Green IT - Verbraucherproblematik und Strategien zur Erhöhung der Energieeffizienz im Rechenzentrum anhand thermischer Analysen

Abstract

Das Thema Green IT beschäftigt sich mit der effizienten Nutzung von Computerressourcen zur Erhöhung der Umweltverträglichkeit und dient als Beitrag zum Klimaschutz. Neben Umweltschutzaspekten (social responsibility) machen zusätzlich die dabei entstehenden Kosteneinsparungen die Umsetzung von energieeffizienten Maßnahmen attraktiv. Aufgrund des weltweit steigenden Stromverbrauchs sind Metriken (PUE, DCE) notwendig geworden, mithilfe derer sich Energieeffizienz im Rechenzentrum messen lässt.<br />Da die Kosten für Kühlung im Rechenzentrum bis zu 50 Prozent der Gesamtkosten ausmachen können, wird ein Schwerpunkt der Untersuchungen auf unterschiedliche Kühlszenarien und -modelle gelegt. Die Empfehlung für das Anheben der maximalen Ansaugtemperatur bis zu 27 °C ist nur ein erkennbarer Trend zur Energieeinsparung. Im Sinne des grünen Rechenzentrums kann durch Konsolidierung und Virtualisierung einerseits eine Kostensenkung erreicht und gleichzeitig der CO2 Ausstoß reduziert werden. Die thermische Analyse ist eine wissenschaftliche Methode, um Luftströme und Temperaturen vorherzusagen. Mit ihrer Hilfe werden best practices im Rechenzentrumsbau erarbeitet, analysiert und optimiert.<br />Bei der Thermalanalyse von raum- und reihenorientierten Rechenzentren geht es darum, die Kühlleistung im Rechenzentrum zu verbessern, "hot spots" zu erkennen und eine definierte Ansaugtemperatur nicht zu überschreiten. Im Rahmen eines Fallbeispiels wird eine praxisnahe Standardarchitektur eines Rechenzentrums herangezogen, um eine thermische Analyse mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) zu erstellen. Dabei wird diese Standardarchitektur untersucht und mittels der im Theorieteil erarbeiteten Erkenntnisse soweit angepasst, dass eine möglichst hohe Effizienz im Rechenzentrum erreicht werden kann. Durch die Ergebnisse der thermischen Analyse konnte sowohl in der raum- als auch in der reihenorientierten Architektur eine Einsparung von knapp unter 50 Prozent erreicht werden.<br />

The topic of Green IT is concerned with the efficient use of computing resources to reduce environmental impact and serves as a contribution to climate protection. In addition to environmental aspects (social responsibility), the resulting cost savings are mainly responsible for implementing energy efficiency measures.<br />Due to the rising global electricity consumption, metrics that measure energy efficiency in the data center (PUE, DCE) have become necessary.<br />Since the costs of cooling in the data center can be up to 50 percent of the total data center operating costs, there will be an investigative focus on different cooling scenarios and models. The recommendation for the lifting of the maximum inlet temperature up to 27 °C is only one discernible trend towards energy conservation. In a sense, the "green data center" can both reduce costs and simultaneously achieve reduced CO2 emissions through consolidation and virtualization.<br />The thermal analysis is a scientific method for predicting air flows and temperatures. With its help, best practices in the data center design are developed, analyzed and optimized.<br />In the thermal analysis of room and rack oriented data centers, the aim is to improve the cooling efficiency in the data center, to identify "hot spots" and to not exceed a defined inlet temperature. In the context of a case study a practical standard architecture of a data center is used to create a thermal analysis using Computational Fluid Dynamics (CFD). Thus, the standard architecture is explored and adjusted by means of knowledge as elaborated in the theoretical part to maximize efficiency in the data center.<br />Through the results of thermal analysis, both in room and row oriented architecture, a saving of just under 50 percent could be achieved.