatoren.

Weitere Einsparungen, z. B. durch Erhöhen der Wassertemperatur und dem Verlängern von "free cooling" Zeiten sind hier nicht abgehandelt, gehören aber selbstverständlich zu einer energieeffizienten Kühlung.

Finanzieller Aspekt

Bei Serverräumen sind die Energieeinsparungen durch den Ersatz von bestehenden ULKGs durch drehzahlgesteuerte ULKGs aus rein finanziellen Überlegungen nicht zu rechtfertigen, weil die gesparten Energiekosten (OPEX) im Vergleich zu den Anschaffungskosten (CAPEX) zu niedrig sind. Der ROI (Return of Investment) kann beim heutigen Energiepreis von ca.11 Rappen/kWh bis zu 20 Jahre betragen. Eine Neuanschaffung lohnt sich meistens erst, wenn ein Life Cycle Zyklus der ULKGs ansteht.

Durch den Einsatz von Kalt- oder Warmgang-Einhausungen alleine kann aber bereits eine Erweiterung von bestehenden Umluftkühlgeräten verhindert und eine tiefe, gleichbleibende Temperatur vor dem Server erreicht werden.