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01.05.2011 Alex Rabbetts*

Energiesparen im Datacenter: Grün sein lohnt sich

Im Betrieb von Rechenzentren zahlt sich Ökologie aus. Ein Rechenbeispiel zeigt das Sparpotenzial von Green IT.

Die Strompreise steigen unaufhaltsam, sie werden aktuellen Prognosen zufolge im Jahre 2020 im Vergleich zum heutigen Niveau für mindestens 40 Prozent höhere Energiekosten sorgen. Das könnte für einige Rechenzentren (RZ) das Ende bedeuten, denn die Data-Center-Branche arbeitet seit geraumer Zeit mit sehr knappen Margen. Die entscheidende Frage lautet daher: Amortisiert sich die Investition in grüne Technologien?

KÜHLUNG STEHT IM VORDERGRUND RZ-Besitzer oder -Betreiber interessieren sich vor allem dann für grüne Technologien, wenn sie damit den Energieverbrauch reduzieren können. Kühlung ist ein erheblicher Einzelposten auf der Rechnung vom Energieversorger. Die meisten herkömmlichen Rechenzentren werden entweder durch Direktexpansion oder durch eine Form von Kaltwasser gekühlt.

Das Betreiben derartiger Kühlanlagen ist enorm teuer. In einem Rechenzentrum, das die IT-Systeme mit einem Megawatt Strom versorgen muss, fallen weitere 600 Kilowattstunde (kW/h) allein für die aktuellen Kühlverfahren an. Bei einem angenommen Preis von 0,12 Euro je kW/h kostet die Kühlung des Rechenzentrums demnach 630.720 Euro pro Jahr. Die gesamten Energiekosten für IT- und Kühlanlagen belaufen sich damit auf 1,68 Millionen Euro. Falls die Strompreise wie erwartet steigen, erwartet die Betreiber im Jahr 2020 eine Jahresabrechnung in Höhe von 2,35 Millionen Euro.

FREIE KÜHLUNG: AUSSENTEMPERATUR NUTZEN Die Kosten für die Installation einer Kühlanlage schwanken von Land zu Land. Grob geschätzt betragen sie bei kompletter Installation mit allen Pumpen, Rohrleitungen und Computerraum-Klimaanlagen durchschnittlich etwa 750.000 Euro. Die Ergänzung der herkömmlichen Installation um eine freie Kühlanlagen, die das Kühlwasser mit Hilfe der Außenluft erkaltet, wenn diese unter einer festgelegten Temperatur liegt, kostet rund 30 Prozent beziehungsweise 225.000 Euro mehr.

Dieser Betrag amortisiert sich bei einer eher vorsichtig geschätzten 20-prozentigen Energiekosteneinsparung in weniger als zwei Jahren. In Westeuropa steht die freie Kühlung durch eine niedrige Außentemperatur an durchschnittlich über 333 Tagen oder 8.000 Stunden pro Jahr zur Verfügung. Das Einsparpotenzial ist also enorm.

FRISCHE LUFT IST GRATIS Daneben lohnt es sich, Frischluftkühlung in Betracht zu ziehen, bei der die Temperatur des RZ direkt mit der Außenluft statt mit Kühlwasser niedrig gehalten wird. Um die Außenluft zur Temperaturregelung im Rechenzentren verwenden zu können, muss sie gefiltert und mitunter befeuchtet oder gar erwärmt werden. Die dabei anfallenden Kosten sind im Vergleich zu den Betriebskosten herkömmlicher Installationen unbedeutend.

Eine Faustregel besagt, dass der finanzielle Aufwand lediglich ein Zehntel der für den IT-Betrieb anfallenden Stromkosten beträgt. Bezogen auf das obige Beispiel in einem RZ mit einer IT-Last von einem Megawatt und einem Kilowattstundenpreis von 0,12 Euro sind dies rund 105.120 Euro pro Jahr. Gegenüber der herkömmlichen Kühlung lassen sich also 525.600 Euro pro Jahr einsparen. Das Rechenzentrum muss allerdings von vorneherein für den Einsatz von Frischluftkühlung ausgelegt sein; in bestehenden Rechenzentren ist Frischluftkühlung in der Regel nicht nachrüstbar.

Die Installationskosten für die Frischluftkühlung im betrachteten Beispiel betragen rund 150.000 Euro und amortisieren sich daher in weniger als 18 Monaten. An den Tagen im Jahr, wenn die Außenlufttemperatur zu hoch ist, wird Frischluft allein zur Temperaturregelung nicht ausreichen. An solchen Tagen müssen herkömmliche Verfahren wie Direktexpansion oder Kaltwasser aushelfen. Allerdings machen die Einsparungen, die 90 Prozent des Jahres durch die Nutzung der Frischluft erzielbar sind, die Kosten an den Tage, an denen mechanische Kühlung erforderlich ist, problemlos wett.

BETRIEB BEI HÖHERER TEMPERATUR Eine schnelle und einfache Einsparmöglichkeit für das Rechenzentrum, ohne zusätzlichen Investitionsbedarf, ist der Betrieb bei einer höheren Temperatur. Viele herkömmliche Rechenzentren arbeiten mit 22 Grad Celsius. Dafür gibt es keinen zwingenden Grund. Die meisten IT-Anlagen können bei höheren Temperaturen arbeiten. Es ist problemlos möglich, das RZ bei 25 oder gar 26 Grad Celsius zu betreiben. Die Energiekosteneinsparungen, die bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius anstelle von 22 Grad Celsius ergeben, liegen bei etwa zehn Prozent. Ein Rechenzentrum mit einem Megawatt Energieaufnahme für die IT-Last und einem herkömmlichen Kühlverfahren kann im Handumdrehen 63.072 Euro pro Jahr sparen, indem man lediglich am Regler dreht.

KALTE ODER HEISSE GÄNGE EINHAUSEN Rechenzentren können auf vielerlei Arten sparsamer gestaltet werden, ohne dass der Betreiber enorm viel investieren muss. Ein einfaches und relativ günstiges Mittel ist es, Warm- und Kaltgänge einzuhausen. An der Frage, ob am besten heiße oder kalte Gänge eingeschlossen werden, scheiden sich noch die Geister. Das Einkapseln der Warmgänge, also der aus IT-Anlagen ausgestoßenen Luft, ist angeblich effizienter. Fällt die Kühlanlage jedoch aus, ist der Betrieb der IT-Systeme stärker gefährdet, da die warme Luft nicht mehr abtransportiert wird. Beim Einschließen kalter Gänge reduziert sich das Risiko für die IT-Hardware. Unter energetischen Aspekten ist es jedoch weniger effizient.

Ganz gleich, welches Verfahren zur Anwendung kommt: Generell ist den Herstellern von Einhausungssystemen zufolge eine um 30 Prozent reduzierte Kühlung möglich. Die Ummantelung kostet zwischen 2.000 Euro und 8.000 Euro pro Gang. Im Muster-Rechenzentrum sind die Server-Schränke in 15 Reihen angeordnet. Bei angenommenen Kosten von 8.000 Euro pro Gang ergibt sich ein Preis von 120.000 Euro. Dem stehen Einsparungen von 126.144 Euro im ersten Jahr gegenüber. Die Investitionen amortisieren sich damit in weniger als zwölf Monaten.

ABDECKPLATTEN INSTALLIEREN Rechenzentren sind oft auch deshalb unglaublich ineffizient, weil Warmluft in ungenutzte Schränke entweicht. Einfache Abdeckplatten können das verhindern. Sie kosten zwischen zwei und vier Euro pro Höheneinheit (Rack Unit) und sparen bis zu zehn Prozent Energie. Die Amortisation erledigt sich in weniger als einem Jahr.

LED-LEUCHTEN SPAREN GELD Die Beleuchtung kann bis zu fünf Prozent der Stromkosten, im Muster-Rechenzentrum also 31.536 Euro, ausmachen. Der Umstieg auf LEDs sollte unbedingt erwägt werden. Angenommen, das beschriebene RZ wäre rund 1.500 Quadratmeter groß, würde der Wechsel von herkömmlichen Lichtleisten auf LED-Technik rund 35.000 Euro kosten.

Dies mag teuer erscheinen, bei einer garantierten Lebensdauer von bis zu 100.000 Stunden hält die Beleuchtung jedoch über elf Jahre, und LED-Leuchten verbrauchen erheblich weniger Strom. Die Betriebskosten hängen zwar von der gewählten Lichtstärke und der Größe der Leuchtkörper ab, doch sollten sie nicht mehr als 40 Prozent der Betriebskosten der heutigen Beleuchtung ausmachen. Angesichts dessen ist eine Einsparung von rund 21.000 Euro pro Jahr und die Amortisation abermals in unter zwei Jahren möglich.

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