Mit PUE zur Green IT

Was ist eigentlich Power Usage Effectiveness - PUE?

| Autor / Redakteur: Otto Geißler / Ulrike Ostler

Was verbirgt sich hinter dem Kürzel PUE?
Was verbirgt sich hinter dem Kürzel PUE? (Bild: © djama - stock.adob.com)

Die Power Usage Effectiveness (PUE) ist eine technische Kennzahl, mit der sich die Energie-Effizienz eines Rechenzentrums darstellen lässt. Der PUE-Wert setzt die insgesamt in einem Rechenzentrum verbrauchte Energie ins Verhältnis mit der Energieaufnahme der IT-Infrastruktur.

Je leistungsfähiger Rechenzentren werden, umso energie- und kostenintensiver werden sie. Technische Lösungen wie zum Beispiel mobiles Internet, Cloud-Computing und Internet-TV fordern mit einem ebenfalls ansteigenden Datenvolumen eine immer höhere Performance. Ein Ende der Entwicklung ist noch nicht abzusehen.

Rechenzentren zählen damit zu den großen Energieverbrauchern. Experten meinen, dass alleine etwa 35 bis 50 Prozent, also quasi die Hälfte des Energiebedarfs für die Kühlung verwendet werden muss. Das heißt, vor allem bei der Klimatechnik bestehen enorme Potenziale für die Energie-Einsparung.

PUE – Optimierung des Energie-Einsatzes

Zur Berechnung der Effizienz der eingesetzten Energie stehen mehrere Ansätze zur Verfügung. Diese Ansätze sollen eine mengenmäßige Bestimmung ermöglichen. So stehen unter anderem der von der The Green Grid-Organisation gewählte Ansatz mit zwei Kennwerten zur Auswahl: die Power Usage Effectiveness (PUE) sowie die Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE).

Der PUE-Wert bestimmt das Verhältnis zwischen der konsumierten elektrischen Energie in Summe (Gesamtenergieverbrauch) und der aufgenommenen elektrischen Energie hinsichtlich der IT-Infrastruktur (Server, Storage, Switches und mehr). Das heißt, mit dem PUE-Wert wird also die Effizienz des Energie-Einsatzes innerhalb einer bestimmten Periode ermittelt. PUE-Werte, die längerfristig ausgelegt sind, werden mit dem technischen Kennwert Energy Usage Effectiveness (EUE) bezeichnet. Der DCiE-Wert beschreibt dagegen den Wirkungsgrad der eingesetzten Energie und ist somit der Kehrwert der PUE, also 1/PUE.

Bewertung der Kennzahl PUE

Wenn also der PUE-Wert den Gesamtenergie-Aufwand des Rechenzentrums ins Verhältnis zur Energie-Aufnahme der Rechner-Infrastruktur setzt, fließt bei einem theoretischen PUE-Wert von 1 die gesamte Leistung da hinein. In der Praxis werden Werte bis 1,2 als sehr effizient beurteilt. Das bedeutet, 20 Prozent der eingesetzten Energie wird ineffizient genutzt. Konventionelle Rechenzentren weisen in der Regel einen PUE-Wert von 1,9 auf. Das heißt, fast die Hälfte der Gesamtenergieaufnahme wird nicht für den eigentlichen Zweck – also die Rechenleistung – verwendet.

Allgemein liegt gegenwärtig in Deutschland der durchschnittliche PUE bei rund 1,8. Experten prognostizieren für das Jahr 2025 einen PUE von 1,54. In der Bewertungsskala laut Green Grid gelten PUE-Werte von 2,5 als ineffizient und Werte von 3,0 als sehr ineffizient. Wogegen PUEs von 2,0 als durchschnittlich, 1,5 als effizient und Werte kleiner 1,2 als sehr effizient gelten.

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Der PUE-Wert ist damit auch eine technische Kennzahl für die Effizienz der nicht IT-relevanten Bereiche eines Rechenzentrums. Damit ist im Grunde die Klimatechnik gemeint. Welches Kühlsystem sich am besten eignet, kann an der Kennzahl der Partial Power Usage Effectiveness (pPUE) abgelesen werden.

Ermittlung des PUE-Werts

Zunächst wird der Energieverbrauch am Stromzähler des Rechenzentrums oder in dessen Nähe gemessen. Ist eine genaue Trennung von anderen Verbrauchern nicht möglich, sollte der geschätzte Verbrauch, den die anderen Einrichtungen verursachen, vom Gesamtverbrauch eines Gebäudes etc. subtrahiert werden.

In der Folge muss nun die Last der IT-Infrastruktur – nach der Stromumwandlung, den Schaltvorgängen und die Spannungsaufbereitung – gemessen werden. Gemäß Green Grid soll der ideale Messpunkt am Ausgang der Verteiler des Rechnerraums liegen. Hier lässt sich die gesamte Energie erfassen, mit denen die Server-Racks versorgt werden.

Energiereduktion durch freie Kühlung

Da es in absehbarer Zeit keine Universallösung für Kühlungen geben wird, können die Betreiber der Rechenzentren aus einer umfangreichen Reihe von unterschiedlichen Lösungen wählen. Dafür bieten sich eine direkte Serverkühlung im Rack (Lokale Kühlkonzepte), Konzepte zur Kühlung von Arealen oder gar gesamten Gebäuden an.

Zudem nehmen bauliche Voraussetzungen ebenfalls Einfluss auf die Auswahl der Kühltechnik wie auch die klimatischen Bedingungen am Rechenzentrum. Wobei die Betreiber häufig auf eine so genannte freie Kühlung setzen. Denn sie benötigt keine energieintensiven Kältemaschinen und nutzt dagegen die Umgebungsluft der Räume. Für ideale Zu- und Abluftströme innerhalb des Rechenzentrums sorgen unter anderem verschiedene parallel laufende Ventilatoren. Diese FanGrids lassen sich in jeder Anordnung und Größe verbauen, um die räumlichen Anforderungen vor Ort zu erfüllen.

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