In Rechenzentren spielt die Energieeffizienz schon lange eine wichtige Rolle. Um den Energieverbrauch zu optimieren, ist es zunächst erforderlich, die Effizienz des Rechenzentrums zu kennen. Eine der bekanntesten und wichtigsten Kennzahlen zur Messung der Energieeffizienz ist die Power Usage Effectiveness (PUE). Die Power Usage Effectiveness (PUE) misst das Verhältnis des jährlichen Energiebedarfs des gesamten Rechenzentrums zum jährlichen Energiebedarf der IT-Technik im Rechenzentrum. Sie bewertet somit die Effizienz des Energieeinsatzes.
Bedeutung des PUE
Der PUE-Wert wurde 2006 von der Non-Profit-Organisation The Green Grid ins Leben gerufen und von dieser verbreitet. Inzwischen ist die PUE die wahrscheinlich bekannteste Kennzahl für Energieeffizienz in Rechenzentren. Neben deren Betreibern verwenden auch Anlagentechniker und Gebäudearchitekten die Kennzahl wie selbstverständlich. Seit 2016 beschreibt mit der ISO/IEC 30134-2:2016 auch eine Norm den PUE-Wert. Er findet sich auch in der DIN EN 50600-4-2. Als Teil von Zertifizierungen findet er sich beispielsweise beim Blauen Engel. RZ-Bauer und Colocation-Betreiber werben gerne aggressiv mit einem besonders guten PUE-Wert. Deshalb kommt es zu einem regelrechten Unterbietungswettbewerb zwischen den Anbietern. Hier ist also Vorsicht geboten: denn, dass die Power Usage Effectiveness im Einzelfall sinnvoll und mit korrekten Werten ermittelt wurde, die auch einer kritischen Betrachtung Stand halten, ist leider nicht immer gewährleistet.
Berechnung des PUE und Zusammenhang mit der DCiE
Die PUE berechnet man, indem man die gesamte elektrische Energie, die in einem Rechenzentrum im Jahr benötigt wird, durch die Energie, die rein für die IT-Geräte im Jahr benötigt wird, teilt. Der Gesamtenergieverbrauch des RZs beinhaltet neben dem Strom, der für die Server verwendet wird, also auch die Leistungsaufnahme von USVs, Lampen bzw. Leuchtmitteln und Klimageräten.
Ein besserer PUE-Wert nähert sich immer mehr der Zahl 1 an.
Diese Formel ermöglicht verschiedene Berechnungsansätze. Um PUE möglichst vergleichbar zu halten und die Diskussion über die sinnvolle Messung von PUE zu beenden, hat die Data Center Metrics Task Force Empfehlungen veröffentlicht. Beteiligt bei der Erstellung waren unter anderem The Green Grid, das Uptime Institute, EnergyStar und die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE).
Die Empfehlung teilt PUE in 4 Kategorien ein. Kategorie 0 ist die ursprünglichste Variante von PUE. Die Energiemessung erfolgt am Ausgang der USV, und sowohl für die IT-Energie als auch für den Gesamtenergiebedarf werden die Peak-Werte in kWh verwendet. Für die jährliche Betrachtung werden die Werte einfach mit 12 multipliziert. Die PUE der Kategorie 1 ist daher oft nicht sehr realistisch, da ein stark belegtes Rechenzentrum nicht kontinuierlich mit Maximallast betrieben wird. In Kategorie 1 werden die IT-Last am Ausgang der USV und der Gesamtenergieverbrauch am Eingang des Rechenzentrums gemessen. Im Gegensatz zur Kategorie 0 basieren diese Werte jedoch auf der tatsächlichen Messung über einen Zeitraum von 12 Monaten. Wenn andere Energieträger wie Wärmenergie vorhanden sind, müssen auch diese mit entsprechenden Messgeräten erfasst werden. Die gewonnenen Messwerte werden dann mit Hilfe einer Wichtungsfaktor-Tabelle in elektrische Energie umgerechnet. Die Messung kann bei gemischten Gebäuden, in denen sich neben dem Rechenzentrum auch Büros befinden, schwierig sein.
In Kategorie 2 wird der IT-Verbrauch am Ausgang der Unterverteilungen (PDU) gemessen. Damit werden alle Verluste zwischen dem Ausgang der USV und dem Ausgang der PDU nicht mehr der IT, sondern dem Gesamtverbrauch zugeordnet. Dies ist bereits eine genauere Methode.
Für PUE-Kategorie 3 wird der Verbrauch jeweils am Eingang des IT-Equipments gemessen. Dies ist die genaueste Variante der PUE-Messung, erfordert jedoch eine umfassende Überwachungsfähigkeit. Die Messung nach Kategorie 3 ist selten möglich, insbesondere bei älteren Anlagen, die noch nicht aufgerüstet wurden.
Mit der Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE) kann der Wirkungsgrad der im RZ eingesetzten Energie ermittelt werden. Sie ist der Kehrwert der Power Usage Effectiveness.
Interpretation des PUE
Damit der PUE-Wert wirklich nützlich ist, muss er richtig interpretiert werden. Eine Schwäche von PUE ist, dass die Formel das Außenklima des Rechenzentrums nicht berücksichtigt. Wenn Freiluftkühlung verwendet wird, hat ein Rechenzentrum in Alaska aufgrund des kälteren Klimas einen deutlichen Vorteil gegenüber einem identischen Rechenzentrum in dem sonnigen Miami, Florida. Die gute Nachricht für europäische Betreiber ist, dass der Effekt in Mitteleuropa kaum nachweisbar ist, sofern das Rechenzentrum modern ist. Ein gut geplantes und neu gebautes Rechenzentrum aus dem Jahr 2011 sollte einen PUE-Wert von mindestens 1,4 oder besser aufweisen. Rechenzentren mit einem PUE-Wert von ca. 1,2 gelten heute als sehr effizient. Alte Rechenzentren können einen PUE-Wert von 2,0 oder im schlimmsten Fall sogar 3,0 haben.
Maßnahmen zur Verbesserung des PUE
Die Kühlung ist in der Regel der größte Teil des Energieverbrauchs und macht oft etwa 30 Prozent aus. Hier liegen die größten Einsparpotenziale. Effiziente Kühlung ist entscheidend. Eine Einhausung des Kaltgangs und die Beseitigung von Bypass-Luftströmen durch Abdeckplatten können einen wichtigen Beitrag zur effizienten Kühlung leisten. Aber nicht nur die großen Maßnahmen sind wichtig. Jede kleine Optimierung kann große Wirkung zeigen. Zum Beispiel kann die Beleuchtung automatisiert werden. Im schlimmsten Fall wird immer noch auf nicht-LED-Leuchtmittel zurückgegriffen, was leicht und schnell behoben werden kann.
Best Practices
Die Konsolidierung von Servern, also das Entfernen unnötiger IT-Last, ist eine bewährte Methode, um den Energieverbrauch in Rechenzentrenzu reduzieren. Die Virtualisierung vieler kleinerer Server, die bisher noch ohne Virtualisierungsschicht direkt auf der Hardware laufen, beschleunigt diesen Prozess. Ein intelligentes Strommanagement ist nicht nur für die Ausfallsicherheit, sondern auch für die Überwachung und Begrenzung des Stromverbrauchs entscheidend.
Das Monitoring des Energieverbrauchs ist besonders wichtig. Durch kontinuierliche automatisierte Datenerfassung an wichtigen Punkten kann nicht nur der genaue PUE-Wert berechnet werden (für PUE3 ist dies ohnehin erforderlich), sondern auch das Energiemanagement kontinuierlich verbessert werden. Eine gute Analyse ermöglicht eine Priorisierung zukünftiger Verbesserungen. Im Idealfall sollten alle Geräte möglichst energieeffizient sein, aber es muss immer irgendwo der erste Schritt gemacht werden.
Neben der Verwendung von Ökostrom ist ein niedriger PUE-Wert, der einen effektiven Stromverbrauch bedeutet, eine gute Maßnahme für die Klimabilanz. Die nachhaltigste Kilowattstunde Strom ist die, die man gar nicht beziehen muss, wenn die Nützlichkeit des Rechenzentrums erhalten bleibt. Die günstigste Kilowattstunde ist diejenige, die gar nicht erst benötigt wird.
Fazit
Der PUE-Wert ermöglicht die Berechnung einer Kennzahl zur Energieeffizienz eines Rechenzentrums. Das Konzept von PUE hat sich etabliert und wurde im Laufe der Jahre weiterentwickelt. Eine strukturierte Vorgehensweise ist für eine korrekte Messung erforderlich. PUE und die damit verbundenen Erkenntnisse zur Effizienz der Energieverwendung bieten eine solide Grundlage für Analysen zur Verbesserung der CO2-Bilanz. In vielen Rechenzentren gibt es noch viel Raum für Verbesserungen. Das Monitoring spielt sowohl bei der Berechnung als auch bei der Verbesserung des PUE-Werts eine wichtige Rolle. Ein guter PUE-Wert ist nicht das endgültige Kriterium, aber aufgrund seiner Einfachheit wird dieser Indikator weiterhin relevant sein.