Gebäudeleittechnik im Rechenzentrum Checkliste für eine Management- und Bedieneinrichtung mit Energie-Management

Von Ulrike Ostler

Laut IDC verfügen rund 78 Prozent von 200 befragten Unternehmen über konkrete Nachhaltigkeitsprogramme oder übergreifende Strategien. Einem Viertel aber fehlt die Transparenz in den Prozessen. Große Hoffnung setzen 48 Prozent in Smart-Building-Techniken, um künftig Energie zu sparen. Das gilt insbesondere für Datacenter, wo Sensoren und Messtechnik Daten liefern beziehungsweise liefern könnten, um die Prozesse zu optimieren. Die Iconag Leittechnik GmbH hat dafür einen Leitfaden erstellt.

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Für die meisten unsihtbar: Die Energieversorgung in einem Rechenzentrum; die Technikräume gleichen dem eines Kraftwerks.
Für die meisten unsihtbar: Die Energieversorgung in einem Rechenzentrum; die Technikräume gleichen dem eines Kraftwerks.
(© dusanpetkovic1 - stock.adobe.com)

Rechenzentren benötigten im Jahr 2020 rund 16 Milliarden Kilowattstunden Strom, das sind 2,7 Prozent des Gesamtverbrauchs von 559 Milliarden Kilowattstunden in Deutschland. Der Stromverbrauch eines Rechenzentrums setzt sich zusammen aus mindestens 50 Prozent für die IT- und rund 50 Prozent für die Kühlung und andere Facility-Aufgaben.

Die Handlungsempfehlungen des Umweltbundesamtes lauten: Mehr Transparenz durch einen verpflichtenden Energie-Ausweis mitsamt eines CO2-Fußabdrucks pro Service- oder Übertragungseinheit. Gemäß dem `Green Deal´ der EU-Kommission von 2021 soll der gesamte ICT-Sektor bis 2030 klimaneutral sein, ohne die Möglichkeit, sich über CO2-Zertifikate freizukaufen. Der Weg dorthin bedeutet: „more energy efficient, reuse waste energy and use more renewable energy sources“.

Die Iconag Leittechnik GmbH in Idar-Oberstein hat mit „B-CON DC“ (Building Control Data Center) zu einen eine Software als Management und Bedieneinrichtung speziell für Rechenzentren entwickelt. Die Management- und Bedieneinrichtung (MBE) ist Bestandteil des Datacenter Infrastructure Managements (DCIM) und das Energie-Management-System (Enms) Teil des MBE.

Zum anderes bietet das Unternehmen auf Basis ihrer Erfahrungen aus der Ausrüstung zahlreicher Rechenzentren hat das Unternehmen eine Checkliste für Betreiber, Bauherren und Planer von Datacentern an. Mit der Umsetzung der darin aufgeführten Maßnahmen in den Bereichen Betriebssicherheit und Hochverfügbarkeit, Monitoring im Sinne der Norm ISO 27001, IT-Sicherheit und Systemarchitektur, Standardisierung und Duplizierbarkeit sowie Schnittstellen, werden diese in der Lage sein, ihre Rechenzentren mit niedrigerem Betriebs-, Energie- und Personalaufwand zu betreiben, Damit sollen sie den Anforderungen an Klimaneutralität aus dem Green Deal der EU-Kommission gerecht werden können.

Diese Punkte sollten bei der Planung und Umsetzung eines MBE-Systems in Rechenzentren beachtet werden:

1. Betriebssicherheit und Hochverfügbarkeit:

Damit das Rechenzentrum zuverlässig mit Strom für den Rechnerbetrieb versorgt wird, gilt es, die Funktion der Klima- und Kältetechnik, Netzersatzanlage (NEA) und der unterbrechungsfreien Spannungsversorgung (USV) permanent zu überwachen und sicherzustellen:

  • Administratoren brauchen eine zuverlässige und strukturierte Übersicht über alle Störungen und Ereignisse, die die Betriebssicherheit Ihres Rechenzentrums in irgendeiner Form beeinträchtigt können, am besten über ein leistungsfähiges Alarm- und Event-Management. Über Filter und Rollen sicher gestellt werden können, dass den Verantwortlichen die jeweils für ihren Zuständigkeitsbereich relevanten Informationen zur Bearbeitung bereitgestellt werden.
  • 3. Alarme und Events müssen nach Bereitschaftsplan und Zuständigkeit auf mobile Meldegeräte wie Smartphones oder Pager übertragen werden können. Eskalationsketten müssen eingerichtet werden, um sicherzustellen, dass kritische Alarme auch sicher zeitnah bearbeitet werden.
  • Die Mitarbeiter benötigen unter Umständen einen Fernzugriff auf das System. Hierfür sollte es als Web-Serveranwendung im HTML5-Format bereitgestellt werden, damit zur Fehlerdiagnose und Behebung von beliebigen Clients (Desktop, Tablet, Mobiltelefon) darauf zugegriffen werden kann. Wichtig dafür ist auch eine durchdachte und sichere Zugriffskontrolle in das Firmennetzwerk hinein, die mit der IT abzustimmen ist.
  • Das Management-System und die korrespondierenden SQL-Datenbanken müssen als Cluster ausfallsicher sein. Hier sollten Admins von Anfang an eine entsprechende Redundanz vorsehen. Ein Cluster-Betrieb im Sinne einer A-/B-Redundanz hilft, wenn die Übertragungswege auch entsprechend vorgehalten werden.

Die größte Herausforderung bei der Umsetzung von Nachhaltigkeitszielen ist mangelnde Transparenz.
Die größte Herausforderung bei der Umsetzung von Nachhaltigkeitszielen ist mangelnde Transparenz.
(Bild: IDC 2022 - N = 200; nur Werte für „Planen wir umzusetzen“; Abbildung gekürzt)

2. Monitoring im Sinne der ISO 27001

Die ISO 27001 als Norm zur Informationssicherheit fordert, dass Daten vertraulich bleiben, deren Integrität und Verfügbarkeit sichergestellt wird. Daraus ergeben sich vielfältige Überwachungsanforderungen an die Gebäudetechnik, die in Form von Betriebsdaten und -meldungen zu dokumentieren sowie als Störungsmeldungen zu bearbeiten sind. Beispiele hierfür sind:

  • Monitoring der Netzersatzanlage samt der Füllstande ihrer Betriebsstoffe
  • Monitoring der Netzeinspeisung
  • Monitoring der USV-Anlagen
  • Monitoring der Stromverteilung an den Stromschienen in den Racks
  • Monitoring der Kälte-Erzeugung
  • Monitoring der Raumluft- und Klimatechnik in den Serverräumen
  • Türüberwachung zur Sicherstellung der Funktionalität von Zutrittskontrollanlagen und Einbruchmeldeanlagen, gegebenenfalls inklusive einer Integration der Video-Überwachung
  • Überwachung von Betriebszuständen der Löschanlage
  • Überwachung auf Wasserleckage im Doppelboden
  • Status der Brandmelde- und Einbruchmeldetechnik
  • Grundsätzliche Auslastung der gebäudetechnischen Anlagen zur Absicherung der Notwendigkeit eines etwaigen Redundanzbetriebes.

Intelligente Gebäude beziehungsweise Gebäudesteuerungen gehören zu den Maßnahmen, in die viel Aufwand aber auch Hoffnung auf eine höhere Effizienz fließt.
Intelligente Gebäude beziehungsweise Gebäudesteuerungen gehören zu den Maßnahmen, in die viel Aufwand aber auch Hoffnung auf eine höhere Effizienz fließt.
(Bild: IDC 2022 - N = 200; nur Werte für „Planen wir umzusetzen“; Abbildung gekürzt)

3. Klimaneutralität und Energiekennzahlen

Zur Sicherstellung eines energie- und ressourceneffizienten Betriebs sollten Administratoren:innen auf Folgendes achten:

  • Eine möglichst tiefe Erfassung von Energieverbrauchsdaten, insbesondere um die für die IT-Infrastruktur benötigte Energie getrennt von den gebäudetechnischen Energieverbräuchen zu erfassen.
  • ein System vor, dass Energie-Monitoring und Controlling samt Auswertungen und die Möglichkeit des Eingriffs in die Anlagen als Management- und Bedieneinrichtung in einem System vereint. So lässt sich bei Ausreißern im Energieverbrauch über das gleiche System unmittelbar eingreifen und Fehler abstellen. Das spart Energie und Zeit.
  • ein flexibles Reporting-Werkzeug, das die relevanten Kennzahlen nach EN 50600 abbilden kann.
  • alle notwendigen Auswertungen wie Energie-Ausweise oder CO2-Fußabdruck pro Service- oder Übertragungseinheit sollten auf Knopfdruck abrufbar sein.
  • Automatisierte, regelmäßige Erstellung und Verteilung von Energie-Berichten.
  • Eine leistungsfähige manuelle Erfassung von Zählerdaten und Energieverbrauchsdaten; denn nicht immer sind 100 Prozent der Energiezähler über das Netzwerk lesbar
  • die Generierung von virtuellen Messstellen auf Basis von mathematischen und logischen Funktionen, damit Sie die Zählermatrix eines Rechenzentrums abbildbar ist

4. IT-Sicherheit und Systemarchitektur

Aus den Anforderungen an die IT-Sicherheit ergeben sich die wichtigsten nichtfunktionalen Anforderungen an Management- und Bedieneinrichtungen sowie Energie-Management-Systeme. Insbesondere ist darauf zu achten:

  • Für einen effizienten Betrieb braucht es ein technisches Management-System. Betreiber und/oder Bauherr müssen klare Vorgaben machen.
  • Sieht die Virtualisierung Management- und Bedieneinrichtung auch ein Redundanz-Szenario vor? Wenn nicht, sollte auf eine Virtualisierung verzichtet werden.
  • Die Bedienung des Management-Systems sollte ohne aufwändige Software-Installation per Browser möglich sein – in HTML5, mit Absicherung der Kommunikation über ein SSL-Zertifikat.
  • Tendenziell unsichere gebäudetechnische Netzwerke sollten durch sichere Gateways von dem Monitoring-Netzwerk getrennt werden.
  • Es sollten eigene Bedienplätze samt für die Betriebskollegen angepasster Dashboards in den Infrastrukturräumen sowie an der Netzersatzanalage vorgesehen sein. Das stellt sicher, dass die Kollegen im Falle eines Falles alle Informationen und Möglichkeiten vor Ort zur Verfügung haben.
  • Zur Umsetzung von allgemeinen Anforderungen an die IT-Sicherheit sollte sich das Management-System in das Berechtigungssystem des Unternehmens integrieren, etwa über eine Authentifizierung über „Microsoft Active Directory“.
  • Externe Nutzer, etwa Dienstleister, muss trotzdem Zugriff gewährt werden können. Deshalb benötigt das System zusätzlich eine eigene Berechtigungsvergabe mit Rollen- und Rechtevergabe.
  • Mit der IT-Abteilung abzuklären bleibt, ob Cloud-Anwendungen für die Verarbeitung der Betriebsdaten und personenbezogenen Daten in Frage kommen. Viele Unternehmen legen Wert darauf, dass ihre Systeme komplett in der eigenen IT-Infrastruktur ohne Anbindung an externe Cloud-Dienste funktionieren. Falls das so ist, muss das festgehalten werden.

5. Standardisierung und Duplizierbarkeit

Werden mehrere Rechenzentren geplant oder betrieben, ist es wahrscheinlich, dass sich die gebäudetechnische Ausstattung ähnelt. Betreiber und Admins können also von einer Standardisierung profitieren. Die Checkliste rät:

  • Zu einem einheitlichen Kennzeichnungssystem, das auch die Benennung der Datenpunkte für jede technische Funktion umfasst (zum Beispiel eindeutige Kennzeichnung von Soll- und Istwerten, Fehlermeldungen ...).
  • Bildvorlagen, zum Beispiel für Anlagenbilder, um die Bedienung zu erleichtern. Diese sollten so vorgehalten werden, dass jedes Bild nur einmal gepflegt werden muss. Über ein Kennzeichnungssystem lässt sich dann steuern, welche Datenpunkte verknüpft werden.
  • Für jede Anlage und jedes Aggregat sollte verbindlich festgelegt sien, über welches Automationssystem diese zu erschließen und zu vernetzen sind, zum Beispiel BACnet und ModBus. Am besten, es wird konkret festgelegt, welche Objekte (Datenpunkte) für welche Funktionen zu verwenden sind. Bei BACnet bietet der BACtwin von Kranz/Fritzenwallner („Digitaler Zwilling der Gebäude-Automation“) eine gute Grundlage.
  • Für eine hochverfügbare und sichere Datenverbindungen zwischen Rechenzentren macht es in der Regel Sinn, anstelle verschiedener lokaler Systeme ein zentrales Management-System mit hoher Verfügbarkeit aufzubauen.

Insgesamt lässt sich festhalten: Geplante Nachhaltigkeitsinitiativen zielen auf die Wertschöpfungskette.
Insgesamt lässt sich festhalten: Geplante Nachhaltigkeitsinitiativen zielen auf die Wertschöpfungskette.
(Bild: IDC 2022 - N = 200; nur Werte für „Planen wir umzusetzen“; Abbildung gekürzt)

6. Schnittstellen

Ob zur Umsetzung eines ganzheitlichen Infrastruktur-Managements, zur Digitalisierung von Prozessen wie der Verrechnung von Energiekosten oder zur kontinuierlichen Verbesserung der Energie-Effizienz nach ISO 50001 - Das alles wird unmöglich, wenn die Daten in einem proprietären Datenfriedhof liegen und/oder nicht interpretierbar sind. Auch zur Bewahrung der Daten braucht es deshalb klare Vorgaben:

  • Alle Betriebsdaten im System sollten über offene und dokumentierte Schnittstellen (API = Application Programming Interface) für die Kommunikation mit Drittsystemen bereitgestellt werden.
  • Zunächst müssen die Monitoring-Anforderungen anhand der abzubildenden hierarchischen Ebenen sowie der zu unterstützenden Prozesse identifiziert werden. Daraus lässt sich ableiten, zu welchen Systemen Schnittstellen seitens der Management- und Bedieneinrichtung benötigt werden. Nur so lässt sich sicherstellen, dass zum Beispiel Help-Desk, ERP-Systeme zur Kostenverrechnung und Systeme für Wartungsdienstleistungen an die Gebäudetechnik andocken.

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