Modul 2 Monitoring des Energieverbrauchs und Kostenanalyse Version 1.0 22. September 2011

Monitoring und Analyse in IT-Systemen und Serverräumen – allgemeine Aspekte Analyse der Energieeffizienz Analyse der Energiekosten und Einsparungen

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.

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.

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

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)

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)

Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren Power Usage Effectiveness (PUE) Data center infrastructure Efficiency (DciE) Energy Reuse Effectiveness (ERE) Total Cost of Ownership Analisys (TCO)

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.

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.  

PUE der Google-Rechenzentren PUE-Daten für alle großen Google-Rechenzentren (Quelle: Google)

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

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.

Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren PUE Von der DC Task Force vorgeschlagene Messkategorien für die PUE   PUE Category 0 * PUE Category 1 PUE Category 2 PUE Category 3 IT energy measurement location UPS output PDU output IT equipment input Definition of IT energy Peak IT electric demand IT annual energy Definition of Total energy Peak Total electric demand Total annual energy * Für die PUE-Kategorie 0 sind die Messungen der eletrische Bedarf (kW)

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  

Metrik zur Energieeffizienz in Rechenzentren PUE und 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)

Energieeffizienz-Metrik für Rechenzentren ERE 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).    

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.

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.

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:  

Energieeffizienz-Metrik für Rechenzentren TCO-Berechnungstool Rechner für Kapitalkosten im Rechenzentrum http://www.apcmedia.com/salestools/WTOL-7AXSAN_R1_EN.swf (Quelle: APC)

Energieeffizienz-Metrik für Rechenzentren TCO-Gliederung TCO-Aufteilung in Kategorien für ein typisches Rack in einem hochverfügbaren 2N Rechenzentrum (Quelle: APC)

Konzepte für Monitoring und Überwachung Monitoringsysteme Konzepte für Messung und Bewertung auf verschiedenen Systemebenen

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

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

Diagramm eines typischen Monitoringsystems (Quelle: LBNL) 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)

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.

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

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.

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

Monitoringsystem Topic Minimum Practical Monitoring Best Practical Monitoring State-of-the-Art Monitoring Menschliche Aktivität Regelmäßige Messungen und Dokumentation, vorrangig per Hand teilweise Datenaufnahme per Hand, teilweise automatisch Elektronische Datenerfassung Messinstrumente Punktuelle Messungen, Erfassung von Hersteller- Daten ggf. Installation von Langzeitmessungen Installation elektronischer Datenerfassung

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).

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.

Monitoringsystem Schematische Dartstellung einer Stromversorgung in einer gemischt genutzten IT-Einrichtung (Quelle: ASHRAE)

Datenmesspunkte in einem Rechenzentrum (Quelle: ASHRAE) Monitoringsystem Datenmesspunkte in einem Rechenzentrum (Quelle: ASHRAE)

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

Gerätetechnik Messgeräte

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

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.

Im Rechenzentrum zu messende Subsysteme und Schlüsselvariablen Teilsystem Komponenten Regelgröße Kälteanlage Kompressor Temperatur, Durchfluss, Spannung, Stromstärke, Leistung Pumpen Durchfluss, Druckabfall, Spannung, Stromstärke, Leistung Kühltürme Gebläse Stromstärke, Spannung, Leistung Durchfluss, Druckabfall, Stromstärke, Spannung, Leistung CRACs Kompressoren Kondensatorenpumpen Luftbefeuchter und Nacherhitzer Luftfeuchte, Stromstärke, Spannung, Leistung Stromversorgung USVs und Transformatoren IT Ausstattung Server, Speicher, Netzwerk

Stromversorgung und USV

Energieverbrauch in Rechenzentren Stromversorgung im Rechenzentrum Quelle: APC by Schneider Electric, 2010; White Paper #113 rev.2

Quellen für Ineffizienz bei Strom und Diensten Aus: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

Kaskadeneffekt bei der Energieeffizienz der Stromversorgung Quelle: Liebert white papers

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

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)

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%   Line-interactive n.a. 97%-98% 98% Quelle: http://hightech.lbl.gov/documents/UPS/Final_UPS_Report.pdf

USV in Abhängigkeit von der Last Quelle: APC by Schneider Electric, 2010; White Paper #92 rev.2

Mindesteffizienzanforderungen für USV (Wechselstrom) nach dem EnergyStar 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

Gute Praxisbeispiele und Erfahrungen

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).

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

Diskussion Übungen Fragen

Übungen PUE - Beispiel: DciE - 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.

Übungen Berechnung der PUE unter Berücksichtigung der Energiequellen Wie hoch ist die PUE für dieses Rechenzentrum? 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) Benutzen Sie die folgenden Werte zur Berechnung: Energieform Gewichtung Strom 1.0 Erdgas 0.31 Heizöl 0.30 Andere Brennstoffe Wasserkühlung Warmwasser 0.40 Dampf 0.43 Wasserkühler 0.03

Übungen ERE - Beispiel: Wie hoch ist die PUE und die ERE des folgenden Rechenzentrums: Parameter Wert IT-Last 20000 kW/h Energieverbrauch (Kühlung) 10000 kW/h Energieverluste 4500 kW/h Beleuchtung 500 kW/h Gesamt 35000 kW/h   Abwärmenutzung 6000 kW/h

Literatur Weißbücher Online-Publikationen Sonstiges

Literaturempfehlungen WP#06-The Green Grid Data Center Power Efficiency Metrics: PUE and DCiE: http://www.thegreengrid.org/Global/Content/white-papers/The-Green-Grid-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-Detailed-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%20and%20Public%20Reporting%20Guidelines%20for%20PUE%20DCiE.aspx

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/RecommendationsForMeasuringandReportingOverallDataCenterEfficiency Data Center Efficiency Metrics - PUE™, Partial PUE, ERE, DCcE http://www.thegreengrid.org/Global/Content/TechnicalForumPresentation/2011TechForumDataCenterEfficiencyMetrics

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

Annex Gerätetechnik

Temperaturmessgeräte Thermoelemente, Temperaturfühler und RTDs sind einige der gebräuchlichsten Messgeräte: Gerät Anwendung Temperaturverlauf Accuracy Thermoelement Jede Höchster 1.0 – 5.0% Temperaturfühler Gering 0.1 – 2.0% RTDs Sehr gering 0.001 – 1.0% (Quelle: ASHRAE) Schematische Darstellung der Verwendung von Temperaturmessgeräten in einer Kaltwasseranlage

Temperaturmessgeräte Thermoelement 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

Temperaturfühler Thermistors 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

Druckmessung Verschiedene Technologien wurden zur Messung von Luftdruck entwickelt. Gerät Anwendung Messbereich Genauigkeit Rohrfeder- Manometer Druck jeder 0.25 – 1.5% Dehnmessstreifen 0.1 – 1.0% (Quelle: ASHRAE)

Druckmessung Rohrfeder-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)

Druckmessung Dehnmessstreifen 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)

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. Gerät Anwendung Messbereich Genauigkeit Flügelrad Flüssigkeiten Jeder 0.5-5.0% Turbinenrad 0.3-2.0% Ultraschall 1.0-5.0% Pitotrohr Gas, Sonstiges > 600 fpm 1.0-4.0% Hitzdraht- anemometer (Quelle: ASHRAE)

Durchfluss – Flüssigkeiten und Gas Flügelrad 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)

Durchfluss – Flüssigkeiten und Gas Turbinenrad 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)

Durchfluss – Flüssigkeiten und Gas Ultraschall 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)

Durchfluss – Flüssigkeiten und Gas Pitotrohr 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)

Leistungsmess- umformer Stromzähler Ein Stromzähler muss in der Lage sein, Spannung und Stromstärke zu messen. Es gibt vier Kategorien von Stromzählern: Transportable Zähler Anzeigegeräte Umsatzzähler Leistungsmessumformer Gerät Anwendung Bandbreite Genauigkeit Transportable Zähler Punktuelle Messungen unterschiedlich Anzeigegeräte Permanente Installation Umsatzzähler Permanent zur Abrechnung Leistungsmess- umformer Monitoring oder Datenerfassungs- system (Quelle: ASHRAE)

Stromzähler Transportable 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)

Stromzähler Anzeigegeräte 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)

Stromzähler Umsatzzähler 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)

Stromzähler Leistungsmessumformer 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)