Supported by: Project consortium: Modul 2 Monitoring des Energieverbrauchs und Kostenanalyse...
-
Upload
gerd-maier -
Category
Documents
-
view
220 -
download
0
Transcript of Supported by: Project consortium: Modul 2 Monitoring des Energieverbrauchs und Kostenanalyse...
Supported by:
Project consortium:
www.efficient-datacenter.eu
Modul 2Monitoring des Energieverbrauchs und Kostenanalyse
Version 1.022. September 2011
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 2
Monitoring und Analyse in IT-Systemen und Serverräumen – allgemeine AspekteAnalyse der EnergieeffizienzAnalyse der Energiekosten und Einsparungen
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 3
Monitoring des Energieverbrauchs in IT-Systemen, Serverräumen und Rechenzentren
Analyse der Energieeffizienz
– Ein Monitoringsystem sollte vor der Verwendung gut durchdacht werden;
– Die gesammelten Daten werden dann am nützlichsten zur Beurteilung der Betriebsleistung und Entscheidungsfindung sein, wenn das Messziel daraus besteht, die "richtigen Daten" statt einfach "mehr Daten" zu bekommen;
– Nach der Datenaufnahme sollten darauf aufbauende Maßnahmen durchgeführt werden, während die Datenerhebung zur Überprüfung der Effektivität der eingeleiteten Verbesserungen weitergehen sollte;
– Durch das Erstellen einer Messbasis zum Energieverbrauch, sind die Manager in der Lage, einen Energieplan aufzustellen, der kosteneffizient und wirkungsvoll die Einsparpotenziale erschließt.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 4
Monitoring des Energieverbrauchs in IT-Systemen, Serverräumen und Rechenzentren
Analyse der Energiekosten und der Einsparungen
– Die Sammlung von energiebezogenen Daten hilft, die Energielast der Anwendungen im Rechenzentrum zu quantifizieren:
• unterstreicht die Bedeutung von Verbesserungen der Energieeffizienz;
• erleichtert die richtige Dimensionierung der Ausstattung entsprechend zur Energielast.
– und durch spezielle Effizienzsteigerungen hervorgerufene Energieeinsparungen zu prüfen und zu evaluieren;
– Konkrete Einsparungen zu beobachten kann zudem die Rechenzentrumsbetreiber dazu animieren, weitere Effizienzmaßnahmen durchzuführen.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 5
Analyse der Energiekosten und -einsparungen
– Monitoringsysteme sind erforderlich, um Daten an verschiedenen Stellen der Infrastruktur zu erheben. Doch ohne die richtige Software bzw. die richtigen Tools, mit denen die Daten ausgewertet werden, sind diese Daten nicht brauchbar. Sie werden jedoch von den Managern benötigt, um zu entscheiden, welche Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs durchgeführt werden sollen.
– Es sind mehrere Tools verfügbar, als Beispiel wird hier die kostenlose DC Pro Software Tool Suite (DC Pro) vorgestellt, die von vom "Save-Energy-Now-Programm" des US-Energieministeriums entwickelt wurde;
– Die Tools von "DC Pro" beinhalten einen Beurteilungsvorgang und helfen bei Leistungsvergleichen, gleichzeitig werden die Leistungsentwicklung verfolgt und Empfehlungen geliefert;
– Die Tools stehen auf folgender Internetseite kostenlos zur Verfügung: http://www1.eere.energy.gov/industry/datacenters/software.html
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 6
Analyse der Energiekosten und -einsparungen
– Das "DC Profiling Tool" ist ein web-basiertes Programm, das Basisinformationen wie Betriebskosten und eine grobe Beschreibung des Rechenzentrums verwendet, um ein Profil von dessen Energiebedarf zu erstellen.
Muster "DC Pro Profiler Tool" Output für ein Rechenzentrum (Quelle: DOE)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 7
Analyse der Energiekosten und -einsparungen
– Mit dem Tool für "Elektrische Systeme" lassen sich Einsparpotenziale durch Effizienzsteigerungen in der Stromzufuhr evaluieren. Dazu gehören Transformatoren, Generatoren, die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und die Geräte zur Stromverteilung;
– Dies ermöglicht den Nutzern, ihre Rechenzentren mit anderen zu vergleichen und entsprechend einzuordnen.
Muster “UPS Load Factor Chart” from the “Electrical Systems Tool Sample” (Quelle: DOE)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 8
Metrik zur Energieeffizienz in RechenzentrenPower Usage Effectiveness (PUE)Data center infrastructure Efficiency (DciE)Energy Reuse Effectiveness (ERE)Total Cost of Ownership Analisys (TCO)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 9
Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren
– Die Verwendung von Metrik ist sehr wichtig: “Wenn man es nicht messen kann, kann man es nicht verbessern.”
– Die Verwendung von Metrik kann Managern von Rechenzentren dabei helfen, die Energieeffizienz ihrer bestehenden Systeme besser zu verstehen und zu verbessern. Außerdem hilft es bei der Entscheidungsfindung zu neuen Rechenzentren;
– Zudem ermöffnet diese Metrik eine verlässliche Möglichkeit, die Ergebnisse mit denen vergleichbarer IT-Organisationen zu messen;
– Auch wenn die PUE meistens die bevorzugte Metrik ist, können mehrere weitere Ansätze in Betracht gezogen werden und werden vorgestellt.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 10
Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren PUE
Energienutzungseffizienz - Power Usage Effectiveness (PUE)– zeigt an, wie effizient ein Rechenzentrum Energie nutzt; – zeigt an, wie viel Energie tatsächlich für die Computerausstattung
benötigt wird (in Abgrenzung zur Kühlung und weiteren Posten);– die PUE ist der Quotient aus dem Gesamtenergieverbrauch eines
Rechenzentrums und der Leistungsaufnahme der Computerausstattung;
– die PUE wurde vom Konsortium „The Green Grid“ entwickelt. Sie ist das Gegenteil der Infrastruktureffizienz des Rechenzentrums (DCiE);
– die ideale PUE ist 1,0;– Alles was in einem Rechenzentrum nicht zur Computerausstattung zählt
(z. B. Beleuchtung, Kühlung usw.) fällt in die Kategorie des Anlagenenergieverbrauchs.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 11
PUE der Google-Rechenzentren
PUE-Daten für alle großen Google-Rechenzentren (Quelle: Google)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 12
Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren DC Metrics Task Force
– Um die Unstimmigkeiten bei der Verwendung der Messgrößen zu klären, haben sich am 13. Januar 2010 verschiedenen Experten getroffen um sich auf Energieeffizienzmaßnahmen, Maßeinheiten und Berichtswesen für Rechenzentren zu einigen
– U.a. folgende Organisationen waren vertreten:• 7x24 Exchange, ASHRAE, The Green Grid, Silicon Valley Leadership
Group, U.S. Department of Energy Save Energy Now and Federal Energy Management Programs, U.S. Environmental Protection Agency’s ENERGY STAR Program, U.S. Green Building Council, and Uptime Institute
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 13
Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren DC Metrics Task Force
– Die Runde konnte sich auf folgende grundlegende Prinzipien einigen: Für die Energienutzungseffizienz (PUE) ist der Energieverbrauch die zu
bevorzugende Messgröße für Rechenzentren. Für die Berechnung des PUE sollte der IT-Energieverbrauch zumindest
an der Leistung der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) bemessen werden. Gleichzeitig muss die Industrie aktiv die Messtechnologie verbessern und optimieren, damit der Energieverbrauch zukünftig direkt ermittelt werden kann.
Für die PUE-Ermittlung im Rechenzentrum sollten alle Energiequellen ab der Übergabestation vom Energieversorger zum Betreiber des Rechenzentrums einbezogen werden.
Für gemischt genutzte Rechenzentren sollte die Gesamtenergie den Energiebedarf sowie Kühlung, Beleuchtung und notwendige Infrastruktur umfassen, die für den Betrieb der Datenverarbeitung notwendig sind.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 14
Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren PUE
PUE Category 0 * PUE Category 1 PUE Category 2 PUE Category 3
IT energy measurement location
UPS output UPS output PDU output IT equipment input
Definition of ITenergy
Peak IT electric demand IT annual energy IT annual energy IT annual energy
Definition of Total energy
Peak Total electric demand
Total annual energy
Total annual energy
Total annual energy
Von der DC Task Force vorgeschlagene Messkategorien für die PUE
* Für die PUE-Kategorie 0 sind die Messungen der eletrische Bedarf (kW)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 15
Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren DciE
Data center infrastructure Efficiency (DciE)
– Data center infrastructure Efficiency (DCIE) ist eine Messgröße, die für die Feststellung der Energieeffizienz in Rechenzentren genutzt wird
– DciE wird als Prozentzahl ermittelt.– Dabei wird der Energieverbrauch der IT-Ausstattung durch den
Gesamtenergieverbrauch der Einrichtung (z.B. des Gebäudes) geteilt.– DciE wurde auch vom Konsortium “The Green Grid” entwickelt
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 16
Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren PUE und DciE
PUE DciE Effizienzgrad
3.0 33% Sehr ineffizient
2.5 40% Ineffizient
2.0 50% Durchschnitt
1.5 67% Effizient
1.2 83% Sehr effizient
(Quelle: The Green Grid)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 17
Energieeffizienz-Metrik für RechenzentrenERE
Energy Reuse Effectiveness (ERE)– Energie aus dem Rechenzenrum kann in anderen Gebäudeteilen oder
Prozessen mit positiven Effekten erneut eingesetzt werden.– Für diese Prozesse stehen keine Messgrößen zur Verfügung, die gemessen
oder verglichen werden können.– Power Usage Effectiveness (PUE) ist eine Messgröße zur Infrastruktur eines
Rechenzentrums, die keine Verwendung von Abwärme oder ähnlichem vorsieht.– Um diese Energiegewinne berücksichtigen zu können, haben das Konsortium
“The Green Grid”, LBNL, and NREL eine neue Messgröße vorgeschlagen: Energy Reuse Effectiveness (ERE).
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 18
Energieeffizienz-Metrik für Rechenzentren
ERE
(Quelle: The Green Grid)
Nutzung von Abwärme in einem nicht vom Rechenzentrum genutzten Raum.PUE und ERE sind beide einsetzbare Messgrößen.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 19
Energieeffizienz-Metrik für Rechenzentren
ERE – Missbrauch
(Quelle: The Green Grid)
Nutzung von Abwärme im Rechenzentrum selbst.PUE ist hier die richtige Messgröße.Die Effekte der Absorptionskältemaschine werden beim PUE berücksichtigt.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 20
Energieeffizienz-Metrik für Rechenzentren
TCO
Total Cost of Ownership Analysis (TCO)
– Zur Ermittlung der TCO müssen Amortisationsdauer und andere geschäftspolitische Entscheidungsprozesse sorgfältig anaylsiert werden.
– Das Verständnis der Kostenfaktoren der TCO führt zu einer hervorragenden Stellschraube bei der Kostenkontrolle.
– Die TCO beinhaltet Kapitalkosten (CAPEX) und Betriebskosten (OPEX).– Die TCO einer IT- und Rechenzentrumsinfrastruktur können wie folgt berechnet
werden:
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 21
Energieeffizienz-Metrik für Rechenzentren
TCO-Berechnungstool
Rechner für Kapitalkosten im Rechenzentrumhttp://www.apcmedia.com/salestools/WTOL-7AXSAN_R1_EN.swf (Quelle: APC)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 22
Energieeffizienz-Metrik für Rechenzentren
TCO-Gliederung
TCO-Aufteilung in Kategorien für ein typisches Rack in einem hochverfügbaren 2N Rechenzentrum(Quelle: APC)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 23
Konzepte für Monitoring und ÜberwachungMonitoringsystemeKonzepte für Messung und Bewertung auf verschiedenen Systemebenen
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 24
Monitoring- und Steuerungskonzepte
Bei der Beurteilung von potenziellen Monitoringsystemen sollten folgende Dinge berücksichtigt werden:
– Fähigkeit zur Datenerhebung an allen gewünschten Geräten– Detailgenauigkeit (Aufgliederung) der Datenerfassung– Nutzerfreundlichkeit und Intergrationsfähigkeit in bestehende Prozesse– Skalierbarkeit für die Ausdehnung auf weitere Anwendungsfelder– Anpassbarkeit an neue Messnotwendigkeiten– Kontinuität der Datenanalyse– Integrationsfähigkeit mit Kontrollsystemen– Fähigkeit, Probleme zu identifizieren und den Betreiber des
Rechenzentrums zu informieren
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 25
Monitoringsystem
– Monitoring der Variablen des IT-Systems (z. B. Leistung und Energieverbrauch) ist unabhängig von der Größe des Systems ein zentraler Bestandteil
– Monitoring aller technischen Variablen wie z. B. dem Energieverbrauch der unterschiedlichen Komponenten; dafür müssen passende Instrumente installiert werden (Messtechnik und Sensoren)
– Viele Rechenzentren wurden bisher nicht mit elektronischen Messgeräten oder vergleichbaren Monitoringsystemen ausgestattet
– Eines der Haupthindernisse zur Verbesserung der Energieeffizienz in Rechenzentren ist die Schwierigkeit, Daten zu erheben, die den individuellen Energieverbrauch von einzelnen Komponenten ausweisen sowie das Ausbleiben der Datenerfassung in vielen Rechenzentren überhaupt
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 26
Monitoringsystem
– Monitoringsysteme nutzen zur Datenerfassung ein vielfältiges Angebot an Sensoren
– Im Normalfall nutzen die Systeme einen zentralen Datenpunkt namens “Info Node” sowie weitere individuelle Module (“Data Nodes”), die sich direkt am Messpunkt befinden:
Diagramm eines typischen Monitoringsystems (Quelle: LBNL)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 27
Monitoringsystem
– Bei der Entscheidung, welche Qualität beim Monitoring erreicht werden soll, muss ein Manager folgende Aspekte beachten:
• Anschaffungs- und Betriebskosten• Datengenauigkeit• Verwendungsmöglichkeit der erfassten Daten
– Drei Herangehensweisen werden vorgeschlagen:
• Minimum Practical Monitoring;
• Best Practical Monitoring;
• State-of-the-Art Monitoring.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 28
Monitoringsystem
Minimum Practical Monitoring
– Regelmäßige und punktuelle Messungen mit tragbarem Equipment
– Datenbeschaffung über den Hersteller der vorhandenen IT-Komponenten (Eingangsleistung etc.)
– Bei diesem Ansatz vertraut der Betreiber auf die Datenaufnahme durch die Mitarbeiter und die Auskünfte der Hersteller
– Keine Investitionen in die Infrastruktur oder Ausstattung notwendig
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 29
Monitoringsystem
Best Practical Monitoring
– Datenerfassung in Echtzeit unter Nutzung der notwendigen Technik
– ggf. Nutzung von entsprechender Software
– Langzeiterfassung könnte installiert werden
– Die Verlagerung der Datenerfassung auf Mitarbeiter und Hersteller ist geringer als im vorher beschriebenen Ansatz
– Begrenzte Erweiterungen der Infrastruktur müssen vorgenommen werden.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 30
Monitoringsystem
State-of-the-Art Practical Monitoring
– Einbau elektronischer Datenerfassungssysteme (Echtzeit)
– Nutzung von Software mit kontinuierlicher Datenanalyse
– Anpassung der Infrastruktur ist notwendig
– Wahrscheinlich wird ein professioneller Berater beim Einbau des Systems benötigt
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 31
Monitoringsystem
Topic Minimum Practical Monitoring
Best Practical Monitoring
State-of-the-Art Monitoring
Menschliche AktivitätRegelmäßige Messungen
und Dokumentation, vorrangig per Hand
teilweise Datenaufnahme per Hand, teilweise
automatischElektronische
Datenerfassung
MessinstrumentePunktuelle Messungen,
Erfassung von Hersteller-Daten
ggf. Installation von Langzeitmessungen
Installation elektronischer Datenerfassung
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 32
Monitoringsystem
Wie sieht die Dimensionierung des Monitoringsystems aus?– die Auslegung des Systems ist abhängig von der Ausstattung des
Rechenzentrums
– Kernelement ist die passende Anzahl der “info nodes”, um die notwendigen Informationen zur Analyse des Energieverbrauchs erhalten zu können
– Für kleinere Einrichtungen:
• das Monitoringsystem kann aus einer oder zwei Datenerfassungsgeräten bestehen
• Oder es können auch überhaupt keine Datenerfasser installiert werden, sondern nur manuelle Messungen vorgenommen werden (vgl. minimum practical monitoring).
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 33
Monitoringsystem
Wie sieht die Dimensionierung des Monitoringsystems aus?
– Für größere Einrichtungen:
• jede der “info nodes” kann aus dem breiten Angebot von Datenerfassungsgeräten ausgewählt werden:
Luftstrom Temperatur, Luftfeuchtigkeit Stromverbrauch Spannung, Stromstärke Energieverbrauch etc.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 34
Monitoringsystem
Schematische Dartstellung einer Stromversorgung in einer gemischt genutzten IT-Einrichtung(Quelle: ASHRAE)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 35
Monitoringsystem
Datenmesspunkte in einem Rechenzentrum (Quelle: ASHRAE)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 36
Monitoringsystem
Nutzung der erfassten Daten
– Das richtige Verständnis hinsichtlich der Anwendung eines Datenerfassungssystems ist genauso wichtig wie die Einrichtung des Monitoringsystems und der Datengewinnung an sich.
– Mögliche Nutzungsarten der erfassten Daten sind:
• Erfassung der gesamten Energieverbräuche• Auswertung des Energieverbrauchs im Zeitverlauf• Verständnis der unmittelbaren Leistungsaufnahme von zentralen
Systemkomponenten• Abrechnung• Berechnung von Energieeffizienzklassen
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 37
GerätetechnikMessgeräte
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 38
Messgeräte
– Ein Monitoringsystem eines Rechenzentrums basiert auf einer Vielzahl von Messgeräten
– Die Messgeräte erfassen Temperatur, Durchflussmenge, Spannung, Stromstärke, Druck, Luftfeuchtigkeit etc.
– Außerdem kommen Strom- und Wärmezähler zum Einsatz, die über eine entsprechende Software ausgewertet werden können und aggregierte Informationen von allen eingesetzten Zählern bieten.
– Verschiedene Aspekte müssen bei der Auswahl der richtigen Messgeräte berücksichtigt werden:
Messbereich, Genauigkeit sind die wichtigsten Aspekte Es wird beispielsweise nicht empfohlen, einen Stromzähler für eine 20-
kW-Wärmepumpe einzusetzen, der eine Bandbreite von 0 bis 1.000 kW erfassen kann
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 39
Messgeräte
– Die erfassten Daten werden analysiert und Anweisungen an die Aktoren versendet, die z. B. Verbindungen trennen oder Charakteristiken ändern können.
– Jeder Zähler verwendet andere Messparameter.
– Nicht jede Technologie kann im Weiteren angesprochen werden, nur die gebräuchlichsten und verlässlichten Geräte werden thematisiert.
– Alle Geräte werden im Anhang dieser Präsentation erläutert.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 40
Im Rechenzentrum zu messende Subsysteme und Schlüsselvariablen
Teilsystem Komponenten Regelgröße
Kälteanlage KompressorTemperatur, Durchfluss, Spannung, Stromstärke,
Leistung
Pumpen PumpenDurchfluss, Druckabfall, Spannung, Stromstärke,
Leistung
Kühltürme GebläsePumpen
Stromstärke, Spannung, Leistung
Durchfluss, Druckabfall, Stromstärke, Spannung,
Leistung
CRACs
KompressorenKondensatorenpumpen
GebläseLuftbefeuchter und
Nacherhitzer
Temperatur, Durchfluss, Spannung, Stromstärke,
LeistungStromstärke, Spannung,
LeistungLuftfeuchte, Stromstärke,
Spannung, Leistung
Stromversorgung USVs und Transformatoren Stromstärke, Spannung, Leistung
IT Ausstattung Server, Speicher, Netzwerk Stromstärke, Spannung, Leistung
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 41
Stromversorgung und USV
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 42
Energieverbrauch in Rechenzentren
Quelle: APC by Schneider Electric, 2010; White Paper #113 rev.2
Stromversorgung im Rechenzentrum
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 43
Quellen für Ineffizienz bei Strom und Diensten
Aus: ASHRAE Save energy now presentation, 2009
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 44
Kaskadeneffekt bei der Energieeffizienz der Stromversorgung
Quelle: Liebert white papers
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 45
Wie man Energieeffizienz einstellt
Das “Green Grid” stellt ein Online-Tool zur Verfügung, das den Nutzer befähigt, seine Versorgungskette zu analysieren und die Effizienz von verschiedenen Konfigurationen zu berechnen und zu vergleichen:
http://estimator.thegreengrid.org/pcee
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 46
Unterbrechnungsfreie Stromversorgung (USV)
USV können unterschieden werden durch:
Technnologie: statische USV (keine beweglichen Teile, nur Ventilatoren zur Kühlung; verwendet einen Gleichrichter zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom und einen Wechselrichter für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom) und rotierende USV (verwendet einen Motor/Generator; normalerweise keine Batterien)
Struktur: Passive standby, Line interactive und Double Conversion
Speichertechnologie: elektrochemische Batterien und rotierend (Schwungrad)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 47
USV-Effizienz steht in Verbindung mit der Struktur
USV Struktur Effizienz bei 25% Last
Effizienz bei 50% Last
Effizienz bei 75% Last
Effizienz bei 100% Last
Double-conversion 81%-93% 85%-94% 86%-95% 86%-95%
Line-interactiven.a. 97%-98% 98% 98%
Quelle: http://hightech.lbl.gov/documents/UPS/Final_UPS_Report.pdf
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 48
USV in Abhängigkeit von der Last
Quelle: APC by Schneider Electric, 2010; White Paper #92 rev.2
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 49
Mindesteffizienzanforderungen für USV (Wechselstrom) nach dem EnergyStar
Mindesteffizienzanforderungen, P steht für die Leistung in Watt, ln steht für den natürlichen Logarithmus.
USV Klasse
Ausgangs-leistung
Eingangsleistung
VFD VI VFI
Rechen-zentrum
P > 10 kW 0,97 0,96 0,0058 x ln (P) + 0,86
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 50
Gute Praxisbeispiele und Erfahrungen
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 51
Best Practice
Das Monitoringsystem benötigt eine ausreichende Anzahl von “info nodes” (oder Messpunkte) um die erforderlichen Informationen zu erheben und eine sinnvolle Analyse durchführen zu können. Das bedeutet:
– in kleineren Rechenzentren – z. B. kleine Serverräume -, können ausschließlich punktuelle Messungen durchgeführt werden (minimum practical monitoring)
– in größeren Einheiten sollte die Anzahl der “info nodes” so hoch wie möglich sein. Priorität sollten “info nodes” in den wichtigsten Teilsystemen haben (je nach Energieverbrauch).
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 52
Best Practice
Die Ausgestaltung der Software- und Hardware-Architektur zur Datenerfassung und –speicherung, Datenanalyse und Informationsverarbeitung muss folgende Kriterien erfüllen:
– Normierung der Daten von unterschiedlichen Geräten, Schnittstellen und Protokollen
– Sicherstellung der Datengenauigkeit– Datenanalyse und Datenberechnung– Langzeiterfassung und -speicherung sowie Abgleich der
Datenentwicklung– Datenspeicherung und –verarbeitung, Möglichkeit der grafischen
Darstellung– Möglichkeit zum Ausbau und technischen Weiterentwicklung
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 53
DiskussionÜbungenFragen
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 54
Übungen
PUE - Beispiel:– Wie hoch ist die PUE eines Rechenzentrums mit einem
Gesamtenergieverbrauch von 100.000 kW und einem Energieverbrauch von 80.000 kW für die IT-Ausstattung?
DciE - Beispiel:– Berechnen Sie mit denselben Vorgaben wie im obigen Beispiel den
DciE.
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 55
ÜbungenBerechnung der PUE unter Berücksichtigung der Energiequellen
Wie hoch ist die PUE für dieses Rechenzentrum?
Benutzen Sie die folgenden Werte zur Berechnung:
Leistungsaufnahme Anwendung Energie-verbrauch
Strom
(1,305,000 kWh gesamt)
IT 1,000,000 kWh
Energieverluste 250,000 kWh
Beleuchtung 50,000 kWh
Sonstiges 5,000 kWh
Wasserkühlung(1,300,000 kWh gesamt) Kühlung 1,300,000 kWh
(4.44 M BTUs)
Energieform GewichtungStrom 1.0Erdgas 0.31Heizöl 0.30
Andere Brennstoffe 0.30Wasserkühlung 0.31Warmwasser 0.40
Dampf 0.43Wasserkühler 0.03
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 56
Übungen
ERE - Beispiel:– Wie hoch ist die PUE und die ERE des folgenden Rechenzentrums:
Parameter WertIT-Last 20000 kW/hEnergieverbrauch (Kühlung) 10000 kW/hEnergieverluste 4500 kW/hBeleuchtung 500 kW/hGesamt 35000 kW/h
Abwärmenutzung 6000 kW/h
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 57
LiteraturWeißbücherOnline-PublikationenSonstiges
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 58
Literaturempfehlungen
WP#06-The Green Grid Data Center Power Efficiency Metrics: PUE and DCiE:– http://www.thegreengrid.org/Global/Content/white-papers/The-Green-Gri
d-Data-Center-Power-Efficiency-Metrics-PUE-and-DCiE
WP#14-The Green Grid Metrics: Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE) Detailed Analysis– http://www.thegreengrid.org/en/Global/Content/white-papers/DCiE-Detai
led-Analysis
WP#22-Usage and Public Reporting Guidelines for The Green Grid's Infrastructure Metrics PUE/DCiE– http://www.thegreengrid.org/Global/Content/white-papers/Usage%20an
d%20Public%20Reporting%20Guidelines%20for%20PUE%20DCiE.aspx
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 59
Literaturempfehlungen
WP#29-ERE: A Metric for Measuring the Benefit of Reuse Energy from a Data Center– http://www.thegreengrid.org/en/Global/Content/white-papers/ERE
Recommendations For Measuring and Reporting Overall Data Center Efficiency– http://www.thegreengrid.org/en/Global/Content/Reports/Recommendatio
nsForMeasuringandReportingOverallDataCenterEfficiency
Data Center Efficiency Metrics - PUE™, Partial PUE, ERE, DCcE– http://www.thegreengrid.org/Global/Content/TechnicalForumPresentatio
n/2011TechForumDataCenterEfficiencyMetrics
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 60
Literaturempfehlungen
APC by Schneider Electric WP#113-Rev2: Electrical Efficiency Modeling for Data Centers– http://www.apcmedia.com/salestools/NRAN-66CK3D_R2_EN.pdf
High Performance Buildings: Data Centers Uninterruptible Power Supplies (UPS)– http://hightech.lbl.gov/documents/UPS/Final_UPS_Report.pdf
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 61
AnnexGerätetechnik
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 62
Temperaturmessgeräte
– Thermoelemente, Temperaturfühler und RTDs sind einige der gebräuchlichsten Messgeräte:
Gerät Anwendung Temperaturverlauf AccuracyThermoelement Jede Höchster 1.0 – 5.0%
Temperaturfühler Jede Gering 0.1 – 2.0%RTDs Jede Sehr gering 0.001 – 1.0%
Schematische Darstellung der Verwendung von Temperaturmessgeräten in einer Kaltwasseranlage
(Quelle: ASHRAE)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 63
TemperaturmessgeräteThermoelement
– Ein Thermoelement besteht aus einer Verbindung zwischen zwei verschiedenen Metallen, die eine Spannung in Beziehung zu einem Temperaturunterschied produzieren.
– Sie sind relativ günstig, stabil, austauschbar und können eine große Temperaturbreite messen. Sie sind robust und verlässlich.
– Thermoelemente sind sehr einfach einsetzbare Temperaturmessgeräte.
Beispielabbildung
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 64
TemperaturfühlerThermistors
– Temperaturfühler arbeiten wie Widerstände, deren Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur abweicht.
Heißleiter werden meist in der Temperaturmessung eingesetzt Kaltleiter werden meist zur Messung der Stromstärke eingesetzt
– Temperaturfühler arbeiten auch bei geringen Temperaturveränderungen sehr genau, sind aber sehr kostenintensiv.
Beispielabbildung
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 65
Druckmessung
– Verschiedene Technologien wurden zur Messung von Luftdruck entwickelt.
Gerät Anwendung Messbereich Genauigkeit
Rohrfeder-Manometer Druck jeder
0.25 – 1.5%
Dehnmessstreifen Druck jeder 0.1 – 1.0%
(Quelle: ASHRAE)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 66
DruckmessungRohrfeder-Manometer
– Das Rohrfeder-Manometer kann sowohl einfach mechanisch wie auch elektronisch aufgebaut sein. Es existieren auch Zwischenformen.
– Sie bestehen aus einem Rohr (C, gewunden oder spiralförmig), das eine mechanische Resonanz proportional zum Druck im Rohr ausgibt.
– Das Gerät eignet sich zum Einsatz im Prinzip des minimum practical measurement.
Schematische Darstellung eines Rohrfeder-Manometers (Quelle: ASHRAE)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 67
DruckmessungDehnmessstreifen
– Besteht aus einem nichtleitenden, flexiblen Rücken, der eine Metallfolie stützt
– Diese Messgeräte sind meist mit einem elektronischen Transmitter ausgestattet, der ein entsprechendes Signal ausgibt.
– Dehnmessstreifen sind einsetzbar für das Prinzip des best practical oder state-of-the-art measurements.
Schematische Darstellung eines Dehnmessstreifen (Quelle: ASHRAE)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 68
Durchfluss – Flüssigkeiten und Gas
– Es wird eine große Bandbreite an Technologien zur Durchflussmessung angeboten. Sie unterscheiden sich in Genauigkeit, Druckverlust, Kosten und Installationsanforderungen.
– Die gemessenen Daten können genutzt werden, um den Volumenstrom zu beeinflussen.
(Quelle: ASHRAE)
Gerät Anwendung Messbereich Genauigkeit
Flügelrad Flüssigkeiten Jeder 0.5-5.0%
Turbinenrad Flüssigkeiten Jeder 0.3-2.0%
Ultraschall Flüssigkeiten Jeder 1.0-5.0%
Pitotrohr Gas, Sonstiges > 600 fpm 1.0-4.0%
Hitzdraht-anemometer Gas, Sonstiges Jeder 1.0-5.0%
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 69
Durchfluss – Flüssigkeiten und GasFlügelrad
– Schaufelrad-Durchflussmesser bestehen aus 3 Komponenten: Einrohrverschraubung, Flügelradsensor und Display
– Im Rad installierte Magnete generieren elektrische Impulse, die sich proportional zum Durchfluss ergeben.
– Die Anzahl der ausgegebenen Impulse in Abhängigkeit vom Durchfluss werden vom Hersteller angegeben. Diese Zahl nennt sich K-Faktor.
Schematische Darstellung und Abbildung eines Flügelrads (Quelle: Newport)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 70
Durchfluss – Flüssigkeiten und GasTurbinenrad
– Ein Turbinenradsensor hat eine rotierende Turbine, die Flüssigkeiten misst, die durch ein Rohr fließen.
– Die Turbine dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die sich proportional zum Durchfluss verhält.
– Die Rotation der Turbine wird von einer Spule erfasst, die Impulse auswirft und die Daten an einen Datenlogger weitergibt.
Schematische 3D-Darstellung eines Turbinenrads (Quelle: Newport)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 71
Durchfluss – Flüssigkeiten und GasUltraschall
– Bei dieser Messart wird eine Ultraschallwelle in die Flüssigkeit ausgestoßen und ein Empfänger analysiert anhand der ankommenden Wellenfrequenz (Doppler-Effekt) die Durchflussmenge.
– Voraussetzung für den Einsatz von Ultraschall ist eine gewisse Menge von festen Bestandteilen oder Bläschen in der Flüssigkeit.
– Ultraschallmessungen können auch nicht-invasive Messungen durchführen.
Schematische Darstellung eines Ultraschallmessgerätes (Quelle: ASHRAE and Rshydro)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 72
Durchfluss – Flüssigkeiten und GasPitotrohr
– Das Pitotrohr besteht aus einem Rohr, dass direkt im Durchfluss steht.– Dieses Gerät wird häufig zur Luftstrommessung in
Ventilationsschächten eingesetzt.– Es ist verhältnismäßig preiswert und arbeitet zuverlässig bei
unterschiedlichsten Bedingungen.
Schematische Darstellung und Abbildung eines Pitotrohrs. (Quelle: ASHRAE and Topac)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 73
Stromzähler
– Ein Stromzähler muss in der Lage sein, Spannung und Stromstärke zu messen.
– Es gibt vier Kategorien von Stromzählern: Transportable Zähler Anzeigegeräte Umsatzzähler Leistungsmessumformer
(Quelle: ASHRAE)
Gerät Anwendung Bandbreite Genauigkeit
Transportable Zähler Punktuelle Messungen unterschiedlich unterschiedlich
Anzeigegeräte Permanente Installation unterschiedlich unterschiedlich
Umsatzzähler Permanent zur Abrechnung unterschiedlich unterschiedlich
Leistungsmess-umformer
Monitoring oder Datenerfassungs-
systemunterschiedlich unterschiedlich
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 74
StromzählerTransportable Zähler
– Es gibt viele transportable Messgeräte auf dem Markt. – Die meisten haben ein Display. – Sie können zur punktuellen Messung eingesetzt werden und eignen
sich daher im Einsatz für minimum practical und best practical monitoring.
Beispiele für einphasige und dreiphasige Stromzähler (Quelle: Chauvin Arnoux)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 75
StromzählerAnzeigegeräte
– Anzeigegeräte werden permanent an der USV installiert– Am Display kann man die aktuellen Messwerte ablesen.– Einige dieser Anzeigen können auch kommunizieren, daher eignen sich
diese Art von Geräten für best practical und state-of-the-art monitoring.
Beispiel für ein Anzeigegerät (Quelle: Chauvin Arnoux)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 76
StromzählerUmsatzzähler
– Umsatzzähler werden von Energieversorgungsunternehmen oder Gebäudeeigentümern verwendet, die die Zähler zur Abrechnung einsetzen.
– Sie werden nur selten zur Datenerfassung in Monitoringsystemen eingesetzt, sie können allerdings Daten zum Gesamtenergieverbrauch liefern.
Beispiel eines Umsatzzählers (Quelle: Itron)
Supported by: www.efficient-datacenter.eu 77
StromzählerLeistungsmessumformer
– Leistungsmessumformer sind Geräte ohne Display, die permanent mit der Schaltanlage verbunden sind.
– Die Geräte werden in Systemen verwendet, die Messungen von unterschiedlichen Messpunkten im Rechenzentrum benötigen.
Beispiel eines Leistungsmessumformers (Quelle: Chauvin Arnoux)