Schlechte Wartung und Laissez-faire in der Infrastruktur töten die Effizienz Der unsichtbare PUE-Killer

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Das in Deutschland 2023 in Kraft getretene Energie-Effizienzgesetz (EnEfG) setzt für Datacenter klare Grenzwerte für die Power Usage Effectiveness (PUE). Ein niedriger PUE-Wert signalisiert dabei eine hohe Energie-Effizienz. Aber der Rechenleistungsbedarf wächst, insbesondere durch KI-Anwendungen, und der Energie- und Ressourcenverbrauch steigt (trotzdem).

Während viele Betreiber in moderne, Energie-effiziente Hardware und innovative Kühlsysteme investieren, wird ein oft übersehener, aber kritischer, Faktor zum 'PUE-Killer`': die Auswirkungen von schlechter Wartung, suboptimaler Regelung und Verlusten durch verdreckte oder unzureichend gewartete Rückkühler, Filter und Wasserleitungen etc. Diese scheinbar kleinen Versäumnisse können den PUE-Wert in die Höhe treiben und sind nach mangelhafter Auslastung, Planung und Bauen ohne klar definierte Effizienzvorgaben für die technischen Anlagen die Hauptgründe, warum ein PUE-Wert nicht erreicht wird!

Der lautlose Feind: Staub und Schmutz in der Luftkühlung

Luftkühlung ist nach wie vor eine weit verbreitete Kühlmethode in Rechenzentren. Doch in dieser Umgebung sind Staub und Schmutz allgegenwärtig. Sie lagern sich auf Kühlkörpern, Lüftern und Kühlrippen ab und blockieren den Luftstrom. Die Folge: Die IT-Hardware, die Umluftkühler in der Klimaspange für den Whitespace, die USV, Schalt- und Leistungsteile, Rückkühler etc. können ihre Wärme nicht mehr effizient abführen.

Um dem entgegenzuwirken, müssen die Kühlsysteme ihre Leistung erhöhen, was einen höheren Energieverbrauch zur Folge hat. Dies wirkt sich direkt negativ auf den PUE-Wert aus.

Um dieses Problem zu minimieren, ist eine effiziente Luftfiltration entscheidend, um Staubpartikel und Verunreinigungen aus der Luft zu entfernen, bevor sie sich auf Komponenten absetzen. Also müssen die Umluftklimageräte und die Rückkühler auf Verschmutzung geprüft und gereinigt werden.

Sauberkeit ist nicht nur eine Tugend

Auch gesättigte Filter erhöhen den Druckverlust und erhöhen die Leistungsaufnahme der Ventilatoren. Das gleiche Problem ergibt sich für die Rückkühler, die sich durch Pollenflug, Blätter und sonstige Luftbelastungen zusetzen und erhebliche Leitungsverluste erleiden können. Ein umfassendes Reinigungsprotokoll, regelmäßige Inspektionen und eine kontrollierte Umgebung sind daher keine optionalen Maßnahmen, sondern Grundpfeiler für die Stabilität, Leistung und Verfügbarkeit des Rechenzentrums.

Die Achillesferse für die Flüssigkeitskühlung wiederum sind Ablagerungen und die Wasserqualität. Das gilt selbstredend auch für die die Wasserkreisläufe der konventionellen Kälte-Erzeugung. Für einen zuverlässigen und Energie-efizienten Betrieb muss Kühlwasser bestimmte physikalisch-chemische Anforderungen erfüllen, um Korrosion, Ablagerungen oder mikrobielles Wachstum zu verhindern.

Wenn die Wasserqualität nicht den Anforderungen entspricht, wird das Spülen von Leitungen erforderlich, um Ablagerungen zu vermeiden. Diese Prozesse verursachen zusätzlichen Wasserverbrauch und signalisieren, dass die Wasserleitungen und Wärmetauscher nicht optimal funktionieren. Verunreinigungen und Ablagerungen reduzieren die Wärmeübertragungseffizienz und erhöhen die Leistungsaufnahme von Pumpen, wodurch das Kühlsystem mehr Energie aufwenden muss, um die gewünschte Temperatur zu halten. Dies führt unweigerlich zu einem höheren PUE-Wert.

Mangelhafte Regelung und betriebliche Ineffizienzen

Selbst mit der technisch fortschrittlichsten Infrastruktur kann ein Rechenzentrum ineffizient betrieben werden, wenn es an einer intelligenten Regelung und konsequenter Betriebsführung mangelt. Eine der Hauptursachen für ineffizient betriebene Rechenzentren ist die Überbelegung von Platz, Strom oder Kühlung im Vergleich zum tatsächlich anfallenden IT-Bedarf - Anzahl von notwendigen Racks, zur Verfügung stehende Kühlleistung und Strom - sowie der Betrieb der Anlagen bei Teilauslastung.

Das volle Potenzial von Freikühlung, bei der kalte Außenluft direkt als Kühlquelle nutzbar ist, wird oft nicht ausgeschöpft oder hybride Kühlsysteme werden nicht optimal an die jeweiligen klimatischen Bedingungen angepasst. Eine intelligente Gebäudesteuerung und Workload-Management-Systeme können eine bessere Auslastung der Infrastruktur und eine dynamische Synchronisierung von IT-Last, Kühlungsaufwand und Energieverfügbarkeit ermöglichen. Doch oft fehlen die notwendige Transparenz bei Verbrauchsdaten, die entsprechenden Anreize und das fachliche Knowhow um Optimierungspotenziale umfassend zu identifizieren.

Die direkte Auswirkung auf PUE und Betriebskosten

All diese Faktoren – von Staub und Schmutz über schlechte Wasserqualität bis hin zu mangelhafter Regulierung und Betriebsführung – führen direkt zu einem erhöhten Energieverbrauch der Infrastruktur und somit zu einem höheren PUE-Wert. Es gibt genügend Beispiel, weshalb aus diesen Gründen der PUE auf über 3 angestiegen ist, obwohl dem Grund nach ein effizientes und Design PUE geplantes Rechenzentrum gebaut wurde.

Die kontinuierliche Messung und Überwachung des PUE-Wertes ist daher unerlässlich, um die Wirksamkeit von Gegenmaßnahmen einzuschätzen und Ineffizienzen rechtzeitig zu erkennen.

Der Weg zu einem nachhaltigen und effizienten Rechenzentrum

Der größte Nutzen eines PUE-Werts liegt in der internen Bewertung und Verbesserung der eigenen Infrastruktur.Um den PUE-Wert nachhaltig zu senken und den Anforderungen des EnEfG gerecht zu werden, ist aber ein ganzheitlicher Ansatz unerlässlich.

Dieser umfasst nicht nur Investitionen in Energie-effiziente Technologien wie Flüssigkeitskühlung oder optimierte Luftführung, sondern auch eine proaktive Wartungsstrategie. Digitale Technologien können komplexe Prozesse automatisieren und Ineffizienzen vermeiden. Wichtige Schritte sind dabei:

• Regelmäßige und gründliche Reinigung, um Staub und Schmutz aus Luftkanälen, Lüftern und Rückkühlern fernzuhalten.

• Optimierung der Wasserqualität und -wartung, um insbesondere bei wasserbasierten Kühlsystemen, um Ablagerungen zu vermeiden und die Effizienz zu erhalten.

• Intelligentes Energie- und Last-Management, um den Energieverbrauch in Echtzeit zu überwachen, vorherzusagen und zu optimieren.

• Schulung des Personals, damit Mitarbeiter neue Kühltechniken, Messmethoden und Monitoring-Werkzeuge optimal nutzen können.

• Etablierung eines Messstellenkonzepts nach ISO 50001 zur differenzierten Erfassung der Energieverbräuche.

• Verbindliche Transparenz- und Reporting-Standards, um Verbrauchsdaten systematisch zu erfassen und offenzulegen

• Anpassung der Regelung für klima- und elektrotechnische Anlagen an den tatsächlichen IT-Workload: Da die Leistungsabnahme der IT nicht konstant ist und von der Inbetriebnahme des Rechenzentrums bis zur Abschaltung stark schwanken wird ist, eine ständige Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten unerlässlich.

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