200812u APC Green IT Kühlungskonzepte im RZ

In vielen Serverräumen und IT-Racks geht es heiß her: Blade-Server und andere moderne Technologien bieten nicht nur mehr Leistung, sondern produzieren auch erheblich mehr Wärme. Das treibt Kühlsysteme in Rechenzentren an ihre Belastungsgrenzen. Doch nur wenige Unternehmen beachten das Ausfallrisiko durch Überhitzung. Leichtsinnig setzen sie damit die Verfügbarkeit ihrer geschäftskritischen IT-Systeme aufs Spiel.

eue Generationen Rack-basierter Server bringen neben den bekannten Vorzügen auch Risiken mit sich. Waren in einem Rack früher etwa 2 Kilowatt Leistung untergebracht, so konzentrieren Blade-Server heute auf gleichem Raum häufig mehr als 15 Kilowatt. Oft ist die Freude über die satte Rechenpower nur von kurzer Dauer. Kommt es zu einem überhitzungsbedingten Ausfall von netzwerk- oder geschäftskritischen IT-Systemen, ist ein finanzielles Fiasko oft vorprogrammiert. Die Gewährleistung der Hersteller greift dann meist nicht. Diese haben sich abgesichert und bestehen auf einer adäquaten Kühlung ihrer Geräte. Konzeptionelle Fehler beim Abtransport von Hitze hat für gewöhnlich der Anwender selbst oder das verantwortliche Systemhaus zu vertreten. Wer USV-Anlagen, Stromverteilungen, Racks und Kühlungskomponenten zusammen in einem Rechenzentrum- oder Serverraum einsetzt, sollte also sehr genau wissen, was er tut.

Dass Kühlung immer wichtiger wird, zeigt sich am Blade-Server-Markt: er gehört nach Schätzungen des Branchenverbands Bitkom zu den wachstumsstärksten Branchen der gesamten IT-Industrie. Nach Großunternehmen entdeckt in diesem Jahr vor allem der Mittelstand die kompakten und dennoch leistungsstarken Rechner. Höchste Zeit für Rechenzentrums- und Serverraumverantwortliche, ihre Kühlungskonzepte von Grund auf zu überdenken. Längst hat die Verdichtung von immer leistungsstärkeren Multicore-Prozessoren in den kontinuierlich enger bestückten IT-Racks zu ernsthaften Abwärmeproblemen geführt. Immer häufiger genügt zudem die bloße Umströmung des im Rack eingebauten Equipments nicht mehr, um die gewünschte Verfügbarkeit der Anlage langfristig sicherzustellen. Darüber hinaus saugen viele im Rack installierte IT-Geräte bereits erwärmte Raumluft von der Gerätevorderseite an und vermindern so den Kühlungseffekt. Wenn dann noch mehr und mehr Kabel die Luftströme blockieren und Büroklimaanlagen die einzigen Quellen für kühle Luft sind, häufen sich Serverfehler und –ausfälle mit hoher Wahrscheinlichkeit.

Wer deshalb heute auf ein neues Kühlungssystem setzt, sollte die gleichen Kriterien anlegen, mit denen generell IT-Systeme evaluiert werden: Leistungsfähigkeit, Integrierbarkeit, Redundanz, Skalierbarkeit, Bediener- und Wartungsfreundlichkeit, Administrierbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Die aktuelle Entwicklung zeigt, wie wichtig integrierbare und skalierbare Komponenten sind. Der Hersteller APC by Schneider Electric etwa entwickelte innerhalb der vergangenen fünf Jahre als erster Anbieter der Branche ein voll integrierbares und modulares Kühlungskonzept, mit dem sich Rechenzentren ab einer Größe von fünf Racks effizient und kostengünstig auch ohne Doppelboden kühlen lassen. Spezielle Belüftungs- und Kühlungseinheiten können unterschiedlichste Kühlleistungen pro Rack realisieren. In Verbindung mit einem Luftleitsystem lässt sich dieser Wert sogar auf über 30 Kilowatt pro Rack steigern. Damit wird erstmals auch unter ausschließlicher Verwendung von Blade-Servern die volle räumliche Ausnutzung der Schrankkapazitäten möglich.

Wenn Doppelbodensysteme überflüssig sind, erleichtert sich der Planungs- und Installationsaufwand für Rechen- und Datenzentren deutlich. Ganz ohne Raumplanung geht es jedoch auch in diesem Fall nicht: Damit das Kühlsystem und die abzuleitende Warmluft miteinander gekoppelt sind, werden die Racks in Reihen angeordnet. Dabei wechseln sich warme und kalte Gänge ab. Die Vorder- und Rückseiten dieser Rack-Reihen stehen sich dabei jeweils gegenüber, so dass eine effiziente Durchlüftung des IT-Equipments von vorn nach hinten möglich wird. Michael Schumacher, Senior Systems Engineer bei APC by Schneider Electric, erläutert den dadurch erzielten Effekt: »Mit dem Prinzip des warmen und des kalten Gangs lässt sich die Klimatisierung erheblich verbessern, da die Luftmassen an ihrer Durchmischung gehindert werden. Stattdessen wird die Abwärme direkt am Entstehungsort, sprich im heißen Gang, gesammelt und konzentriert abgeführt. Die anschließend abgekühlte Luft wird wieder in den kalten Gang abgegeben und kann von dort aus erneut zur Kühlung des IT-Equipments angesaugt werden.« Für eine Optimierung der Lüftungsleistung empfiehlt der Cooling-Spezialist, das IT-Equipment in strömungsoptimierten, standardisierten Racks zu installieren. Diese sind in den Schranktüren großflächig perforiert. Die gezielte Führung der warmen Abluft auf möglichst kurzem Wege zu den Kühlgeräten mittels Luftführungssystemen sorgt sowohl für eine Steigerung der Leistungsfähigkeit als auch einer deutlichen Verbesserung der Energieeffizienz.

Mit der richtigen Planung, lassen sich Serverausfälle trotz steigender Leistungsdichten und Serverkonsolidierungen vermeiden. Die größte Zukunftssicherheit versprechen dabei modular aufgebaute Infrastrukturlösungen mit integrierten Kühlungskomponenten. Sie lassen sich auch aus der Ferne problemlos überwachen und bieten die höchsten derzeit möglichen Verfügbarkeitswerte. Selbst standortübergreifendes Infrastrukturmanagement ist mit ihnen kein Problem. Unternehmen, die ihre Kühlsysteme überarbeiten müssen, sollten vor eiligen Neuinvestitionen jedoch zunächst einmal ihre aktuelle Situation genau unter die Lupe nehmen. Wer die thermischen Auswirkungen einer Serverkonsolidierung optimiert, bewahrt die geschäftskritische Unternehmens-IT vor dem sicheren Hitzetod.

Statement zu Green IT

Das Thema Energieeffizienz ist den Betreibern von Rechenzentren und Serverräumen keineswegs neu: Die permanent steigenden Energiekosten und der Klimawandel machen Einsparungen zu einer ethischen und wirtschaftlichen Herausforderung – Stichwort »Green IT«. Derzeit liegt der durchschnittliche Strompreis bei 0,18 Euro pro Kilowattstunde. Auf Grundlage dieses Preises belaufen sich die jährlichen Stromkosten pro Kilowatt IT-Last auf rund 1.500 Euro. Berechnet man diese Kosten über einen Zeitraum von zehn Jahren, summiert sich der Beitrag auf 15.000 Euro pro Kilowatt IT-Last. Ein guter Grund, nach Einsparmöglichkeiten zu suchen, und das auf breiter Ebene: Schließlich verbrauchen Rechenzentren und Serverräume Schätzungen zufolge zwischen zwei und fünf Prozent der weltweit produzierten elektrischen Leistung. Wer es schafft, diesen Wert zu verringern, spart nicht nur viel Geld, sondern erspart auch der Umwelt viele Belastungen. Wenn den Worten schließlich Taten folgen, modernisieren Betreiber von Rechenzentren oder Serverräumen ihre IT-Systeme per Virtualisierungslösungen, konsolidieren die Serverlandschaft oder setzen schlicht auf effizientere IT-Prozesse. Einen einfachen Faktor lassen sie dabei allerdings oft außer Acht: Die physikalische Infrastruktur ist ein wichtiger Schlüssel zur Energieeffizienz von Rechenzentren. Dabei ist gerade sie ein geeigneter Ansatzpunkt, um mit geringem Aufwand eine große Wirkung zu erzielen.

Der Bedarf an intelligenten Infrastruktur-Lösungen wird aufgrund der immer größeren Packungsdichte der Hardware weiter steigen: Die Geräte werden immer leistungsfähiger, und statt früher fünf lassen sich heute bis zu 40 Server in ein Blade integrieren. Viele Rechenzentren kommen mit der Packungsdichte nicht mehr zurecht. Der Energiefresser in Rechenzentren und Serverräumen ist schnell gefunden: Die aufgenommene elektrische Leistung wird beinahe zu 100 Prozent in Wärme umgewandelt. Die Definition des Wirkungsgrads von Rechenzentren und Serverräumen ist einfach: Die Effizienz eines Geräts oder Systems wird durch den Anteil der elektrischen Nutzleistung zur konsumierten elektrischen Leistung bestimmt. Der Anteil der nutzbaren Leistung zur Gesamtleistung wird üblicherweise als Prozentzahl dargestellt. Der mangelnde Wirkungsgrad von Rechenzentren lässt sich primär auf die Überdimensionierung und veraltete USV-Technologien zurückführen, die nicht die heutige Arbeitsweise der IT-Verbraucher berücksichtigen. Daraus ergibt sich, dass skalierbare, an die IT-Last anpassbare Lösungen ein spürbares Potenzial für die Verringerung von unnötigem Stromverbrauch und übermäßigen Kosten bieten. Besonders wirksam ist die korrekte Dimensionierung zusammen mit der Virtualisierung der IT-Geräte und einer deutlich verbesserten Warmluftführung zwischen den IT-Geräten und den Kühl- und Klimaanlagen sowie der damit erzielbaren Trennung zwischen Warm- und Kaltluft. Was daraus folgt, sind sehr hohe Einsparmöglichkeiten, die sich auf der Stromrechnung deutlich bemerkbar machen.

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