Energieeffizienz in Rechenzentren

Ein Rechenzentrum ist eine zentrale Anlage zur Unterbringung von Server- und Netzwerkinfrastruktur sowie zur Bereitstellung von Internetanbindungen für Nutzer.

Innerhalb eines Rechenzentrums unterscheiden sich drei wesentliche Infrastruktur-Teilsysteme:

• Informationsinfrastruktur: Verantwortlich für Datenverarbeitung und -speicherung.
• Telekommunikations-Infrastruktur: Ausgelegt für Datenübertragung und -weiterleitung.
• Technische Gebäudeausrüstung (TGA): Sichert die betriebliche Funktionsweise aller Rechenzentrum-Systeme.

TECHNISCHE GEBÄUDEAUSRÜSTUNG VON RECHENZENTREN

Die TGA umfasst folgende Gewerke und Systeme:

• Stromversorgung
• Notstromversorgung
• Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)
• Klimatisierung und Raumklimasteuerung
• Kühlung, Lüftung und Heizung
• Sicherheits- und Brandmeldesysteme sowie Gasfeuerunterdrückung
• IP-Fernüberwachung, Energiemanagement und Zutrittskontrolle
• Wasserversorgung und Entwässerung

Eine Schlüsselkomponente der TGA ist das Stromversorgungssystem, da dessen Ausfallsicherheit unmittelbar die Funktionsfähigkeit aller übrigen Rechenzentrum-Systeme beeinflusst. Somit wurde ein Standard zur Steigerung der Ausfallsicherheit von Rechenzentren auf Basis der Tier-Klassifizierung erarbeitet.

Je nach der Tier-Klasse wird die Anzahl der unabhängigen Einspeisepunkte festgelegt. Für Rechenzentren ab Tier II aufwärts ist bei der Standortwahl besondere Sorgfalt geboten, insbesondere hinsichtlich der Möglichkeit zur Anbindung ans Energienetz. Internationale Erfahrungen zeigen, dass große Rechenzentren typischerweise außerhalb von Ballungsgebieten – in Industrie- und Gewerbegebieten – angeordnet werden, wo weder infrastrukturelle noch umweltrechtliche Restriktionen aus der Nähe zu Wohngebieten bestehen.

Ein Tier-IV-Rechenzentrum zeichnet sich durch vollständige Redundanz aus – sowohl in der Telekommunikation als auch in der Stromversorgung. Dies ermöglicht Wartungsarbeiten ohne Betriebsunterbrechung und kompensiert Störfälle automatisch. Die Investitionskosten für solche Anlagen sind jedoch außerordentlich hoch; in bestimmten Fällen wird das erforderliche Fehlertoleranz alternativ durch den Aufbau eines redundanten Notrechenzentrums erreicht.

TIER-KLASSIFIZIERUNG VON RECHENZENTREN

Kernpunkte:

• Tier I: Einfache Infrastruktur ohne Redundanz.
• Tier II: Geringfügige Verbesserungen mit mehreren redundanten Komponenten.
• Tier III: Wartung ohne Betriebsunterbrechung möglich; vollständige Redundanz vorhanden.
• Tier IV: Höchste Fehlertoleranz, ausgelegt auf maximale Betriebszeit.

NORMATIVER RAHMEN FÜR DIE STROMVERSORGUNGSPLANUNG IN RECHENZENTREN

In den GUS-Staaten existieren keine spezialisierten Rechtsdokumente für die Planung von Stromversorgungssystemen in Rechenzentren.

Planungsbüros setzen sich daher auf folgende Grundlagen:

• TIA-942-Norm
• Elektroinstallationsvorschriften (PUE)

Auf Basis der Auswertung dieser Dokumente haben Fachplaner von ENECA die wesentlichen Planungsgrundsätze für Stromversorgungssysteme in Rechenzentren erarbeitet:

• Das öffentliche Versorgungsnetz dient als Hauptenergiequelle; die Anzahl der Einspeisepunkte richtet sich nach der Tier-Klasse.
• Trotz der Einstufung als Anlage der Zuverlässigkeitskategorie I gemäß PUE wird der obligatorische Einsatz von Notstromenergiequellen (Dieselgeneratoren, Diesel-Rotations-USV usw.) empfohlen.
• Einzel- oder Parallelschaltung von unterbrechungsfreien Stromversorgungen ist zulässig, sofern die Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllt werden.
• Zentralknotenpunkt für Verkabelungssysteme und Netzwerkkomponenten können im Hauptverteilerraum untergebracht werden.
• Ein oder mehrere Anschlussräume sind möglich.
• Die Mindestlast pro Steckdosengruppe beträgt 2,5 kW; die Mindeststromdichte liegt bei einer Doppelsteckdose je 4 m².
• Für Serverräume und Außenbereiche für Kommunikation gelten identische Zuverlässigkeitsanforderungen.
• Das Überwachungssystem muss eine präzise Überwachung der Stromversorgungsparameter in jeder bestimmten Zone gewährleisten.
• Versorgungsnetzwerke und EDV-Arbeitsplätze müssen über spezielle Verteilerkasten angebunden werden.

VORPLANUNG UND ENERGIEEFFIZIENZ

Die Vorplanungsphase ist ein entscheidende Stufe bei der Realisierung eines Rechenzentrums. Die detaillierte Ausarbeitung von Verfahrensschemata und die Auswahl der Hauptanlagen in dieser frühen Phase können die Investitionskosten für den Bau erheblich senken.

Darüber hinaus besteht in dieser Phase die Möglichkeit, verschiedene technische Lösungsvarianten zu analysieren und den Energieverbrauch gezielt zu optimieren, um den PUE-Wert zu verbessern. Dieser Kennwert gibt an, welcher Anteil der eingesetzten Energie in den mechanischen und elektrischen Systemen verloren geht. Die Nichteinhaltung der Klimatisierungsanforderungen kann zu lokalen Überhitzungszonen an den Geräten führen.

MINING-RECHENZENTRUM ALS SPEZIALISIERTER TYP VON RECHENZENTREN

Mining-Rechenzentren stellen eine Sonderform von Rechenzentren dar, die für die Durchführung von Berechnungen in verteilten Blockchain-Netzwerken konzipiert sind. Strukturell ähneln sie traditionellen Rechenzentren, weisen jedoch einen erheblich höheren Energieverbrauch und eine deutlich größere Wärmeerzeugung auf.

Die Größenordnung von Mining-Rechenzentren reicht von einzelnen Serverschränken mit ASIC-Hardware bis hin zu industriellen Großkomplexen. Der Dauerbetrieb dieser Anlagen stellt erhöhte Anforderungen an die Ausfallsicherheit der Stromversorgung.

• Externe Stromversorgung und Notstromschemata
• Gesicherte Stromversorgungssysteme
• Effektive Wärmeabführungslösungen
• Optimierung von Energieverbrauch und Betriebskosten

Die leistungsstarke Planung der Stromversorgungssysteme für Rechenzentren erfordert einen ganzheitlichen Planungsansatz.

ENECA verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Planung von Rechenzentren jeder Größenordnung und Komplexität.