Zo optimaliseert u de energie-efficiëntie in datacenters

Digitale bedrijfsmodellen, cloud computing en big data-analyses zijn slechts enkele van de factoren die de vraag naar meer computercapaciteit verhoogt. Extra capaciteit betekent echter ook dat de energiekosten van het datacenter stijgen. Met welke cijfers kunnen ondernemingen de kostenefficiëntie van hun IT-infrastructuur bepalen?

Mega-datacenters van onderzoeksinstellingen of grote cloud- en colocatie-aanbieders zijn tegenwoordig enkele tienduizenden vierkante meters groot. De IT-systemen en de infrastructuur in het gebouw hebben een hoeveelheid energie nodig die kan oplopen tot dubbele Megawattcijfers. Hierdoor dragen datacenters in toenemende mate bij aan de wereldwijde CO2-uitstoot.

Bijna verdubbeling

Volgens het Global e-Sustainability Initiative (GeSI) zal het aandeel van de ICT in de wereldwijde CO2-uitstoot stijgen van 1,3 procent in 2002 tot 2,3 procent in 2020. De uitstoot van broeikasgassen verlagen is niet alleen een politieke en maatschappelijke taak, maar gaat ook om het besparen van stroomkosten. Daarom is dit belangrijk voor elke exploitant van datacenters. Een efficiënt en duurzaam datacenter is ook een belangrijke factor in het kader van een ‘Green IT Policy’.
Koeling is een van de grootste kostenposten op IT-gebied: al naargelang de efficiëntie van een datacenter verbruikt de koeltechniek tot een derde van het energieverbruik. Om de efficiëntie van fysieke IT-infrastructuren te analyseren, dienen IT-managers te kijken naar tien centrale cijfers.

Bij een buitentemperatuur van minder dan 10 graden Celsius kan de koeling 100% zonder
compressoren plaatsvinden. Dit bespaart exploitatiekosten voor gebouwen en datacenters.

Een van de bekendste waarden is de Power Usage Effectiveness (PUE). De PUE-factor is de richtwaarde die de energie-efficiëntie van een installatie bepaalt. Bij een datacenter toont deze waarde het aandeel elektrische energie dat niet wordt omgezet in computercapaciteit. Een PUE van twee betekent dat voor elke kilowatt die de servers en IT-infrastructuur verbruiken een andere kilowatt voor omgevingsservices zoals koeling en stroomverdeling nodig is.

De industrienorm ligt bij een PUE van 1,4, terwijl zeer homogeen opgebouwde, met zeer constant vermogen geëxploiteerde en dienovereenkomstig geoptimaliseerde datacenters waarden van 1,2 of beter behalen. Waarom behalen zo weinig ondernemingen in de praktijk deze waarden? Hier zijn tal van redenen voor. Vrijwel altijd spelen verouderde en verkeerde koelsystemen en inefficiënte voedingen daar een rol bij.

Hoe belangrijk is PUE?

Op zich zegt de PUE-waarde niets over het feit of daadwerkelijk stroom wordt bespaard. De PUE-waarde zegt niets over het totale stroomverbruik van een datacenter. Als de inblaastemperatuur voor de servers hoger wordt gesteld, is voor de koeling minder stroom nodig. Is de temperatuur echter zo hoog dat de ventilatoren van de servers met vollast draaien, stijgt het stroomverbruik van de IT-apparatuur. Hoewel de PUE dan beter lijkt, stijgt het stroomverbruik echter ook.

De Rittal Computer Multi Control (CMC) III is een alarmsysteem voor netwerk- en serverracks, schakelkasten, datacentercontainers en IT-veiligheidsruimten. Het systeem bewaakt temperaturen, luchtvochtigheid, toegang, rook, energie en vele andere belangrijke fysieke omgevingsparameters.

Exploitanten van datacenters moeten de PUE-waarde afhankelijk van de belasting zien. Bij een lage serverbelasting lijkt de waarde slechter, omdat hier de basisinfrastructuur zoals UPS en koeling een grotere rol speelt.

Het is daarom nuttig om met behulp van de partiële PUE (pPUE) slechts een deel van de IT-omgeving te analyseren. Bij het bepalen van de pPUE hoeft geen rekening te worden gehouden met de koeling door een free cooler of chiller. Het resultaat laat dan zien hoe effi­ciënt een datacenter of module zonder externe koeling werkt. De interface van de pPUE zou in dit geval de gebouwengrens van de technische en serverruimten zijn.

Data Center Infrastructure Efficiency

De Data Center Infrastructure Efficiency, afgekort DCiE, is een ander belangrijk efficiëntie-cijfer. Deze waarde is gedefinieerd als het omgekeerde van de PUE: alle IT-apparaten zoals servers, switches of storage-systemen staan in relatie tot het totale vermogen van het datacenter (IT-infrastructuur en IT-apparaten). De DCiE wordt aangegeven in een percentage – een ideaal datacenter heeft een DCiE-waarde van 100 procent. Om de duurzaamheid te waarborgen, moeten PUE en DCiE worden bekeken aan de hand van trendanalyses over een heel jaar. Dit is nodig omdat de koeling afhankelijk is van de plaatselijke weersinvloeden.

Net als alle andere sensoren is ook de temperatuursensor van de CMC III modulair inzetbaar.

Hoe duurzaam is IT?

De CUE (Carbon Usage Effectiveness)-waarde is gedefinieerd door The Green Grid om de PUE aan te vullen. Deze waarde laat zien of elektrische energie in een datacenter duurzaam wordt gebruikt. Een ideaal datacenter stoot geen CO2 uit en heeft een CUE van ‘0’.

De berekening van de CO2-uitstoot per kWh verbruikte stroom gebeurt per land, omdat de mix van kernenergie, kolen, gas en hernieuw­bare energie per land verschillend is.

Waterverbruik monitoren

Veel datacenters gebruiken water voor het koelen van de IT. Bij directe free cooling moet de luchtvochtigheid soms worden gecorrigeerd en bij adiabatische koeling worden lucht/lucht-­warmtewisselaars met water besproeid.

Bovendien is een koelconcept op basis van water in veel IT-omgevingen nog altijd het meest efficiënt. The Green Grid definieerde de WUE (Water Usage Effectiveness)-waarde die het gebruik van water in verhouding tot het stroomverbruik van de IT-componenten aangeeft. Het waterverbruik per jaar staat daarmee in verhouding tot het totale vermogen van de actieve IT-componenten. De eenheid van de WUE is liters per kilowattuur (l/kWh).

De kou meten

Een waarde voor het beoordelen van koelsystemen is de Energy Efficiency Ratio (EER). Deze waarde definieert de verhouding tussen koelvermogen en opgenomen elektrische vermogen. Hoe hoger de waarde, des te efficiënter het energieverbruik voor het genereren van koude.

Ook de waarde COP (Coefficient of Performance) wordt gebruikt. Bij een warmtepomp of koelapparaat toont deze waarde de verhouding tussen de verandering in de warmte en de daartoe geleverde inspanning (koelvermogen/verrichte werk). De normen DIN EN 255 en DIN EN 14511 beschrijven hoe COP en EER moeten worden berekend om vermogensgegevens van koelapparaten met elkaar te kunnen vergelijken.

Omdat de efficiëntie van een koelsysteem ook afhankelijk is van externe weersomstandig­heden, is er met de ESEER/SEER (European / Seasonal Energy Efficiency Ratio) een waarde om rekening te houden met de temperatuurschommelingen van de seizoenen. Met deze waarde kan de EER-waarde aan de externe temperatuur-invloeden worden aangepast.

Vermogen van UPS beoordelen

De vermogensfactor van een UPS is een waarde voor de mate van de faseverschuiving tussen stroom en spanning van de wisselstroom door capacitieve of inductieve effecten. Aangegeven wordt de cosinus van de fase­verschuivingshoek. Hoe dichter de vermogensfactor zich bij het getal ‘1’ bevindt, des te efficiënter is het UPS-systeem. De vermogensfactor voor de ingangszijde van een UPS is bovendien afhankelijk van de belasting en wordt meestal voor verschillende belastingen aangegeven. Omdat uit de accu een echte sinus komt, is de vermogensfactor aan de uitgangszijde ‘1’.

De AC-AC efficiëntie is een andere UPS-waarde. Deze wordt berekend uit de verhouding tussen uitgangsvermogen en ingangsvermogen. Door de interne verliezen van een UPS is de efficiëntie afhankelijk van de belasting. De efficiëntie is beter naarmate een UPS-systeem meer wordt benut.

Compleet systeem bekijken

Om de efficiëntie van een datacenter goed te beoordelen, moeten IT-managers naar het complete systeem kijken. Een catalogus van verschillende waarden vormt de basis voor een systematische analyse. Hierdoor worden verbeteringen ten opzichte van de verge­lijkingsmaanden van het vorige jaar zichtbaar en kunnen oorzaken van afwijkingen van de doelwaarden worden herkend.
Een trendanalyse helpt om de oorzaken van de afwijkingen zodanig weer te geven dat de informatie ook voor andere afdelingen dan het management begrijpelijk wordt. Met behulp van meetmethoden zijn losse componenten en volledige systemen in te delen om de oplossingen van verschillende leveranciers te vergelijken.

Elbert Raben is Product Manager IT Infrastructuur bij Rittal

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.