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Eine Themenbeilage der Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG powered by: RECHENZENTREN UND INFRASTRUKTUR KOMPONENTEN, KABEL, NETZWERKE 2014 Energiewende 1: Welche Normen die USV-Auswahl prägen Seite 4 Green IT: Wie umweltfreundlich ein Rechenzentrum sein kann Seite 6 Kühlung 1: Wo ein RZ Wärme in Büro und Wohnung bringt Seite 12 Kühlung 2: Was vor dem Kauf eines Klimasystems zu prüfen ist Seite 14 Business Continuity: Warum USV-Systeme einzubeziehen sind Seite 18 Energiewende 2: Wie Wasserstoff- Verbrennung beim Sparen hilft Seite 21 Infrastruktur 1: Wie Leipzig den Worst Case verhindern will Seite 23 Infrastruktur 2: Wo 3000 Netzwerk- ports mit 10 Gigabit werkeln Seite 25 www.rechenzentren-infrastruktur.de Was uns Utah zu sagen hat

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Eine Themenbeilage der Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG

powered by:

RECHENZENTREN UND INFRASTRUKTURKOMPONENTEN, KABEL, NETZWERKE

Ⅰ2014

Energiewende 1: Welche Normen die USV-Auswahl prägenSeite 4

Green IT: Wie umweltfreundlich ein Rechenzentrum sein kannSeite 6

Kühlung 1: Wo ein RZ Wärme in Büround Wohnung bringtSeite 12

Kühlung 2: Was vor dem Kauf eines Klimasystems zu prüfen istSeite 14

Business Continuity: Warum USV-Systemeeinzubeziehen sindSeite 18

Energiewende 2: Wie Wasserstoff-Verbrennung beimSparen hilftSeite 21

Infrastruktur 1: Wie Leipzig den WorstCase verhindern willSeite 23

Infrastruktur 2: Wo 3000 Netzwerk-ports mit 10 GigabitwerkelnSeite 25

www.rechenzentren-infrastruktur.de

Was uns Utah zu sagen hat

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W as haben das Utah Data Center, Moore’sLaw und die Mondlandung gemeinsam?

Keine Sorge – wir möchten Sie nicht mit dervermeintlichen Überraschung des Jahres2013 nerven, dass wir doch tatsächlich allebis auf das letzte Bit ausspioniert werden.Es geht um essenzielle Leistungsdaten, diein dieser Beilage eine ganz besondere Rollespielen.

Rechenzentren sind Stromfresser. Für eineMillion US-Dollar pro Monat soll die Server-farm im Mormonenstaat Energie verbrauchen.Genug, um eine Stadt mit 20ˇ000 Einwohnernmit Strom zu versorgen. 100ˇ000 bis 150ˇ000Quadratmeter Raum für Server und 65 Mega-watt Strom sowie 4500 Liter Kühlwasser solldie Anlage brauchen – „pro Minute“, schreibtder Spiegel. „Die Baukosten werden auf 1,5bis 2 Milliarden Dollar geschätzt“. Man seinicht sicher, ob die Kosten für IT-Hardwareenthalten sind.

Man muss deshalb kein Öko-Verfechtersein, um das Thema Energie und Stromversor-gung so wie wir ganz besonders zu mögen –womit wir beim ersten Thema wären: „Siche-rer Strom für die IT“ heißt es wegen der Ener-giewende aus aktuellem Anlass in den Newsauf Seite 4. Welche Faktoren bei der Wahleiner USV heutzutage zu berücksichtigen sind,hat Michael Schumacher von Schneider Elect-ric für uns zusammengefasst.

Wo es auf unterbrechungsfreie Stromver-sorgungen ankommt, stellt sich automatischdie Frage, ob Rechenzentren überhaupt eineumweltfreundliche Zukunft haben können.Roel Castelein von The Green Grid wagt abSeite 6 die Antwort: Acht Schritte seien Ex-perten zufolge nötig, um Rechenzentren zugrüner IT zu verhelfen.

Der Neubau, über den Peter Wäsch vonSchäfer IT-Systems ab Seite 12 berichtet,kann zugegebenermaßen nicht mal demPförtnergebäude vom Utah Data Center dasWasser reichen, das allein 14 Millionen US-Dollar gekostet haben soll. Aber seine Küh-lung bringt Wärme in Büro und Wohnung –Energieeffizienz aus einer Hand sozusagen.

Bleiben wir beim Thema Kühlung: Drumprüfe, wer sich ewig bindet, schreiben Stephan

Hülskamp und Sebastian Beyer von Stulzauf Seite 14. Angesichts steigender Strom-preise kann ihren Erfahrungen nach ein prü-fender Blick auf die Klimatechnik, etwa inForm eines sogenannten Witness-Tests, nichtschaden.

Warum ein zukunftsfähiger Business-Continuity-Plan die USV-Systeme unbedingteinbeziehen muss, hat Dr. Peter Koch vonEmerson Network Power auf Seite 18 heraus-gefunden. Denn Stromausfälle sind zwar sel-ten, Spannungsschwankungen jedoch nicht.

Jörg Rosengart von Equinix ist davonüberzeugt, dass eine Brennstoffzelle den Primärenergiebedarf eines Rechenzentrumsum ein gutes Viertel senken kann, was er aufSeite 21 zum Gegenstand seines Beitragsmacht. In Modellprojekten hätten sich Einspa-rungen von 600ˇ000 Kilowattstunden jähr lichergeben.

Bürgernah geht es ab Seite 23 zu: MichaelNicolai und Patricia Späth von Rittal berichtenüber das Rechenzentrum für das Landrats-amt im Landkreis Leipzig. Um einen WorstCase zu verhindern, hat die Behörde ihreDaten für den gesamten Landkreis nach neu-esten Erkenntnissen zentralisiert.

Kommen wir zum Schluss und werfeneinen noch detaillierteren Blick hinter die Ku-lissen. Uwe Scholz, freier Journalist aus Ber-lin hat sich Switches für High PerformanceComputing im Europäischen Labor für Mole-kularbiologie in Heidelberg näher angeschaut.Viele der 3000 Netzwerkports dort werdenmit 10 Gigabit Ethernet betrieben, wo einServercluster aus 2500 Knoten Anschlussfindet (Seite 25).

Vergleicht man, mit welcher rudimentä-ren EDV-Technik die ersten Amerikaner 1969auf dem Mond gelandet sind und was heut-zutage Smartphones leisten, kann man sichgrob vorstellen, wohin die technische Reisekünftiger Rechenzentren in Europa gehenwird. Für Otto-Normalanwender gibt es nureinen Weg, sich dem digitalen Exponential-drift zu entziehen: Den Ausschalter drückenund die Natur genießen, solange beide funk-tionieren.

Thomas Jannot

Was Rechenzentren in Zukunft leisten werden

EDITORIAL

3Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

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BUNTE PDUS

Wider menschliches Versagen

E iner Aussage des Uptime Institute zufolge gehen praktisch alle un-geplanten RZ-Ausfälle auf menschliches Versagen zurück. Um die

Fehlerrate zu senken, will Raritan durch farbige Power DistributionUnits (PDUs) und Netzkabel für mehr Klarsicht sorgen. Die Komponen-ten gibt es nicht nur im üblichen Schwarz, sondern auch noch in Rot,Blau, Grün, Magenta, Orange, Gelb, Weiß, Braun, Grau und Hellblau.

Laut Raritan mache es der konsequente Einsatz einer Farbe indicht besiedelten Racks leichter, die Komponenten zu unterscheiden.Gerade bei vielen integrierten Servern sei diese Differenzierung wich-tig, um Fehler zu vermeiden. Durch unterschiedliche Farben lasse sichdie Rollenverteilung der verschiedenen PDUs bei jeder Beleuchtungs-situation auf einen Blick erfassen. Die farblich passenden Netzkabelzeigen an, welcher Server von welchem Feed mit Strom versorgt wird.

D ie Strompreisentwicklung für die deutsche Industrie ist alarmie-rend: Laut einer Statistik des Bundesverbandes der Energie- und

Wasserwirtschaft vom Mai 2012 sind allein in Deutschland zwischen2001 und 2011 die Strompreise um 117 Prozent gestiegen. Dabei giltes zu beachten: Das aktuelle Urteil des Oberlandesgerichts Düssel-dorf, das die Netzentgeltbefreiung für energieintensive Betriebe ab-schafft, betrifft sowohl die Industrie als auch große Rechenzentren.Dies führt zu Mehrkosten und kann im schlimmsten Fall die Wettbe-werbsfähigkeit eines Unternehmens gefährden.

Gleichzeitig soll im Zuge der Energiewende der gesamte Energie-bedarf bis 2050 zu 80 Prozent aus erneuerbaren Energien gedeckt

werden. Das birgt auch für die IT von Unternehmen neue Herausfor-derungen: Steigende Energiepreise und die zunehmende Wahrschein-lichkeit von Netzstörungen gefährden den effizienten Betrieb von Rechenzentren. Denn erneuerbare Energiequellen sind nicht zwangs-läufig rund um die Uhr verfügbar. Betreiber sollten daher ihre Infra-struktur ganzheitlich betrachten und eventuell modernisieren.

Dreierlei USV-Typen

Gefährlichste Bedrohung sind nicht einmal die länger andauerndenAusfälle: Zu 47 Prozent basieren Systemabstürze im Unternehmen aufVersorgungsstörungen im Zehntelsekundenbereich. Abhilfe schaffenhier verlässliche und optimal auf die Last abgestimmte Unterbre-chungsfreie Stromversorgungen (USV). Wobei USV nicht gleich USV ist.Denn ist die Entscheidung für eine Unterbrechungsfreie Stromversor-gung einmal gefallen, bleibt noch die Wahl des richtigen Modells. Dieverschiedenen Arten von USV-Systemen unterscheiden sich hinsicht-lich ihrer Leistungsmerkmale.

Das sorgt bei den Betreibern von Rechenzentren für Verwirrung.Denn viele IT-Verantwortliche denken nur an zwei USV-Arten: an Off -line/Standby und Online arbeitende Systeme. Nach der USV-Klassifi-zierung gemäß EN62040-3 werden aber drei Klassen unterschieden:VFD (ehemals Offline), VI (ehemals Line-Interactive) und VFI (ehemalsOnline).

4 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

NEWS UND NORMEN

Sicherer Strom für die IT Welche Faktoren bei der Wahl einer USV zu berücksichtigen sind

Ohne Zweifel gehört eine USV in jedes Rechenzentrum. Zu groß ist andernfalls die Gefahr, dassSpannungsschwankungen zu Ausfällen führen. In Zukunft kann es durch die Energiewende zu weiterenProblemen kommen. Damit die jeweils passende USV angeschafft werden kann, die zudem effizient mit Energie umgeht, gilt es einige Eckpunkte und gängige Normen zu beachten.

Dreiphasige USV-Systeme sichern die Stromversorgung kritischer Anwendungen in Rechenzentren, Gebäuden und Industrieanlagen (Abb. 1).

Quelle: Schneider Electric

VERANSTALTUNGSTIPP: NETWORK’14

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Unter dem Motto „Die IT Fabrik – IT Services definieren – automati-sieren – integrieren“ bietet die zweitägige Veranstaltung im Con-

gress Center Leipzig (29. – 30. April 2014) Keynotes, Workshops undTrainings, Praxisbeispiele aus erfolgreichen Projekten sowie die Vor-stellung aktuellster Produktneuheiten in der Fachausstellung. Abgerun-det wird der Event durch die 20-Jahre-Jubiläums-Geburtstagsparty desVeranstalters, der FNT GmbH, im Pantheon Leipzig. Das Forum richtetsich an Entscheider, Interessenten und Experten aus den BereichenService Management, ITIL, Infrastruktur- und Netzwerkmanagement, IT

Operations, Telekommunikation sowieRechenzentrumsmanagement. WeitereInformationen und Anmeldung unterwww.network14.de

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Für den sicheren und leisen Schutz der Computer am Arbeitsplatzreichen VFD-USV-Systeme aus, meist in Form kleiner Standgeräte. Sieeignen sich für die Spannungsversorgung von verteilten Servern undsind wegen der Möglichkeit zum Einbau in 19-Zoll-Racks die am häu-figsten eingesetzte USV-Art. Bei größeren Anwendungsszenarien, wiezum Beispiel bei Serverräumen und kompletten RZ ab circa zehn Ki-lovoltampere und einem dreiphasigen 400 Volt-Starkstromanschluss,werden VFI-Systeme eingesetzt. Sie versprechen ein gutes Aufbereitender Netzwechselspannung und gefallen bei korrekter Dimensionierungauch im Teillastbereich durch einen hohen Wirkungsgrad.

Zum Sichern der Stromversorgung im kleinen Leistungsbereich bisetwa 1,5 Kilovoltampere kommen meist Geräte der Kategorie VFD, VIoder VFI zum Einsatz. Die technischen Lastanforderungen bestimmendabei, welche USV mit welcher Klassifizierung eingesetzt werden soll-te. Aus Gründen der Energieeffizienz eignen sich VFD-USV-Geräte miteinem Wirkungsgrad von bis zu 99 Prozent am Besten, gefolgt von VI-USV mit einem Wirkungsgrad von 95 bis 98 Prozent und VFI-USV-Sys-temen mit 90 bis 96 Prozent.

Entscheidungshilfe Wirkungsgrad

Weitere Optimierungspotenziale des VFI-USV-Wirkungsgrades unddamit geringere Verluste und Kosten bietet der ECO-Mode. Dabei wirddie angeschlossene Last über den internen Bypass der USV direkt vomNetz versorgt. Gleich- und Wechselrichter sind raus, sodass das GerätStrom spart. Bei Netzstörungen und -ausfällen muss die Last unter-brechungsfrei vom Wechselrichter und den Batterien versorgt werden.Dieser Prozess erfolgt dann in zwei bis vier Millisekunden.

Trotz aller Optimierungen am USV-Wirkungsgrad muss die Wär-meentwicklung der Geräte im Rahmen des Lüftungs- und Klimakon-zepts berücksichtigt werden. Bei VFD- und VI-USV-Anlagen ist derStandort aufgrund der sehr guten Wirkungsgrade und der eher gerin-gen Leistung durchaus zu vernachlässigen. Eine 200-Kilowatt-VFI-USV mit einem Wirkungsgrad von 95 Prozent besitzt jedoch eine Ab-wärme von maximal zehn Kilowatt bei Volllast. Hier sollten Anwenderdann auf eine aktive Kühlung in Form einer Klimaanlage zurückgrei-fen, die jedoch wiederum Energie benötigt und die Effizienz beein-trächtigen kann.

Generell entscheidend für die Effizienz der USV-Systeme ist ihreoptimale Auslastung. Diese liegt bei einer N-Konfiguration in der Regelbei circa 70 Prozent und bei einer 2N-Konfiguration bei 35 Prozent.Auch konstante und verträgliche Umgebungsbedingungen für die Bat-terien spielen eine wichtige Rolle, da sie temperaturempfindlich sind.

Optimale Betriebspunkte

USV-Anlagen sollten zudem bei niedriger (circa 20 bis 25 Prozent) wieauch hoher (bis 100 Prozent) Auslastung im Rechenzentrum gleicher-maßen hohe Wirkungsgrade, das heißt geringe Verluste, erzielen. Jehöher der Wirkungsgrad, umso geringer sind die Energieverluste unddie Hitzebildung. Das bedeutet eine bessere Energieeffizienz, beson-ders bei USV-Anlagen, die im Bereich mehrerer hundert Kilowatt odereinigen Megawatt liegen.

Die verlässliche Last-Leistungsermittlung und damit das passendeDimensionieren der USV bereiten Entscheidern häufig Schwierigkei-ten. Bei Installationen im kleineren Leistungsbereich mit einer über-schaubaren Anzahl zu versorgender Komponenten sind die Folgeneiner Überdimensionierung meist tragbar. Bei eigenbetriebenen En-terprise- oder auch Co-Location-Rechenzentren ist die Dimensionie-rung jedoch auf Wachstum ausgelegt.

Oft ist eine große Einzelblockanlage zu Beginn oder gar währendder gesamten Nutzungsdauer gering ausgelastet – was zu unnötigenVerlusten führt. Die Alternative sind modulare, skalierbare USV-Anla-gen. Das Stichwort ist „Pay as you grow“: Für den vorbereiteten An-lagenrahmen werden erst bei Bedarf die notwendigen Leistungs- undBatteriemodule angeschafft.

Michael Schumacher,Senior Systems Engineer, Schneider Electric

Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014 5

NEWS UND NORMEN

Der Wechsel hin zu erneuerbaren Energien kann RZ-Betreiber vorHerausforderungen stellen, da es zu Ausfällen kommen kann(Abb. 2).

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D ie Experten von The Green Grid haben eine Liste von acht Schrit-ten zusammengestellt, die Organisationen in eine umweltfreund-

liche Zukunft führen:

Schritt 1: Schaffen Sie Bewusstsein für Green IT Finden Sie die „grünen Krieger“ im IT-Team, die eine Leidenschaft fürdas Thema entwickelt haben. Schaffen Sie Anreize dafür, laufendgrüne Innovationen zu identifizieren und umzusetzen. Schulen Sie Mit-arbeiter darin, Energie zu sparen und grüne Routinen zu etablieren.

Schließen Sie sich einer grünen IT-Organisation an, um von aktu-ellem Know-how über Strategien, Techniken und Initiativen zu profi-tieren. The Green Grid bietet beispielsweise die Vernetzung mit füh-renden Experten, Schulungen, eine jährliche Konferenz sowie einebreite Palette von Whitepapers über aktuelle Erkenntnisse und Trendsfür seine Mitglieder.

Planen Sie mit Ihrem Personalverantwortlichen eine unterneh-mensweite IT-Kampagne, die grüne IT-Ziele bekanntmacht und denAnwendern Tipps für den Alltag gibt – wie der Einsatz des Eco-Modusin den Geräten, das Reduzieren des Papierverbrauchs, das Ausschal-ten von nicht verwendeten Geräten und so weiter. Nutzen Sie interneSocial-Media-Kanäle, um Awareness zu generieren und Wissen zuverbreiten. Und schließlich: Feiern Sie Ihre Erfolge.

Schritt 2: Messen Sie die Effizienz des RechenzentrumsWie gut steht das Rechenzentrum in Bezug auf Green IT im Vergleichzu anderen da? PUE (Power Usage Effectivness) hat sich zur weltweitakzeptierten Methode entwickelt, mit der Betreiber von Rechenzentrendie Energieeffizienz ihrer Infrastruktur messen und verbessern kön-nen. Die von The Green Grid entwickelte Metrik bestimmt die Energie-menge, die von einem Rechenzentrum und der IT darin benötigt wirdund arbeitet mit zwei Kennwerten: Die PUE und die Datacenter Infra-structure Efficiency (DCiE). Der PUE-Wert setzt die im gesamten Re-chenzentrum verbrauchte Energie ins Verhältnis mit der Energieauf-nahme der Rechner und errechnet sich aus dem Quotienten underrechnet sich aus dem Quotienten der beiden Werte. Mit dem PUE-Wert wird also die Effizienz des Energieeinsatzes ermittelt. PUE-Wertevon 3 und darüber bedeuten, dass das Energiekonzept des Rechen-zentrums nicht effizient ist, denn dann werden zwei Drittel der einge-setzten Leistung für Wärme und Wärmeabführung aufgewandt und nurein Drittel für den Betrieb der Rechner. Wenn sich das Verhältnis derZahl eins nähert, ist das Rechenzentrum sehr effizient.

Mit dem DCiE-Wert wird der Wirkungsgrad der im Datenzentrumeingesetzten Energie bewertet. Die beiden Werte berechnen sich ausder gesamten eingesetzten Energie und der Leistung der IT-Geräte.Wobei die DCiE der Kehrwert von PUE ist, also 1/PUE. In der Gesamt-energie enthalten sind die Energie für die Schaltanlagen, die unter-brechungsfreie Stromversorgung (USV), die Batterien und so weiter,sowie die Energie für Kühlung, Klimaanlage, sämtliche IT-Geräte,Rechner, Speicher, Telekommunikations- und Peripheriegeräte.

Mit dem Online-Rechner The Power Usage Effectiveness Estimatorkönnen Daten über den geschätzten Stromverbrauch der Komponen-ten in einem Rechenzentrum eingegeben werden, um den PUE der An-lage zu ermitteln. Die Ergebnisse der PUE-Schätzung lassen sich alsPDF- oder CSV-Dateien speichern. Dazu kommt eine URL für die spä-tere Referenz

Schritt 3: Denken Sie in die Zukunft

Um ihre grüne IT-Strategie zu optimieren, müssen Organisationenstrategisch über jede Phase des Lebenszyklus ihrer Rechenzentrennachdenken. Auf diese Weise können sie das Risiko von Komplikatio-nen in späteren Stadien minimieren. Das Entwicklungsteam eines Re-chenzentrums ist in der Regel zuständig fürs Planen und Gestaltenkritischer Infrastruktursysteme. Anlagenbetreiber sind meist erst nachder Planungsphase beteiligt. Damit die Systeme jedoch nach der In-betriebnahme effizient weiterarbeiten können, ist es von entscheiden-der Bedeutung, dass die Betreiber in diesen frühen Phasen beteiligtwerden. Nur wenn sie über das nötige Hintergrundwissen verfügen,können sie effektiv arbeiten.

6 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

GREEN-IT

In acht Schritten zu grüner ITUmweltfreundliche Zukunft für Rechenzentren

Rechenzentrums-Manager und CIOs stehen vor einem breiten Angebot von Strategien und Produktangebotenfür grüne IT. Anstatt nur neue grüne IT-Ausstattung zu kaufen, empfehlen Fachleute zusätzlich bestehendeAnlagen und Ressourcen zu optimieren und ein Szenario zu entwerfen, wie grün die Organisation sowohl kurz-als auch langfristig sein soll.

Verschiedene Metriken helfen beim Bewerten der „grünen“Eigenschaften des Rechenzentrums (Abb. 1).

Quelle: The Green Grid

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Das „An Integrated Approach to Operational Efficiency and Reliabi-lity“ informiert über die ersten Planungs- und Konzeptionsschritte desLebenszyklus eines Rechenzentrums und bietet praktische Vorlagensowie Werkzeuge, um bei diesem Prozess zu helfen. Dazu kommenInformationen rund um die Phasen Planung, Bau und Inbetriebnahmesowie zur zeitlichen Abfolge der einzelnen Maßnahmen.

Rechenzentren, die bereits in Betrieb sind, können nach den Krite-rien des Data Center Maturity Models – DCMM von The Green Grid be-wertet werden. Es zeigt auf, was in welchem Zeitrahmen in Bezug aufStromversorgung, Kühlung, Rechnerumgebung, Speicher und Netzwerksinnvoll und machbar ist. Das Modell wurde entwickelt, damit Anwen-der Leistung messen, Reifegrade bestimmen und laufende Schrittesowie notwendige Innovationen für mehr Energieeffizienz und Nach-haltigkeit identifizieren können. Das Modell berücksichtigt Faktoren wieEnergiebedarf und -versorgung des Rechenzentrums, Kohlenstoff undWasser-Nutzung, Elektroschrott und Nachhaltigkeit von Gebäuden.Zudem arbeitet es mit den Metriken CUE, WUE und PUE.

Schritt 4: Beobachten Sie das Umfeld

Vier verschiedene Bereiche gilt es im Auge zu behalten, die Auswir-kungen auf Green IT haben:– Gesetzliche Regelungen – relevante freiwillige Mechanismen– finanzielle Anreize für Investitionen in den jeweiligen Ländern sowiefür den Einsatz von kohlendioxidarmen Technologien

– Verfahren sowie die Regelungen, die in Bezug auf Energie und Koh-lendioxid typischerweise zu zusätzlichen finanziellen Belastungenführen.

Da es sehr zeitaufwändig ist, alle Vorschriften im Auge zu behalten undherauszufinden, wie sie sich auf die einzelnen Geschäftsfelder auswir-ken, hat The Green Grid einen Bericht zusammengestellt, der Rechen-zentren auf die Auswirkungen der aktuellen und geplanten Verände-rungen im regulatorischen Umfeld vorbereitet. Dadurch können Siediese Regelungen budgetieren und für Wettbewerbsvorteile nutzen.

Der Report „Energy Policy Research & Implications For Data Cen-tres In EMEA“ portraitiert die wesentlichen Mechanismen der Energie-politik in zwölf wichtigen EMEA-Ländern – Großbritannien, Spanien,Frankreich, Niederlande, Deutschland, Schweiz, Italien, Russland, Süd-afrika, Saudi Arabien, Katar und die Vereinigten Arabischen Emirate –sowie EU- und internationale Politik. Beispiele für relevante deutsche Bestimmungen sind:– Gesetzliche Verpflichtungen: Beispielsweise Bestimmungen derBundesregierung im Rahmen des Integrierten Energie- und Klima-schutzprogramms (IEKP). Diese Bestimmungen verlangen zuneh-mend höhere Standards zur Energieeinsparung. Dadurch werden

neugebaute Rechenzentren immer wirtschaftlicher und ältere Anla-gen immer weniger wettbewerbsfähig.

– Finanzielle Anreize: Das Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz, das kom-merzielle Möglichkeiten und Anreize für Rechenzentren bietet, ins-besondere für Kälte-Kopplung zur Kühlung des Rechenzentrums.

Bei einer immer komplizierteren Gesetzgebung und Regulierung in derEuropäischen Union bietet der Code of Conduct for Data Center EnergyEfficiency der Europäischen Kommission ein stabiles Fundament undOrientierung für die Eigentümer und Betreiber von Rechenzentren. Ex-perten warnen davor, dass durch die komplexe Mischung aus nationalenund europäischen Gesetzen sowie durch EU-Vorschriften, die in natio-nales Recht zu unterschiedlichen Zeiten in unterschiedlichen Mitglieds-staaten umgesetzt werden, Organisationen den Anschluss an die Ein-haltung von Best Practices bei Ressourceneffizienz verlieren können.

Nationale Gesetzgebung und Verordnungen der Europäischen Unionüberschneiden sich oft, aber sie können auch widersprüchlich seinoder unnötige zusätzliche Komplikationen bedeuten. Einige Gesetzesind in bestimmten Bereichen ihrer Zeit voraus, während sie in ande-ren Bereichen hinterherhinken. Zum Beispiel hat Deutschland bereitsneue Gesetze über die Besteuerung von Strom und die Finanzierungvon erneuerbaren Energien eingeführt. Das britische Carbon ReductionCommitment enthält bereits viele Elemente der europäischen Gesetz-gebung. In diesem Durcheinander stellt der Code of Conduct einenStandard dar, der sich bewährt hat, und wertvolle Orientierung für dieBetreiber von Rechenzentren zu bewährten Praktiken bietet. Beson-ders für diejenigen, deren Organisationen IT-Umgebungen über meh-rere Länder hinweg betreiben.

Der Code of Conduct, der im November 2008 vorgestellt wurde, in-formiert Betreiber und Eigentümer von Rechenzentren und regt siedazu an, den Energieverbrauch kostensparend zu verringern, ohneKompromisse bei geschäftskritischen Funktionen in Rechenzentrenund IT-Umgebungen einzugehen. Ziele sind es, sowohl das Verständ-nis für Energienachfrage zu verbessern, bewährte Methoden für Ener-gieeffizienz zu empfehlen als auch Zielsetzungen für die Verringerungdes Verbrauchs vorzuschlagen.

Die Richtlinie wird bis Juni 2014 in nationales Recht in allen Mit-gliedstaaten der EU umgewandelt. Das zeigt, wie sehr die EU die Be-mühungen unterstützt, um IT-Umgebungen grüner zu machen undwertvolle Klarheit sowie ein einheitliches Bild der europäischen Politikfür Organisationen im gesamten Kontinent zu schaffen – vor allem inden Schwerpunktbereichen der Richtlinie der Gebäude- und Facility-Renovierung, Zielsetzung und Energie-Berichtspflichten. Der Code ofConduct wird entscheidend sein, damit Organisationen sich in diebestmögliche Position bringen können, um der Richtlinie nachzukom-men, sobald sie in den jeweiligen Ländern in Kraft treten wird.

Schritt 5: Bleiben Sie cool, ganz natürlich

Öffnen Sie die Türe und nutzen Sie die kostenlose Kühlung durch fri-sche Luft. Detaillierte Kühlungs-Landkarten zeigen, mit wie vielenStunden kostenfreier Kühlung Rechenzentren in Europa, Japan undNordamerika pro Jahr rechnen können, wenn sie luftseitige Economi-ser einsetzen. Die leicht lesbaren Karten stehen frei zum Downloadzur Verfügung. Damit kann man sein Rechenzentrum orten und die po-tenzielle Zahl der Stunden ermitteln, an denen teure und energie -intensive Kühlungsmaschinen ausgeschaltet werden können.

Untersuchungen zeigen, dass die Betreiber von Rechenzentren, diemit Economisern arbeiten, bei der Kühlung durchschnittlich 20 Prozentan Kosten, Energie und CO2-Emissionen einsparen können im Ver-gleich zu Rechenzentren ohne Economiser.

8 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

GREEN-IT

Das DCMM zeigt, was in welchem Zeitrahmen in Bezug aufFaktoren wie Stromversorgung, Kühlung oder Rechnerumgebungsinnvoll machbar ist (Abb. 2).

Quelle: The Green Grid

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Die Karten wurden als Reaktion auf neue Kriterien der AmericanSociety of Heating, Refrigeration und Air conditioning Engineers(ASHRAE), die im letzten Jahr neue Richtlinien für die „empfohlene“und „zulässige“ Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Rechenzentrenveröffentlichte, aktualisiert. Die Spezifikation bildet zwei neue Klassi-fikationen von Rechenzentren und erweitert das Spektrum der zuläs-sigen Umgebungsbedingungen, um Energieeffizienz-Praktiken wieluftseitige Economisation zu fördern.

Schritt 6: Genießen Sie die Wärme

Die derzeitigen Annahmen über die Toleranz gegenüber Hitze undFeuchtigkeit von Geräten in Rechenzentren beruhen auf Praktiken ausden 1950er-Jahren. Das Ergebnis: Eine unnötige Verschwendung vonRessourcen und CO2. Untersuchungen belegen, dass Rechenzentrenbei deutlich höheren Temperaturen und Luftfeuchtigkeit betriebenwerden können, ohne Einfluss auf die Ausfallraten der Geräte.

Schritt 7: Finden Sie Eco-Modus-Techniken

Heute arbeiten viele Geräte mit Eco-Modus, aber die meisten Nutzersind sich dieser großartigen Ressource nicht bewusst. Stellen Sie si-cher, dass Ihre Mitarbeiter den Eco-Modus nutzen – nicht nur bei Lap-tops und Monitoren, sondern auch in einer USV (UnterbrechungsfreieStromversorgung). Untersuchungen wie „Evaluation of Eco Mode inUninterruptible Power Supply Systems“ belegen, wie der Eco-Modusdie Effizienz von Rechenzentren und die gesamte Power Usage Ef-fectiveness verbessern kann, wenn er fachgerecht eingesetzt wird.

Zwei wichtige Punkte müssen Eigentümer und Betreiber von Re-chenzentren berücksichtigen, bevor sie Eco-Modus-Technologie ein-setzen:

–ˇStromverteilung: Es ist äußerst wichtig,die Umschaltzeit für eine Eco-Modus-USV an das Stromversorgungs-Ride-Through oder eine statische Um-schaltzeit anzupassen. Betreiber vonRechenzentren sollten die Stromver-teilung innerhalb ihrer Rechenzentrenanalysieren und sich von ihren USV-Herstellern vor der Implementierungdes Eco-Modus beraten lassen.

–ˇStromqualität des Anbieters: Der Eco-Modus der USV erfordert ein akzep-tables Niveau der Netzstromqualitätund es muss innerhalb der Span-nungstoleranz aller Geräte liegen, umdie USV im bestmöglichen Bereichbetreiben zu können.

Schritt 8: Optimieren Sie das Recycling Was tun mit ausgemusterter Elektronikund Geräten? Eine ganze Generationvon Geräten, die im Rechenzentrums-Boom der 90er-Jahre angeschafft wur-den, erreicht nun das Ende ihrer Le-bensdauer. Unternehmen setzen zudemimmer mehr elektronische Geräte ein.Deshalb werden sie zunehmend mit der

Frage konfrontiert, wie man diese Geräte verantwortungsvoll entsor-gen kann. Das verstärkt den Druck auf die IT-Manager.

Das Wichtigste ist es, den sogenannten eWaste zu analysieren:Welche Elemente gehen zur „vollständigen Wiederverwertung“, wel-che zu „Teilverwertung“, „Recycling“ oder „Abfall“? Zu ausrangierterElektronik und elektrischen Geräten – kurz Elektronikschrott – gehö-ren beispielsweise Computer, Fernseher, mobile Geräte, Home-Enter-tainment-Produkte, Spielzeuge und sogar Geräte wie Kühlschränkeund Herde.

Um Organisationen dabei zu helfen, die Verwertung ihrer elektroni-schen Geräte zu messen, sobald diese das Ende ihrer derzeitigen Ver-wendung erreicht haben, hat The Green Grid die Electronics DisposalEfficiency (EDE) Metrik entwickelt. Sie berechnet Prozentsätze – aufder Grundlage von Einheiten oder Produktgewicht – von ausgemus-terten Geräten, die keine Verwendung mehr finden oder kaputt sindund von bekannten verantwortlichen Stellen entsorgt werden.

Damit können Unternehmen ihre Fortschritte bei den Entsorgungs-prozessen im Zeitverlauf berechnen und messen. So bekommen Or-ganisationen Management-Prozesse an die Hand, die das Leben vongebrauchter IT verlängern und das Recycling von Materialien maxi-mieren. Gleichzeitig reduzieren sich die Müllmenge für die endgültigeEntsorgung und die Auswirkungen auf die Umwelt auf jeder Stufe derWiederverwendung und bei EOL-Prozessen.

Bei der Definition von EDE hat The Green Grid auf das umfassendeKnow-how von Experten für IT-Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeitzurückgegriffen sowie Hilfe von Organisationen in Anspruch genom-men, wie der „Solving the E-waste Problem“ (StEP) Initiative, die zueinem akademischen Zweig der United Nations, der United NationsUniversity gehört.

Roel Castelein,Marketing Committee Vice Chair, The Green Grid

10 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

GREEN-IT

Detaillierte Kühlungs-Landkarten zeigen, mit wie vielen Stunden kostenfreier KühlungRechenzentren pro Jahr rechnen können (Abb. 3).

Quelle: The Green Grid

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Page 11: ix.0214.b.001 14.01.14 12:39 Seite 1 Ⅰ RECHENZENTREN UND ... · April 2014) Keynotes, Workshops und Trainings, Praxisbeispiele aus erfolgreichen Projekten sowie die Vor- stellung

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D er Ort Ibach befindet sich in unmittelbarer Nähe zu Schwyz, demHauptort des Kantons Schwyz, und ist unweit des Vierwaldstät ter

Sees gelegen. Dort errichtete das Elektrizitätswerk des BezirksSchwyz AG (EBS) 2012 neue Büroräume, Wohnungen und ein neuesRechenzentrum, das den Großteil der IT-Aufgaben des Unternehmensübernimmt. Über redundante Singlemode-Glasfaserleitungen wurde esan das Wide Area Network (WAN) der EBS angebunden, unter anderemauch an das bisherige Rechenzentrum im Hauptort Schwyz. Seit derNeubau eröffnet wurde, übernimmt dieses Backup-Funktionen.

Während die EBS, selbst Energieversorger, das neue RZ plante,stand das Thema Energieeffizienz oben auf der Prioritätenliste. WernerKälin, Leiter Nachhaltige Energie bei der EBS, entwickelte daherzusam men mit verschiedenen Fachplanern und dem Generalunterneh-mer Dätwyler Cabling Solutions ein Konzept, das auf eine energieeffi-ziente, nachhaltige Lösung mit dem bestmöglichen Kosten-Nutzen-Verhältnis abzielt und zugleich hohe Verfügbarkeit, Ausfallsicherheitmit einer modernen Sicherheitstechnik in Einklang bringt.

Ein wichtiger Baustein des Konzepts ist das effiziente Klimatisierendes Rechenzentrums. Die IT-Geräte sind in acht Server- und vier Netz-werk-Racks untergebracht, die mit einer energieeffizienten Kaltgang-einhausung samt Glasdächern und -schiebetüren umschlossen wur-den. So reduziert sich das effektiv zu kühlende Luftvolumen und damit

der erforderliche Energiebedarf. Als Lieferanten für Racks und Einhau-sung schlug der Generalunternehmer im Rahmen des Gesamtauftragsden Hersteller Schäfer IT-Systems vor. Schäfer kann nicht nur dieRacks, sondern auch die Einhausungselemente aus einer Hand liefern.Vorteil: Die Schiebetüren der Einhausung passen. Dies ist Vorausset-zung dafür, dass das Klimakonzept in der Praxis funktioniert.

Kühlung bei niedriger Raumhöhe

Die Klimageräte sind für eine redundante elektrische Leistung und füreine redundante Kühlleistung von je 20ˇKilowatt (kW) ausgelegt und las-sen sich unter beiden Aspekten modular bis zu 40ˇkW ausbauen. Dawegen der beschränkten Raumhöhe kein Doppelboden errichtet wer-den konnte, wird die Kühlleistung von schmalen In-Row-Kühlern zwi-schen den Serverracks erbracht, die wiederum über redundant aus-gelegte Kompressoren und ein Kaltwassernetz gespeist werden.

Überwacht wird der autarke Serverraum mithilfe eines Rack-Ma-nagement-Systems (RMS). Die In-Row-Kühler sind drehzahlgesteuert,das heißt, sie blasen nicht immer auf voller Leistung. Stattdessen er-halten sie vom RMS die Information, wie viel kalte Luft aktuell in denRacks benötigt wird. So wird unnötiger Stromverbrauch vermieden.

RMS, Reihenkühler und Einhausung spielen also zusammen beimReduzieren der für die Klimatisierung notwendigen Energiemenge. DasRechenzentrum arbeitet auch deshalb energetisch nachhaltig, weil esdie unvermeidliche Abwärme clever nutzt: Es befindet sich in einemGebäude, das mehr als 20ˇWohnungen plus Büroräume beherbergt.Dadurch, dass die Wärmetauscher im Heizungsraum stehen, ist dieAbwärme aus dem Rechenzentrum ohne Umwege für den Boiler ver-fügbar, der die Wohnungen heizt und mit Warmwasser versorgt. Dabeiwird eine Dauerleistung von sechs bis acht Kilowatt erreicht. Fallsdiese im Sommer nicht benötigt wird, kann sie über einen Außenküh-ler ins Freie abgeführt werden.

Installation ist nicht alles

Aus Sicht der EBS habe sich beim Bau des neuen Rechenzentrums dieZusammenarbeit mit einem Generalunternehmer bewährt, bemerkt derProjektmanager. Ihm sei jedoch auch sehr deutlich geworden, „wiewichtig das Nachher ist“, also der tägliche Betrieb der Komponenten,die der Generalunternehmer installiert hat. Für IT-Verantwortliche alsAnwender ist es weniger interessant, ob bei der Installation alles glatt-geht, sondern eher die Frage: Was ist in drei, fünf oder in sieben Jah-

12 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

KÜHLUNG

Kühlung bringt Wärme in Büro und WohnungEnergieeffizienz aus einer Hand

Mitte 2012 errichtete das Elektrizitätswerk des Bezirks Schwyz AG (EBS) ein neues Rechenzentrum. Im Rahmendes neuen Klimakonzepts soll mit Abwärme geheizt werden. Der Generalunternehmer realisierte das Konzept,indem er unter anderem Seitenkühler, eine Kaltgangeinhausung und ein Rack-Management-System einsetzte.

Der EBS-Neubau in Ibach, Standort des neuen Rechenzentrums(Abb.ˇ1)

Foto: M

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Page 13: ix.0214.b.001 14.01.14 12:39 Seite 1 Ⅰ RECHENZENTREN UND ... · April 2014) Keynotes, Workshops und Trainings, Praxisbeispiele aus erfolgreichen Projekten sowie die Vor- stellung

ren? Wenn Probleme auftreten, nachdem die Arbeit des Generalunter-nehmers getan ist, würden Wartungsverträge mit den Herstellern be-deutender, so der Projektmanager. Mit Blick auf zukünftige Projekte er-klärt er, es sei ein Riesenvorteil, wenn sich ein Hersteller schon beimAngebot mit einem guten Wartungsvertrag ausweisen könne.

Den After-Sales-Support von Schäfer IT-Systems hat der IT-Verant-wortliche im Zuge des Projekts bereits schätzen gelernt: Als das RMS

im neuen Ibacher RZ konfiguriert wurde, traten Fragen auf. Dieseseien vom Support des Herstellers kompetent und auf kurzen Wegengelöst worden. Aufgrund dieser positiven Erfahrung sei eine Zusam-menarbeit mit Schäfer IT-Systems bei künftigen Projekten für ihndurchaus denkbar.

Peter Wäsch, Vertriebsleiter, Schäfer IT-Systems

KÜHLUNG

Alle Racks sind in einerKaltgangein hausung mit Glasdächern und

-schiebetüren unter gebracht(Abb.ˇ2).

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Server-Rack und In-Row-Kühler von Schäfer

IT-Systems (Abb.ˇ3)

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E ntscheidet sich ein RZ-Betreiber für eine bestimmte Rechenzen-trumskühlung, geht er damit eine lange Bindung zu Hersteller und

Produkt ein. Nun ist Papier aber geduldig – was sich nicht selten auchbei Leistungsangaben von Klimageräten bewahrheitet. Zwar sind dietechnischen Spezifikationen grundsätzlich durch die „Prüfung zurFeststellung der Gesamtkühlleistung“ nach DIN EN 14511 geregelt.Anbieter neigen naturgemäß jedoch dazu, ihre Anlagen in einem mög-lichst positiven Licht erscheinen zu lassen.

Oftmals besteht deshalb ein nicht unerheblicher Unterschied zwi-schen Theorie und Praxis. Mehr Gewissheit schaffen hier praxisnaheLeistungstests unter standardisierten Prüfbedingungen. Da Rechenzen-trumskühlung ein hochbezahltes Gut ist, summieren sich versteckteMinderleistungen leicht zu Investitionsbeträgen in Höhe von mehreren

Hunderttausend Euro. Hinzu kommt: Steigende Energiepreise lassen dieBetriebskosten für eine mäßig abgestimmte RZ-Klimatisierung hoch-schnellen. Stimmen die angegebenen Leistungs- und Wirkungsgrad-werte des Klimasystems nicht, können in der Folge hohe Stromkostenentstehen – und dies über Jahre hinweg. Aus diesem Grund erwartengerade Kunden aus dem professionellen Rechenzentrumsumfeld mitt-lerweile absolute Transparenz von ihren Klimaherstellern.

Individuelle Prüfung liefert zuverlässige Leistungsdaten Die Leistungswerte einer Klimalösung werden maßgeblich von derQualität der verwendeten Klimakomponenten, den Betriebspunkten

KÜHLUNG

Die Prüfeinrichtung für Klimatechnik bietet zweiseparate Klimakammern und vier Konditionierungs -

anlagen (Abb.ˇ1).

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bHDrum prüfe, wersich ewig bindet Herstellerangaben vor dem Kauf eines Klima systems überprüfen lassen

Präzisionsklimasysteme bleiben meist über einen Zeitraum vonzehn oder mehr Jahren im Einsatz. Natürlich wird erwartet, dassdie Angaben zu Kühlleistung und Stromverbrauch der Anlage auch eingehalten werden. Angesichts steigender Strompreiseschadet ein prüfender Blick auf die Klimatechnik, etwa in Formeines sogenannten Witness-Test, also nicht.

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von Teillastsystemen wie Verdichtern und Lüftern und natürlich vonden jeweiligen Umgebungsbedingungen bestimmt. Temperatur undLuftfeuchte von Zu- und Abluft sowie die zu kühlenden Abwärmemen-gen beeinflussen Kälteleistung und Energieverbrauch. Doch diese Fak-toren unterscheiden sich von Rechenzentrum zu Rechenzentrum. Umdie RZ-Klimatisierung schon beim Planen optimal zu dimensionieren,verlangen IT-Kunden deshalb zunehmend einen genauen Nachweisder Klimaleistungsdaten. Einige Hersteller reagieren auf diese Forde-rungen und bieten ihren Kunden individuelle Leistungstests an, soge-nannte Witness-Tests.

Auf rund 700 Quadratmeter Fläche betreibt beispielsweise Stulz inHamburg eine Prüfeinrichtung für Klimatechnik. Ausgerüstet mit zweiseparaten Klimakammern und insgesamt vier Konditionierungsanlagen

stellt die Testanlage eine Kälteleistung von bis zu 1000 kW im Rück-kühlerbetrieb bereit und erreicht einen Luftvolumenstrom von 55.000Kubikmetern pro Stunde. Kunden erhalten hier Aussagen über Leistungund Energieverbrauch ihrer Klimalösungen. Und dies völlig unabhängigdavon, ob das geplante Rechenzentrum künftig in London, Hongkongoder Dubai stehen soll: Rücklufttemperatur und andere Betriebspara-meter können im Testcenter individuell simuliert werden.

Leistungsmessung als wichtige Planungshilfe Das messtechnische Überprüfen im Testcenter unterstützt Fachplanerund Betreiber beim passgenauen Auslegen der Klimatechnik. Die Do-

KÜHLUNG

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kumentation gilt außerdem als technischerNachweis über Kühlleistung und Energieeffi-zienz. Mit einem Anteil von 30 bis 50 Prozentam Gesamtenergieverbrauch eines Rechen-zentrums ist die Kühlung einer der entschei-denden Energieverbraucher. Stimmt die Di-mensionierung nicht, sind im nachfolgendenBetrieb hohe Energieeffizienzwerte quasinicht zu erreichen. Gerade diese spielen

heute aber in Form von festen Vorgaben eineentscheidende Rolle. So etwa bei PUE-Werten(Power Usage Effectiveness).

Im europäischen Ausland gehören Leis-tungstests nach individuellen Kundenvorga-ben mittlerweile zum Standardprozedere. Dabeispielsweise in England die Verbindlichkeitvon Leistungsangaben strenger geregelt ist,verschaffen sich Fachplaner und Betreiber

über kundenspezifische Witness-Tests bereitsim Vorfeld Gewissheit über die Leistungs- undEnergieverbrauchsdaten der RZ-Kühlung. EinTrend, der sich auch in Deutschland durch-setzt – denn auch hierzulande möchten Be-treiber sicher sein, dass sie exakt die Kälte-leistung erhalten, für die sie zahlen.

Kalkulationssicherheit in Sachen Energiekosten Das Testcenter ist zugelassen für Prüfungennach DIN EN 14511 (Leistung von Luftkondi-tionierern, Flüssigkeitskühlsätzen und Wär-mepumpen), EN 1216 (Wärmeaustauscher –Luftkühler und Lufterhitzer für erzwungeneKonvektion) und ISO 9614 (Schallleistungspe-gel). Die Testläufe unter kundenspezifischenBedingungen zeigen die Kälteleistung der Klimatisierungslösungen im Feldeinsatz undgeben Kunden damit Kalkulationssicherheitbeim Berechnen der zu erwartenden Energie-kosten.

Zur Leistungsermittlung stehen dabei dasKalorimeter- oder das Luft-Enthalpieverfah-ren zur Wahl. Beide Prüfungsmethoden sindin der Norm zugelassen. Beim Luft-Enthalpie-verfahren wird die Leistung über den Luftvo-lumenstrom und die dazugehörigen Ein- undAustrittsbedingungen der Luft bestimmt. DasKalorimeter-Verfahren wird ebenfalls für dieLeistungsbestimmung eingesetzt, eignet sichjedoch gut für die Simulation von Teillast -bedingungen im Rahmen sogenannter Full-Load-Tests.

Kundenspezifische TestszenarienIm Stulz-Testzentrum stehen Anwendern dreiwesentliche Testszenarien zur Verfügung: derKonditionierungsbetrieb, die Simulation einerRZ-Kühlung mit Kalt-Warmgang-Einhausungund der Umweltsimulationsbetrieb für dieDarstellung von Außenluftbedingungen. AlleTests können mit variablen Wärme- und Luft-

16 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

KÜHLUNG

oben: Im Konditionierungsbetrieb simuliert die Klimakammer eine Doppel -boden-Klimatisierung mit variablerWärmelast und spezifischen Luftfeuchte -werten (Abb.ˇ2).

Quelle: Stulz GmbH

links: Seitenkühler eignen sich speziellfür kleine und mittelgroße Rechenzentren.Die konsequente Trennung von Kalt- undWarmluft mittels Kaltgangeinhausungmacht zusätzlich hohe Energieein -sparungen möglich. (Abb.ˇ3).

Quelle: Stulz GmbH

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Page 17: ix.0214.b.001 14.01.14 12:39 Seite 1 Ⅰ RECHENZENTREN UND ... · April 2014) Keynotes, Workshops und Trainings, Praxisbeispiele aus erfolgreichen Projekten sowie die Vor- stellung

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Der Konditionierungsbetrieb entsprichtdem üblichen Standardtest, hier werdenalle wichtigen Leistungsdaten dokumen-tiert. Das Testszenario simuliert dabei eineherkömmliche Rechenzentrumsklimatisie-rung mit oder ohne Doppelboden. Im Um-weltbetrieb sind die Temperaturen in einemBereich von -20 bis +55 Grad Celsius freiregelbar. Die Messdaten stehen anschlie-ßend in der Leitwarte in Echtzeit zur Verfü-gung und können dort ausgegeben undanalysiert werden.

Simulation eines Seiten kühler-SystemsIn den letzten Jahren hat sich aufgrund sei-ner energetischen Vorteile das Kaltgang-Warmgang-Prinzip bewährt. Die konsequen-te Trennung von Kalt- und Warmluft mittelsEinhausung verhindert eine chaotische Luft-führung, also ein Vermischen der warmenAbluft der Server mit der bereits herunter-gekühlten Raumluft. Dieses Prinzip reduziertnicht nur den Klimastromverbrauch, sondernermöglicht auch das optimale Steuern derRücklufttemperaturen.

Dank der separaten Klimakammern las-sen sich im Prüfcenter von Stulz komplette

Kältesysteme im Verbund, also als Gesamt-system mit Innen- und Außengeräten prü-fen. Die Kammern eins und zwei werdendazu miteinander gekoppelt. In der erstenKlimakammer wird durch die Konditionie-rungsanlagen die gewünschte Wärmelasterzeugt – diese entspricht der erwartetenIT-Last des Rechenzentrums – und durchdas zu prüfende Innengerät herunterge-kühlt. Die Innengeräte können dabei sowohlals Kompressor- (DX) oder als Kaltwasser-System (CW) ausgeführt sein. In der zwei-ten Klimakammer lassen sich ergänzenddie jeweils länderspezifischen Außenbedin-gungen simulieren, um die Wärmeabfuhrüber Rückkühler oder Kaltwassersätze dar-zustellen.

Alles in allem sind RZ-Betreiber undFachplaner gut beraten ihre Hersteller stär-ker in die Pflicht zu nehmen. Das gilt be-sonders, wenn es im Rahmen von Projektenum hohe Gerätestückzahlen geht. Hiermacht sich die Investition in einen Leis-tungstest schnell bezahlt. Dabei geht esnicht nur um den reinen Leistungsnach-weis, denn auch die Begleitdokumentationzum Witness-Test stellt einen bleibendenMehrwert dar. Sie kann im späteren Re-chenzentrumsbetrieb noch gute Diensteleisten, etwa als Grundlage für die Parame-trierung der RZ-Kühlung.

Dipl. Ing./Wirt. Ing. Stephan Hülskamp, Leiter Prüfstand, Stulz GmbH

Sebastian Beyer, Stellvertretender Leiter Prüfstand,

Stulz GmbH

Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

KÜHLUNG

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Dipl. Ing./Wirt. Ing. Stephan Hülskampleitet den Prüfstand des in Hamburgansässigen Unter nehmens Stulz und istüberzeugt, dass Kunden vom Test ihrerKlimasysteme profitieren.

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Sebastian Beyer kümmert sich alsstellvertretender Leiter des Prüfstandsunter anderem darum, dasskundenspezifische Anforderungengetestet werden.

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D ie Energieversorgung ist in Deutschland stabil, anders sieht es je-doch bei der Stromqualität aus: Spannungsschwankungen sind

keine Seltenheit. Sie können – ganz gleich wie unbedeutend sie aucherscheinen mögen – genau wie Stromausfälle die gesamte Infrastruk-tur und alle Prozesse im Unternehmen zum Stocken bringen. Zumin-dest dann, wenn die Systeme nicht durch eine unterbrechungsfreieStromversorgung (USV) gesichert sind. Im Störungsfall übernehmendie USV-Systeme die Stromversorgung, sorgen für eine gleichbleiben-de Stromqualität (Spannung und Frequenz) und wenden so Ausfälleund deren Folgen ab. Damit ein USV-System jederzeit einsatzbereit ist,müssen klare Vorschriften im Business-Continuity-Plan festgehaltenwerden.

Emerson Network Power hat die Daten von mehr als 3000 USV-Systemen ausgewertet. Die Ergebnisse waren überraschend: JedesUSV-System hat pro Jahr über 1500 Zwischenfälle in der Stromver-sorgung abgefangen. Paradoxerweise ist die außerordentlich hoheLeistungsfähigkeit der USV-Systeme auch der Grund dafür, dass beimErstellen von Business-Continuity-Plänen für Rechenzentren die Ge-fahren durch mögliche Stromausfälle meist erheblich unterschätzt unddaher wenig berücksichtigt werden.

USV-Systeme: Unbemerkt im Dauereinsatz

Denn die meisten Turbulenzen in den Stromnetzen werden von denUSV-Systemen so routiniert und zuverlässig abgefangen, dass Störun-gen im Stromnetz in der Business-Impact-Analyse nicht auftauchen.Der Grund hierfür ist einfach: In der Regel dauern potenziell schädli-che Spannungsabweichungen nur wenige Millisekunden. Ein Störfallwird aber erst wahrgenommen, sobald die externe Stromzufuhr fürüber eine Sekunde unterbrochen wird. Das ist aber nur bei wenigerals zehn Prozent aller Störfälle so. Wird die Energieversorgung fürmindestens eine Sekunde unterbrochen, steigt die Wahrscheinlichkeitfür einen länger anhaltenden Stromausfall rasant an. USV-Systemekönnen in dieser Situation die Stromversorgung für wenige Minutenoder sogar mehrere Stunden übernehmen. Es bleibt in der Regel alsogenügend Zeit, um auch größere Stromausfälle weitgehend unbescha-det zu überstehen, die Last geordnet herunterzufahren oder einen Die-selgenerator zu starten.

Um im Falle eines Falles gerüstet zu sein, sind bereits im Vorfeldgrundlegende Entscheidungen zu treffen: Wie ist im Störfall zu reagie-ren? Ab wann soll die Last heruntergefahren werden? Wenn ein Gene-

rator zur Verfügung steht, ist bereits zu Beginn der Planung zu ent-scheiden, ab wann dieser startet und die Stromversorgung übernimmt.Beim Festlegen der Spezifikationen, der Ausrüstung und der Abläufemuss die Wahrscheinlichkeit eines wiederholten Einsatzes eines USV-Systems berücksichtigt werden. Es ist dafür zu sorgen, dass die Batte-rie ausreichend geladen ist, wenn das USV-System im Einsatz war.Dies gilt natürlich auch für Fälle, bei denen ein Dieselgenerator bezie-hungsweise eine Wasserstoff-/Brennstoffzelle zum Einsatz kommt. DerStart dieser Zusatzsysteme verbraucht Batteriestrom und kann unterUmständen länger dauern als die oft zitierten zehn Sekunden Anlauf-zeit. Nach einem längeren Einsatz sollte das USV-System deshalb um-fangreich gewartet werden.

Vorgehen im Störfall genau planen

Im schlimmsten Fall dauert ein Stromausfall mehrere Stunden. Da dasAufladen der Batterien der USV-Systeme dann in der Regel zu langedauern würde, ist es besser, die Batterien zu ersetzen. Im Business-Continuity-Plan kann festgelegt werden, in welchem Umfang Ersatz-

18 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

ENERGIEVERSORGUNG

Energieversorgung imRechenzentrum sichernWarum ein Business-Continuity-Plan die USV-Systeme mit einbeziehen muss

Stromausfälle sind heutzutage selten, Spannungsschwankungen hingegen nicht. Dennoch wird dasSicherstellen einer unterbrechungsfreien Stromversorgung sowie eine geeignete Notfallplanung in Business -Continuity-Plänen häufig nicht berücksichtigt. Dabei lohnt es sich, bereits vor einem Störungsfall allenotwenigen Schritte festzuhalten, um im Ernstfall gerüstet zu sein.

War ein USV-System bei einem Stromausfall im Einsatz, sollte es anschließend geprüft werden – was ebenfalls durch den Business-Continuity-Plan geregelt werden sollte (Abb.ˇ2).

Foto: Emerson Network Power

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batterien permanent vorzuhalten sind. Ist zum Überbrücken eines län-geren Stromausfalls außerdem der Einsatz eines Dieselgenerators vor-gesehen, muss stets genügend Kraftstoff vorhanden sein und derDieseltank rechtzeitig wieder aufgefüllt werden. In einem Business-Continuity-Plan ist deshalb Verschiedenes festzulegen: Neben den si-tuativen, also in einer Notfallsituation anfallenden Aufgaben, auch diepermanent notwendigen Vorsorgemaßnahmen und die Materialien, diejederzeit verfügbar sein müssen. Nur so können Notfallmaßnahmenplanmäßig greifen und durchgeführt werden. Es empfiehlt sich hierfüreine Analyse der Umstände, der Ausführung und der anstehenden Auf-gaben. Dabei treten die wichtigsten Herausforderungen für ein Unter-nehmen deutlich zutage.

Generatoren: Fehlerquellen beseitigen und regelmäßig warten Auch die oftmals einer USV vorgeschalteten Generatoren bergen Feh-lerquellen. Das können kaputte, fehlerhafte oder leere Batterien fürderen Start sein sowie zu wenig Kühlmittel oder defekte Sensoren.Des Weiteren ist der Generator eventuell irrtümlicherweise nicht aufAutostart, sondern auf Handbetrieb eingestellt. Oder es wurde der Not-halt in Folge einer Wartung oder eines Service-Einsatzes ausgelöstund nicht wieder zurückgesetzt. Um diese Fehler zu umgehen, sollteder Business-Continuity-Plan eine regelmäßige Wartung inklusiveÜberprüfen des Dieseltanks, der Batterie und des Generators vor-schreiben. Ob diese Aufgaben von einem unternehmenseigenen War-tungsdienst oder einem externen Dienstleister übernommen werden,spielt dabei keine Rolle.

24/7-Service: Überwachen, warten, reparieren

Erfahrungsgemäß warten externe Dienstleister USV-Systeme im Allge-meinen zuverlässiger und in jedem Fall korrekt. Ein externer War-tungsdienst kann in der Regel Fehler wie das Unterbleiben des Zu-rücksetzen des Systems nach einem Alarm, fehlerhafte Schaltungenoder den Verschleiß einzelner Komponenten auch per Fernüberwa-chung aufdecken. So lassen sich beispielsweise ein Spannungsabfallder Batterien oder fehlerhafte Einstellungen der Systeme entdecken.

Für extrem kritische Rechenzentren stellen externe Dienstleister inder Regel eine 24/7-Fernüberwachung bereit. Service-Teams stehenrund um die Uhr zur Verfügung und können Störungen oder Problemeumgehend beheben. Das ist insbesondere für Unternehmen mit meh-reren weltweit verteilten Standorten interessant. Denn so ist eine ein-heitliche Business Continuity für alle Niederlassungen möglich. Ausge-wiesene Techniker prüfen hierbei kontinuierlich das gesamte System,von den Messwerten des Generators bis hin zu den einzelnen Schalternund nehmen ein Gros der Wartungsmaßnahmen per Fernzugriff vor. Fürnotwendige Vor-Ort-Einsätze bringen die Techniker dank Fernüberwa-chung bereits das notwendige Wissen inklusive der benötigten Werk-zeuge und Ersatzteile mit, um eine schnelle Reparatur zu garantieren.Damit ist gewährleistet, dass eine Störung schnellstmöglich mit nurgeringem Aufwand behoben wird.

Infrastrukturmanagement reduziertStromausfälle Werden die IT- und die physische Infrastruktur ausreichend gemanagtund gewartet, können Stromausfälle zumindest teilweise vermiedenwerden. Denn die zunehmende Virtualisierung erhöht die Dynamik undsomit auch die Lastschwankungen im Rechenzentrum. Dies führt zu

einem deutlich stärker variierenden Strombedarf und die Gefahr vonAusfällen und Störungen steigt erheblich. Wissen Rechenzentrumsver-antwortliche hingegen, wann und wo ihre Ressourcen belastet wer-den, können sie bereits frühzeitig gegensteuern, indem sie beispiels-weise die Lastverteilung verändern.

Zum Sicherstellen der Business Continuity reichen gängige Lösun-gen für das Infrastrukturmanagement deshalb nicht aus. Es bedarfvielmehr einer Lösung, die ein umfassendes Management der gesam-ten Infrastruktur erlaubt – also sowohl der IT- als auch der Facility-Komponenten. Mit solch einer Lösung für ganzheitliches Data CenterInfrastructure Management (DCIM) lassen sich die kritischen Wech-selbeziehungen im Rechenzentrum erfassen und managen. Sie be-zieht in Echtzeit gemessene Daten mit ein und berücksichtigt bei-spielsweise auch die Änderungen der virtuellen Infrastruktur underlaubt somit ein dynamisches Optimieren der gesamten RZ-Infra-struktur.

Anpassen des Business-Continuity-Plans

Auch wenn ein Business-Continuity-Plan beim Erstellen umfassend undvollständig erscheint, können im Laufe der Zeit weitere Aspekte hinzu-kommen. Tritt der schlimmste Fall ein und die unterbrechungsfreieStromversorgung springt im Störfall nicht an, ist der Grund dafür häufigmenschliches Versagen oder ein Fehler beim Vorbereiten und Planender Business Continuity. Ist dies der Fall, müssen auch für diesen imbestehenden Plan geeignete Maßnahmen enthalten sein. Denn die Ur-sachen für das Versagen von Generatoren oder USV-Systemen sind inder Regel vorhersehbar und bei richtiger Planung nahezu komplett ver-meidbar – vorausgesetzt, der Business-Continuity-Plan berücksichtigtauch die Stromversorgung hinreichend. Dann ist sichergestellt, dassUSV-Systeme und Generatoren stets einsatzbereit sind und im Notfalldie Stromversorgung übernehmen. Werden zusätzlich mithilfe einermodernen DCIM-Lösung sowohl IT- als auch Facility-Rechenzentrums-komponenten überwacht, lassen sich Schwankungen in der Stromver-sorgung ausgleichen, noch bevor es zu relevanten Unterbrechungenund Ausfällen kommt.

Dr. Peter Koch, Sr. VP Engineering & Product Management,

Racks & Integrated Cabinets, Emerson Network Power

20 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

ENERGIEVERSORGUNG

Dr. Peter Koch rätdringend dazu,

USV-Systeme vonBeginn an in

einen Business-Continuity-Planaufzunehmen –nur so sei ein

Unternehmen imNotfall gerüstet.

Foto: Emerson Network Power

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R echenzentren in Deutschland nutzen etwa 1,8 Prozent der ge-samten Strommenge. Dabei gehört die Branche nicht zum pro-

duzierenden Gewerbe und ist somit nicht von der Stromsteuer befreit.Aufgrund der EEG-Umlage steigen die Preise stetig weiter, bereitsjetzt sind die Kosten je Kilowattstunde Strom in Deutschland fastdoppelt so hoch wie anderswo. Gerade deshalb wächst der Druck aufRechenzentrumsbetreiber, innovative Wege bei der Energieversor-gung zu gehen.

Zwar steigt auch die Energieeffizienz, unter anderem dank regel-mäßiger Produktneuheiten im Serverbereich. Die meisten Kilowatt-stunden werden jedoch benötigt, um Nebeneffekten der laufendenStromeinspeisung entgegenzuwirken. Eine besondere Rolle spielenhierbei das Kühlen und der Brandschutz. Im Dauerbetrieb überhitzen-de Kabel und Platinen sind ein nicht zu unterschätzender Gefahren-herd. Die Folgen eines Brandes in einem Rechenzentrum wären fürden Betreiber und die betroffenen Kunden verheerend. Ein vorbeugen-des Planen des Brandschutzes im Rechenzentrum ist daher ein Muss.

Phosphorsäure-Brennstoffzelle im RechenzentrumAbhilfe gegen steigende Stromkosten und die in Rechenzentren per-manente Brandgefahr verspricht eine Phosphorsäure-Brennstoffzelle(PAFC). Sie kann Schwankungen im Netz absichern und Notstrom be-

reitstellen. Immer mehr Unternehmen bauen kleinere standortnaheKraftwerke, die Unabhängigkeit von Strompreis und eine gleichblei-bende Stromqualität gewährleisten. Die Brennstoffzelle bietet hierbeiden Vorteil, dass sie auf saubere Weise Energie, Wärme und Klimakäl-te erzeugt und das System individuell an die jeweilige bestehende Si-tuation angepasst werden kann.

Aufgrund ihrer umweltfreundlichen Emissionen fanden Brennstoff-zellen erste Verwendung beispielsweise beim Militär oder im Raum-fahrtprogramm der NASA. Hier dienten sie zur Energieversorgung derApollo-Mondmissionen und auch später im Shuttle-Programm. EinVorteil war dabei, dass die Brennstoffzelle nicht nur elektrische Ener-gie, sondern als Folge der chemischen Reaktion auch Wasser liefert,das in den Lebenserhaltungssystemen der Space Shuttles verwendetwerden kann.

Energieeffizientes Kleinkraftwerk

Auch die Funktionsweise einer im RZ eingesetzten Brennstoffzellefolgt dabei einem klaren Muster zum Erzeugen von Strom: In einemersten Schritt wird der Wasserstoff aus dem eingespeisten Erd- oderBiogas gewonnen und in die Brennstoffzelle geleitet. Dort spalten sichWasserstoffmoleküle an der Anode in ihre Atome auf. Jedes Atom gibtein Elektron ab, das über einen elektrischen Leiter, bestehend aushochkonzentrierter Phosphorsäure auf einer Polytetrafluorethylen-Struktur, zur Kathode wandert. Auf diese Weise wird durch eine che-mische Reaktion Strom erzeugt.

An der Anoden-Seite bleiben Wasserstoff-Ionen (H+) zurück. Auf derKathodenseite teilt sich Sauerstoff, dessen Atome jeweils zwei Elektro-nen aufnehmen, sodass negativ geladene Sauerstoff-Ionen (O2-) ent-stehen. Nachdem die Wasserstoff-Ionen von der Anode zur Kathode ge-wandert sind, entsteht dort Wasser (H2O). Ebenso entsteht während derchemischen Reaktion thermische Energie, die sowohl zu Heizzweckenals auch mittels Absorptionsanlagen zur Kühlung eingesetzt werdenkann. Dadurch erreichen Brennstoffzellen – bei optimalem Einsatz derTechnik – eine Energieeffizienz von bis zu 85 Prozent.

Beim Verbrennen und Erzeugen von Strom innerhalb der Phosphor-säure-Brennstoffzelle entsteht neben reinem Wasser auch Stickstoff(N2). Was normalerweise als Abfallprodukt gelten würde, kann im Re-chenzentrumsbetrieb wiederum zum Brandschutz dienen: Der übrigeStickstoff wird über das Klimasystem der Anlage in den entsprechen-den Bereich eingeleitet. Die Sauerstoff-Konzentration wird gezielt aufbeispielsweise 15 Volumenprozent abgesenkt. Kabel und Platinen kön-

Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014 21

ENERGIEVERSORGUNG

Wasserstoff-Verbrennungerzeugt EnergieBrennstoffzellentechnik im Rechenzentrum

Stromversorgung, Klimatisierung und Brandschutz stellen große Aufgabenbereiche im Rechenzentrums -betrieb dar. Ein neuartiges Brennstoffzellen-System kann alle drei Felder abdecken und so Energie sparen.In Modellprojekten zeigten sich Einsparungen von 600.000 Kilowattstunden jährlich.

Nachrüstbar: Eine Phosphorsäure-Brennstoffzelle lässt sich auchnachträglich an ein vorhandenes Rechenzentrum anschließen(Abb. 1).

Quelle: Equinix Deutschland

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nen bei dieser Konzentration nicht mehr in Brand geraten. Zum Ver-gleich: Die normale Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft liegtbei zirka 21 Volumenprozent. Die Begehbarkeit der Bereiche bleibtweitestgehend erhalten, das Risiko von Folgeschäden im Gegensatzzur Wasserlöschung oder zu modernen Gaslöschanlagen wird mini-miert. Das Einspeisen von stickstoffreicher Luft hat zudem keine Aus-wirkung auf Material oder Funktionsfähigkeit der Hardware.

Auswirkung auf die Ökobilanz des RechenzentrumsGrundsätzlich fügt sich die Brennstoffzelle gut in die Stromversor-gungsstrategie des Standorts ein, hilft beim Klimatisieren der Räumeund trägt darüber hinaus ihren Teil zur Brandvorsorge bei. Dadurchkönnen mehrere hundert Tonnen Kohlendioxid pro Jahr eingespartwerden, was zur Nachhaltigkeit des Systems beiträgt und somit dieEnergieeffizienz sowie die Ökobilanz des gesamten Rechenzentrumspositiv beeinflusst.

Erste Pilotprojekte rechnen beispielsweise mit gut 800.000 Kilo-wattstunden (kWh/a) an erzeugtem Strom im Jahr sowie weiteren ein-gesparten 600.000 kWh/a an eigenproduzierter Wärme oder Kälte. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den Primärenergiebedarf um biszu 24 Prozent zu reduzieren und die CO2-Bilanz des Rechenzentrumsum 150 Tonnen im Jahr zu verbessern – ein Vorteil, der sowohl demBetreiber als auch möglichen Colocation- oder Managed-Service-Kun-den zugutekommt.

Umrüsten durch externen Aufbau

Die beschriebene Phosphorsäure-Brennstoffzelle mit ihren spezifi-schen Komponenten ist das erste Brennstoffzellensystem der Welt,das in dieser hohen Integrationsstufe in die Infrastruktur eines Re-chenzentrums eingebaut werden kann. Die Brennstoffzelle wird hierzuerst einmal als kompakte Einheit außerhalb des Rechenzentrums auf-gebaut. Bauliche Veränderungen am Gebäude selbst sind damit zu-nächst nicht erforderlich. Das modulare Brennstoffzellen-System isterweiterbar und somit beim Erweitern des Rechenzentrums an dieneuen Bedingungen anpassbar. Abhängig von Systemaufbau und Kon-figuration kann bis zu 90 Prozent der im Energieträger vorhandenenEnergie umgesetzt werden. Der externe Aufbau des Moduls erlaubteine Testphase, bevor die Brennstoffzelle an die Gebäude-Infrastruk-tur, wie etwa Stromversorgung und Klimasystem, angeschlossen wird.

Der Betrieb eines eigenen Brennstoffzellen-Systems lohnt sich vorallem für Einrichtungen, die einen Verbrauch von etwa 100 kW odermehr haben. Liegt zudem ein erhöhter Brandschutz-Bedarf vor und istbereits ein Erd- oder Biogas-Anschluss vorhanden, sind dies optimaleVoraussetzungen für die Installation und den dauerhaften effizientenBetrieb. Dieser erfolgt vollautomatisch, mit Ausnahme der Wartungdes Systems.

Wenige Voraussetzungen für den Betrieb

Im Einsatz erzeugt die Zelle eine Spannung von 400 VAC. Das ausge-stoßene Kohlenstoffdioxid kann für Räume ab 50 Kubikmeter bis hinzu mehreren tausend Kubikmetern genutzt werden. Da das Einspeisennicht direkt über das eigentliche Kernsystem erfolgt, kann die Steue-rung flexibel gehandhabt werden. Neben der Stromerzeugung unddem Einsatz im Brandschutz, kann die Brennstoffzelle über einen zu-sätzlichen Absorber auch Klimakälte erzeugen, die wiederum zumKühlen des Rechenzentrums dienen kann. Beim Einsatz aller dreiMöglichkeiten der Brennstoffzelle – Stromerzeugung, Brandschutz undKlimakälte –, stellt sich schon nach kurzer Zeit ein Return on Invest-ment ein.

Dies erklärt sich zum einen aus der Ersparnis von Netz-Strom zusteigenden Bezugspreisen. Zum anderen wird die Zweitverwendungdes Systems durch das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz begünstigt.Hieraus resultieren Zahlungen des Netzbetreibers an den Betreiber.Einsatz und Wartung herkömmlicher Kühlungs- und Brandschutzsys-teme lassen sich reduzieren, was wiederum Strombedarf und Budgetschont. Durch den externen Aufbau lässt sich die Brennstoffzelle gutin das Sicherheits- und Versorgungssystem eines Rechenzentrumseingliedern.

Recyclebare Komponenten

Ein anderer Vorteil der modularen Bauweise ist das Entsorgen desBrennstoffzellen-Systems. Die Lebensdauer des Gesamtsystems wirdauf etwa 23 Jahre geschätzt. Einzelne Zellen werden nach etwa achtJahren ausgebaut und aufgearbeitet, können anschließend aber weiterverwendet werden. Im Groben besteht das System aus Eisen, Kunst-stoff, Kabeln und Edelmetallen. Die enthaltene hochkonzentrierte Phos-phorsäure muss speziell entsorgt werden. Die restlichen Komponentenlassen sich nach Demontage und Reinigung recyclen. Die Kosten, diedurch das Entsorgen des Systems am Ende seiner Lebensdauer ent-stehen, sind vergleichsweise niedrig, sodass dem Rechenzentrumsbe-treiber am Ende ein Plus, sowohl an Nachhaltigkeit als auch auf derKostenseite, bleibt.

Jörg Rosengart,General Manager, Equinix Deutschland

22 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

ENERGIEVERSORGUNG

In der Praxis bewährt: In diesem Frankfurter Rechenzentrumarbeitet bereits eine Phosphorsäure-Brennstoffzelle in einerProduktivumgebung (Abb. 2).

Quelle: Equinix Deutschland

Jörg Rosengart vonEquinix ist davonüberzeugt, dass

eine Brennstoffzelle den Primärenergie -

bedarf eines RZ um ein gutes Viertel

senken kann.

Quelle: Equinix Deutschland

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L andratsämter übernehmen als Kreisverwaltungsbehörden staatli-che Verwaltungsaufgaben. Die Mitarbeiter greifen für zahlreiche

Aufgaben und Vorgänge wie KFZ-Zulassung, die Ausstellung von Füh-rerscheinen, Gesundheitszeugnissen, die Berechnung von Sozialhilfeoder Arbeitslosenhilfe auf spezielle Anwendungen zu. Zirka 280 Fach-anwendungen hat das Landratsamt Landkreis Leipzig für den Dienstam Bürger im Einsatz. Neben diesen sind in der Behörde klassischeBüroanwendungen, eine IP-Telefonie-Anlage sowie ein Dokumenten-managementsystem zum papierlosen Aktenverwalten am Start. DerBetrieb der Anwendungen und das Speichern der Daten erfolgt imzentralen Rechenzentrum der Behörde. Damit die Ämter als Dienst-leister der Bürger ihren Auftrag erfüllen können, müssen Datenhaltungund Speicherung sowie die programmtechnischen Voraussetzungenmöglichst sicher sein und unterbrechungsfrei arbeiten.

Neue IT-Aufgaben durch Kreisgebietsreform

Für die Datenverarbeitung des Landratsamtes Landkreis Leipzig gabdie Kreisreform Sachsen den Anstoß, über ein zentrales Rechenzen-trum nachzudenken. Im Rahmen dieser Neuordnung wurden zumeinen staatliche Aufgaben auf die Landkreise und Kommunen über-tragen. Zusätzlich wurden die Bundesagentur für Arbeit und der Be-trieb für Grundsicherung und Arbeit zum Kommunalen Jobcenter zusammengeführt und ab dem Jahr 2012 dem Landratsamt angeglie-dert. Zudem kam der Eigenbetrieb Abfallwirtschaft in die Verantwor-tung der Behörde zurück. Zum anderen erhielt der Landkreis einenneuen, deutlich größeren Zuschnitt. In diesem Zusammenhang wurdenkleinere Standorte zu größeren Einheiten zusammengefasst, um denBürgern effiziente und fachlich spezialisierte Services anbieten zukönnen.

Kein Geld ohne Rechenzentrum

Mit der Funktional- und Verwaltungsreform 2008 und den neuen Auf-gaben war abzusehen, dass die Anforderungen an den Rechenzen-trumsbetrieb steigen werden. Mehr Rechnerkapazität war vonnötenund vor allem sollte die Verfügbarkeit der IT verbessert werden. „Un-sere Mitarbeiter könnten keine E-Mails verschicken und keine Unter-lagen ausdrucken; nicht mal telefonieren ginge ohne Rechenzentrum,seit Voice over IP die klassische Telefonanlage ersetzt“, sagt AndreaGörnitz, IT-Leiterin im Landratsamt Landkreis Leipzig.

Während jedoch eine Verzögerung, die beispielsweise die Ummel-dung eines Fahrzeuges betrifft, in den meisten Fällen hinnehmbarwäre, ist bei anderen Prozessen absolute Zuverlässigkeit gefordert:„Besonders hart träfen Störungen Personen, die Leistungen der öf-fentlichen Hand beziehen“, erläutert die IT-Leiterin. „Ohne funktionie-rende IT können Jobcenter und Jugendamt keine Zahlungen auslösen.Das wäre katastrophal für die Betroffenen.“

Für das Landratsamt sollte deshalb nebst einem Technik- undSchaltraum ein sicherer und hochverfügbarer neuer Rechnerraum entstehen, in dem die kleineren Rechnerräume der zahlreichen Au-ßenstellen aufgehen sollten. Zusätzlich wurde in einem anderenBrandabschnitt ein Backup-Rechenzentrum geplant. Hier wird künftigder aktuelle Datenbestand in duplizierter Form vorgehalten, sodass dieBehörde bei einem Totalausfall des Rechnerraumes nahtlos weiterar-beiten kann.

Auf der sicheren Seite mit Raum in Raum

Da das neue Rechenzentrum in einem bestehenden Gebäude unter-gebracht werden sollte, war zunächst eine dem hohen Schutzbedarfentsprechende bauliche Vorbereitung der Räume notwendig. Statt siemit viel Aufwand umzurüsten, entschieden sich IT- und Behördenlei-

Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014 23

Hochverfügbares RZ fürzuverlässige Bürger-ServicesLandratsamt Landkreis Leipzig auf dem Weg zur digitalen Behörde

Wenn das Rechenzentrum ausfällt, ist das Landratsamt Landkreis Leipzig arbeitsunfähig: kein Antrag, keineGenehmigung, keine Auszahlung ohne IT. Um den Worst Case zu verhindern, errichtete die Behörde ein neuesRechenzentrum und zentralisierte dort die Daten für den gesamten Landkreis – ein Projekt mit Modellcharakterfür andere Behörden.

INFRASTRUKTUR

Rund die Hälfte der 150Server, die auf 18 Racksverteilt sind, im neuen

Rechenzentrum istvirtualisiert (Abb.ˇ1).

Foto: Rittal

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tung für eine Raum-in-Raum-Lösung. Wand- und Deckenelemente ausStahlblech und Dämmmaterial sowie ein Doppelboden kleiden denRaum von innen aus und schützen die Systeme darin vor Feuer, Was-ser, Staub und Rauchgas, elektromagnetischen Einflüssen und unbe-fugtem Zutritt.

Für das kleinere Backup-Rechenzentrum mit besonders hohemSchutzbedarf werden zusätzlich zur Raum-in-Raum-Ausstattung Mo-dulsafes eingesetzt. Diese Sicherheitsschränke nehmen in etwa soviele Rechner auf wie ein Rack und versorgen sie auf kleinstem Raummit Funktionen wie Kaltluft, USV und Brandlöschung.

IT-Leiterin Andrea Görnitz informierte sich im Verlauf der Vorpla-nung in einem Krankenhaus des Landkreises darüber, wie sich die an-gebotene Lösung in der Praxis umsetzen lässt. „Die Raum-in-Raum-Lösung hat uns jede Menge Lärm und Schmutz erspart“, sagt dieIT-Leiterin. „Unter dem Strich war für uns entscheidend, dass sie alsGesamtsystem geprüft und zertifiziert ist und die vom Land Sachsengeforderte Zertifizierung nach Grundschutz erheblich vereinfacht hat.“

Sorgsamer Ressourceneinsatz

Weiterhin musste der Rechnerraum mit Racks und den Infrastruktursys-temen für den Rechenzentrumsbetrieb ausgestattet werden. Dabei ver-

ließ sich das Landratsamt ebenfalls auf Produkte von Rittal. Neben USV-und Löschanlage wird auch die Monitoring-Lösung Computer Multi Con-trol (CMC III) des Systemanbieters aus Herborn eingesetzt. Sie über-wacht Parameter wie Luftfeuchte und Temperatur im Rechnerraumsowie die Systeme für Brand- und Zutrittsschutz und alarmiert bei derÜberschreitung von Grenzwerten und Unregelmäßigkeiten IT- und Se-curity-Verantwortliche. Um den Stromverbrauch zum Klimatisieren desRechenzentrums möglichst gering zu halten, wurde eine Lösung mitFreikühlung umgesetzt. Zusätzlich ermöglicht die Einhausung des Kalt-ganges im Rechnerraum, dass die Kaltluft ohne Vermischen mit Warm-luft zu den Servern gelangt. Baubeginn für das neue Rechenzentrumwar Mitte 2011, nur wenige Monate später konnte es in Betrieb genom-men werden. Die Redundanz der bestehenden Rechner-Kapazität hatteden Umzug unter laufendem Betrieb möglich gemacht. Die gesamteHardware konnte weiterverwendet und musste lediglich punktuell er-gänzt und erneuert werden. Kernanwendungen, die beispielsweise Zah-lungen an Bürger zur Aufgabe haben, wurden sicherheitshalber am Wo-chenende migriert. „Damit unser Rechenzentrum von der Fläche herüberschaubar bleiben kann und die IT nicht unnötig Geld kostet, setzenwir auf Verfahren wie Virtualisierung“, erläutert Görnitz. „Von den 150Servern in den 18 Racks ist rund die Hälfte virtualisiert, damit passenum die 20 virtuelle auf einen physischen Rechner.“ Das spart nicht nurPlatz, sondern auch Kosten fur Hardware, Klimasysteme und USV-Ka-pazitat sowie Stromkosten fur den Betrieb.

Schlüssel für das digitale Landratsamt

Inzwischen sind alle Außenstellen des Landratsamtes sicher an dasneue Rechenzentrum angebunden. Mehr als 1500 Mitarbeiter greifenvon allen Standorten des Landkreises zentral auf zirka 280 Fachan-wendungen zu und leisten damit Services für mehr als 265.000 Ein-wohner im Landkreis. Die unabhängigen BSI IT-Sicherheitsaudits, wel-che vom Land Sachsen beauftragt und gefordert werden, findenjährlich seit 2009 nach ISO 27001 auf der Basis von IT-Grundschutzstatt und können nun noch besser durch die IT-Verantwortlichen desLandratsamtes absolviert werden.

Leuchtturm-Projekt für andere Landkreise

„Der vom Land Sachsen eingesetzte Auditor hat unser Rechenzentrumnach Prüfung unseres BSI IT-Sicherheitszustandes nach Grundschutzim Jahr 2013 als Klassenprimus unter den sächsischen Behörden be-zeichnet. Das hat uns ziemlich stolz gemacht“, fasst die IT-Chefin dasErgebnis des Projektes zusammen. Die Qualität der Lösung hat sichin Sachsen herumgesprochen. IT-Verantwortliche anderer Landkreise,auch außerhalb Sachsens, kommen zur Besichtigung und lassen sichzeigen, wie man die hohen Anforderungen an die Sicherheit und Ver-fügbarkeit der Bürger-Daten und Dienste umsetzen und mit einemkosten- und energieeffizienten Rechenzentrumsbetrieb unter einenHut bringen kann. Durch das fertiggestellte Backup-Rechenzentrumsoll sich die Redundanz noch einmal deutlich verbessern. Das i-Tüp-felchen wird dann noch die Erweiterung der Netzersatzanlage für dasgesamte Rechenzentrum sein, so Andrea Görnitz: „Selbst wenn garnichts mehr geht, wird das Landratsamt Landkreis Leipzig ohne Ein-schränkung arbeiten können.“

Michael Nicolai, Abteilungsleiter Technischer

Projektvertrieb, Rittal Patricia Späth,

PR-Referentin IT, Rittal

24 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

INFRASTRUKTUR

Statt mit vielAufwand denbestehenden Raum umzurüsten,entschieden sich IT- und Behörden -leitung für eineRaum-in-Raum-Lösung (Abb.ˇ2).

Foto: Rittal

Andrea Görnitz ist IT-Leiterin im Landratsamt Landkreis Leipzigund betreute den Neubau des Rechenzentrums (Abb.ˇ3).

Foto: Rittal

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A m EMBL in Heidelberg kennt man sich aus mit leistungsfähigenFunktionen auf engstem Raum: Die Experten betreiben Grundla-

genforschung an den kleinsten Elementen des Lebens. Unterstütztwerden die Wissenschaftler durch eine leistungsfähige Rechner- undNetzwerkinfrastruktur, von der einerseits viel Performance gefordertwird und die andererseits bei energetischer Effizienz möglichst wenigPlatz verbrauchen darf.

Das EMBL ist eine Gemeinschaftseinrichtung von zwanzig Mitglied-staaten in Europa. Die Non-Profit-Organisation wird ähnlich wie dasCERN oder die ESA von den Mitgliedsländern finanziert und betreibtdie Forschung in etwa 85 unabhängigen Gruppen an fünf verschiede-nen Standorten. Die Zentrale mit gut 1000 Bediensteten befindet sichin Heidelberg, eine Außenstelle in Hamburg. Hinzu kommen Einrich-tungen in Großbritannien, Frankreich und Italien. Rund 3000 Gastwis-senschaftler besuchen das EMBL jährlich und erweitern den Stamman festangestellten Forschern.

Die vorrangigen Aufgaben des EMBL sind Grundlagenforschung,Ausbilden von Wissenschaftlern und Studenten, Bereitstellen von Ser-vices und in einem aktiven Technologietransfer. Darüber hinaus ent-wickelt die Institution neue Instrumente und Methoden.

Reichlich Rechenleistung, dicke Datenbanken

Es ist offensichtlich, dass der IT in diesem Umfeld eine Schlüsselrollezukommt. Sie bildet das Rückgrat für die Abwicklung sämtlicher Pro-zesse inklusive der Kommunikation zwischen den Wissenschaftlern anden unterschiedlichen Standorten. Darüber hinaus bietet sie auch dieInfrastruktur für die Unterstützung der wissenschaftlichen Forschung.Simulation sowie bildgerechte Aufarbeitung der Daten benötigen einestarke Rechenleistung und machen riesige Datenbanken notwendig.

Jeder Standort des EMBL verfügt über ein eigenes Rechenzentrum,das jeweils mit den übrigen RZ vernetzt ist. Zusätzlich ist die Institutionan das Deutsche Forschungsnetz gekoppelt, das wiederum an das Eu-ropäische Netz angeschlossen ist. 15 Mitarbeiter sorgen in der Heidel-berger IT-Abteilung dafür, dass die Infrastruktur un-terbrechungsfrei für die Wissenschaftler bereitsteht.

Zwar sind die Forschungsergebnisse den Wissen-schaftlern weltweit frei zugänglich, dennoch mussdas EMBL besondere Sicherheitszonen garantieren,etwa bei Personen- oder Finanzdaten. Zusätzlich be-treibt das EMBL eigene Entwicklungen, etwa bei Mikroskopen. Auch diese Daten müssen besondersgeschützt werden.

Für diese umfassenden IT-Dienstleistungen stehtein imposantes Rechenzentrum zur Verfügung: Rund50 herkömmliche Server stehen für die Infrastruk-

turservices, DNS, Druckdienste und so weiter bereit. Darüberhinausarbeitet ein Computercluster mit mehr als 2500 Knoten an den wis-senschaftlichen Aufgaben. Die Ergebnisse werden auf Speicherplät-zen mit insgesamt einem Petabyte Kapazität gelagert.

Umfassende IT-Services

Bereits Mitte der 90er-Jahre stand Netzwerk-Leiter Erich Schechingervor der Aufgabe, die Vernetzung zwischen den RZ-Elementen best-möglich zu strukturieren – damals noch in einem deutlich kleinerenDatenzentrum. Zu dieser Zeit war ein FDDI-Ring mit Hubs in einersternförmigen Verkabelung installiert. „Auch wenn dies damals demStand der Technik entsprach, so haben wir uns bereits Gedanken ge-macht, wie wir den Backbone der Zukunft gestalten wollen“, erinnertsich Schechinger. Zur Auswahl standen etwa FDDI, ATM oder andere

Lösungen. Letztendlich entschied sich das IT-Teamdes EMBL, das Netzwerk komplett auf Ethernet-Kom-ponenten umzustellen.

Gestartet wurde mit 1 Gbit Core-Switches als Back-bone sowie 10/100 Mbit zu den Edge-Komponenten.„Dabei standen zwei Ziele im Fokus“, erklärt Schechin-ger, „ein hochredundantes Netzwerk und hoher Daten-durchsatz – Redundancy und Non-Blocking.“

Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014 25

INFRASTRUKTUR

Schnelle Schalter im NetzSwitches fürs High Performance Computing im Europäischen Labor für Molekularbiologie

Insgesamt 3000 Netzwerkports finden sich am European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg.Etliche davon werden mit 10 Gigabit Ethernet betrieben. Und auch ein Servercluster aus 2500 Knoten findetAnschluss. Ein Blick hinter die Kulissen.

Das EMBL betreibt sein komplettes Netzwerk aufBasis von Chassis-Switches eines einheitlichenHerstellers.

Quelle: Extreme Networks

dem CERN aus der Taufe gehoben, um der Dominanz der USA indiesem Forschungssektor eine europäische Institution gegen-überzustellen. Das bekannteste Beispiel für die am EMBL betrie-bene Forschung ist die Identifikation der Gene, die für denBauplan von Insekten verantwortlich sind. Die EMBL-Wissen-schaftler Christiane Nüsslein-Volhard und Eric Wieschaus wurden1995 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Der Hauptsitz in Heidelberg hält eine ganze Reihe von Kernein-richtungen bereit, die der Arbeit in den Bereichen Lichtmikrosko-pie, Chemische Biologie, Elektronenmikroskopie oder Genomikdienen. Die hier beschäftigten Wissenschaftler konzentrierensich vor allem auf die Unterstützung von Projekten, die vonanderen Forschergruppen entwickelt und durchgeführt werden.

ÜBER DAS EMBLUrsprünglich wurde das im Jahr 1974 gegründete EMBL ähnlich

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Die Technik-Verantwortlichen des EMBL entschieden sich für Swit-ches der Baureihe BlackDiamond 8000 von Extreme. Sie wurde ent-wickelt, um eine große Zahl von Servern für High Performance ClusterComputing (HPCC) miteinander zu verbinden. Die komplette Palette anLayer 2 – 4 Funktionen für IPv4 sowie IPv6 ermöglicht die Aggregationvon Hochgeschwindigkeitsverbindungen und soll Engpässe zwischenCore und Edge verhindern. Gemacht sind die Chassis-basierten Swit-ches für die Anforderungen von mittleren bis hin zu großen Rechen-zentren.

Alles aus einer Hand

Das Netzwerk ruht heute auf zwei BlackDiamond 8900 mit 72 10Gbit/s Interfaces. Die Vernetzung zu den Speichern erfolgt ebenfallsüber 10GbE. Mit der gleichen Geschwindigkeit geht es in die verschie-denen Gebäude des Instituts. Auf dem gesamten Campus sind rund3.000 aktive Ports installiert, verteilt auf 18 Netzwerk-Stacks.

„Wir haben uns bei der Netzwerkinfrastruktur vom Core bis hinzu den Stockwerkunterverteilungen für Extreme-Geräte entschieden.So können wir auf das gleiche Netzwerkbetriebssystem aufsetzenund mit EPICenter beziehungsweise Ridgeline die gleiche Manage-mentplattform nutzen“, erklärt Schechinger die Entscheidung.

Ridgeline ist ein Werkzeug für das Network- und Servicemanage-ment. Es vereinfacht die Konfiguration, das Bereitstellen, das Behe-ben von Fehlern und das Statusmonitoring IP-basierter Netze. Wie-derkehrende Aufgaben lassen sich damit automatisieren. Das Systemzeigt die gesamte Netzwerktopologie, ermöglicht das Firmware- und

Konfigurationsmanagement und unterstützt beim Identitymanage-ment. „Unser Corporate Cluster besteht aus IBM-Blades, die über10GbE mit einem Summit 670 Switch verbunden sind. Die gesamteRechenleistung wird über diesen einen Switch mit hoher Bandbreitebereitgestellt – inklusive Redundanz und Transparenz “, erklärt Sche-chinger. „Damit standen wir in der Anfangsphase am oberen Ende destechnisch Möglichen.“

40G als nächster Schritt

Höchste Priorität hat für das EMBL die Verfügbarkeit des Netzwerkes.Ein noch so kurzer Ausfall könnte unabsehbare Folgen haben. „UnsereMikroskope arbeiten vollautomatisiert mit 1000 Objekten auf Objekt-trägern“, erläutert Schechinger. „Sie generieren einen kontinuierlichenFluss an Daten von lebenden Zellen. Es müssen Bilder gemacht wer-den, die dann auf die Fileserver verschoben werden. Wenn die Kom-munikation abreißt, kann das ganze Experiment hinfällig sein, denn essteht nicht immer beliebig viel Material zur Verfügung.“

Kaum weniger wichtig ist das kontinuierliche Steigern der Band-breite. Die Migration auf 40GbE beziehungsweise 100GbE ist der logi-sche nächste Schritt. Ein aktuelles Thema ist das Aufrüsten einesSwitches mit 40G-Modulen für ein besonders leistungsfähiges Stor -agesystem. Erste Testläufe werden zurzeit durchgeführt. Und Sche-chinger hofft: „Wenn wir mit 40G im Test Erfolg haben, werden wirdamit weitermachen.“

Uwe Scholz,Freier Journalist, Berlin

26 Rechenzentren und Infrastruktur Ⅰ/2014

INFRASTRUKTUR

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