Verwaltungs- und Wirtschafts

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Verwaltungs- und Wirtschafts-Akademie
Berufsbegleitender Studiengang
Diplomarbeit
zur Erlangung des Grades einer
Informatik-Betriebswirtin (VWA)
über das Thema
Energiemanagement im IT-Bereich
Betreuer: Dr. rer. nat. Vladimir Stantchev
Autorin: Beate Stöwe
Matrikel: 182878
Berlin, 18. Juni 2009
II
Inhaltsverzeichnis
Einleitung......................................................................................................1
1 Der Energiebedarf in der IT..........................................................................3
1.1
Energiebedarf des Arbeitsplatzcomputers
und der Peripheriegeräte.....................................................................3
1.2
Energiebedarf von Servern, Netzwerktechnik und Klimasystemen in
Serverräumen....................................................................................5
2 Neue energieeffiziente Technologien.............................................................7
2.1
Umweltkennzeichen für Bürogeräte.......................................................8
2.2
Energieeffiziente Klimatisierung............................................................9
2.3
Effiziente Server...............................................................................10
2.4
Virtuelle Umgebungen in der IT-Infrastruktur.......................................12
2.5
Der energieeffiziente PC-Arbeitsplatz...................................................15
3 Fazit........................................................................................................19
4 Modellbetrachtung....................................................................................20
4.1
Die Server........................................................................................20
4.2
Der PC-Arbeitsplatz...........................................................................21
4.3
Das Unternehmen Ambitio.................................................................25
4.3.1
Die IT-Infrastruktur..................................................................25
4.3.2
Der Energiebedarf und die Verbrauchskosten...............................25
4.3.2.1
Die Server......................................................................26
4.3.2.2
Die Arbeitsplätze.............................................................27
4.3.3
4.4
Das Einsparpotenzial bei Ambitio................................................28
4.3.3.1
Neue energieeffiziente Server............................................28
4.3.3.2
Virtualisierung.................................................................29
4.3.3.3
Einsparungen am Arbeitsplatz...........................................30
4.3.3.4
Die Drucker....................................................................34
Das Unternehmen Sedulus.................................................................35
III
4.4.1
Die IT-Infrastruktur..................................................................35
4.4.2
Der Energiebedarf und die Verbrauchskosten ..............................35
4.4.2.1
Die Server......................................................................35
4.4.2.2
Die Arbeitsplätze.............................................................37
4.4.3
Das Einsparpotenzial bei Sedulus...............................................37
4.4.3.1
Neue energieeffiziente Server............................................38
4.4.3.2
Virtualisierung.................................................................39
4.4.3.3
Der Serverraum ..............................................................40
4.4.3.4
Terminalserver und Thin-Clients........................................40
4.4.3.5
Einsparungen am Arbeitsplatz...........................................42
5 Zusammenfassung ...................................................................................43
Literatur und Quellenverzeichnis.....................................................................44
Verwendete Websites....................................................................................44
Quellen PDF.................................................................................................46
IV
Abkürzungen
AP
Arbeitsplatz
AT
Arbeitstag(e)
CPU
central prozessing unit
dena
Deutsche Energie-Agentur GmbH
d. h.
das heißt
DOE
Department of Energy
EPA
Environmental Protection Agency; Amerikanischen Umweltschutzbehörde
e. V.
eingetragener Verein
ESX
Virtualisierungsbetriebssystem der VMware® ESX Server™
FT
Wochenend- und Feiertage
GB
Gigabyte
h
Stunde
IBM
International Business Machines Corporation
IT
Informationstechnologie
kWh
Kilowattstunde(n)
LAN
Local Area Network
LCD
Liquid Crystal Display; Flüssigkristallanzeige
MB
Megabyte
Mhz
Megahertz
PC
Personal Computer
PE
PowerEdge - Servertyp
RAM
Random Access Memory; Arbeitsspeicher
RDP
Remote Desktop Protokoll
sog.
sogenannt
SPEC
Standard Performance Evaluation Corporation
TWh
Terawattstunde(n)
u. a.
unter anderem
V
UBA
Umweltbundesamt
USV
Unterbrechungsfreie Stromversorgung
UPS
Uninterruptible Power Supply
W
Watt
XEN
Open Source Industriestandard für Virtualisierungssoftware
z. B.
zum Beispiel
Ø
im Durchschnitt / durchschnittlich
VI
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: www.greenzer.fr..........................................................................2
Abbildung 2: Belinea 17" LCD-Monito: 30 W......................................................3
Abbildung 3: Nokia 17" Röhrenmonitor: 75W.....................................................3
Abbildung 4: Monochrom-Laserdrucker-Leistungsaufnahme in Watt......................4
Abbildung 5: Messung Faxgerät.......................................................................5
Abbildung 6: Benchmark Methode....................................................................6
Abbildung 7: Wärmenest über dem Serverschrank..............................................7
Abbildung 8: Beispiel-Label Blauer Engel...........................................................8
Abbildung 9: Energy Star................................................................................9
Abbildung 10: Europ. Umweltzeichen................................................................9
Abbildung 11: Direkt gekühlter Serverschrank..................................................10
Abbildung 12: Architektur VMWare..................................................................13
Abbildung 13: Architektur XEN open source.....................................................14
Abbildung 14: Microsoft Hyper-V....................................................................15
Abbildung 15: Fujitsu Siemens Futro S500.......................................................17
Abbildung 16: Virtueller Desktop Architektur; Quelle: VMware/Tecchannel...........18
Abbildung 17: Terminalsserver-Netzwerk-Architektur - Quelle: www.green.ch......19
Abbildung 18: 6-fach Steckerleiste..................................................................30
Abbildung 19: Quelle: dena GmbH..................................................................32
VII
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Daten aus SPEC Results 2008 - IBM iDataPlex...................................11
Tabelle 2: Auszug aus TopTen - Energiesparsame Personalcomputer...................16
Tabelle 3: Daten aus SPEC Results 2008 – PowerEdge 2970 und 2950III.............21
Tabelle 4: Arbeitsplatzcomputer ACER VT7600G, Anschaffungsjahr 2003.............22
Tabelle 5: Arbeitsplatzmonitor Belinea 101710.................................................23
Tabelle 6: Leistungsdaten Peripheriegeräte......................................................24
Tabelle 7: Leistungsdaten Peripherie nach Zeit für Arbeitstage berechnet............24
Tabelle 8: Leistungsdaten Peripherie nach Zeit für Wochenend- und Feiertage......24
Tabelle 9: Daten aus SPEC Results 2008, PowerEdge 2970 - Ambitio..................26
Tabelle 10: Verbrauch Server über Arbeitszeit - Ambitio....................................26
Tabelle 11: Verbrauch Server über Tage und Jahr - Ambitio...............................26
Tabelle 12: Energiekosten der Server im Jahr - Ambitio.....................................27
Tabelle 13: Energieverbrauch eines Arbeitsplatzes - Ambitio..............................27
Tabelle 14: Energiekosten der Arbeitsplätze im Jahr - Ambitio............................27
Tabelle 15: Daten aus SPEC Results 2008 – PowerEdge R710.............................28
Tabelle 16: Verbrauch Server über Tage und Jahr - Ambitio...............................28
Tabelle 17: Energiekosten der Server im Jahr zum Vergleich - Ambitio................29
Tabelle 18: Verbrauch Server für Virtualisierung über Tage und Jahr - Ambitio.....29
Tabelle 19: Energiekosten zum Vergleich Server im Jahr - Ambitio......................30
Tabelle 20: Verbrauch Monitor im Stand-by - Ambitio........................................31
Tabelle 21: Verbrauch neuer Rechner Esprimo Q5030E - Ambitio........................33
Tabelle 22: Verbrauch durch Austausch PC ESPRIMO - Ambitio...........................33
Tabelle 23: Veränderte Energiekosten der Arbeitsplätze im Jahr - Ambitio..........33
Tabelle 24: Verbrauch der Drucker und Kopierer im Stand-by - Ambitio...............34
Tabelle 25: Daten aus SPEC Results 2008, PowerEdge 2950III - Sedulus.............36
Tabelle 26: Verbrauch Server über Arbeitszeit - Sedulus....................................36
Tabelle 27: Verbrauch Server über Tage und Jahr - Sedulus...............................36
VIII
Tabelle 28: Energiekosten der Server im Jahr - Sedulus....................................36
Tabelle 29: Energieverbrauch eines Arbeitsplatzes - Sedulus..............................37
Tabelle 30: Energiekosten der Arbeitsplätze im Jahr - Sedulus...........................37
Tabelle 31: Verbrauch 2950III Server über Arbeitszeit - Sedulus........................38
Tabelle 32: Verbrauch R710 Server über Tage und Jahr - Sedulus.....................38
Tabelle 33: Energiekosten zum Vergleich, Server im Jahr - Sedulus....................38
Tabelle 34: Daten aus SPEC Results 2008, PowerEdge R710 - Sedulus................39
Tabelle 35: Verbrauch der Server über Tage und Jahr - Sedulus.........................39
Tabelle 36: Energiekosten der Server im Jahr - Sedulus....................................39
Tabelle 37: Verbrauch Thin-Client Futro S500 - Sedulus...................................41
Tabelle 38: Verbrauch durch Austausch durch Thin-Clients - Sedulus..................41
Tabelle 39: Kosten der Thin-Client Arbeitsplätze - Sedulus.................................41
1
Einleitung
Der weltweite Klimawandel ist aus den Diskussionen in den Medien und den
Unternehmen nicht mehr wegzudenken. Die steigenden Energiekosten lassen ITManager umdenken.
Seit der Erfindung des Computers und dem ersten Mikroprozessor in den 1970er
Jahren
haben
sich
die
Aufgaben
und
Technologien
der
IT-Branche
stark
weiterentwickelt. In der Arbeitswelt ist der Computer ein standardisiertes Werkzeug
geworden. Die damaligen Großrechner, haben sich in leistungsstarke, wesentlich
kleinere Server-Computer gewandelt. Seit den 1980er Jahren hat sich das Medium
Internet entwickelt und ist als Informationsquelle nicht mehr wegzudenken.
Ursprünglich für das amerikanische Militär in den 1960er Jahren entwickelt, liefert
es heute alle nur denkbaren Informationen in jeden Haushalt. Durch diese
Veränderung und Verbreitung hat der Energieverbrauch enorm zugenommen. Die
Anforderungen,
die
Datenmengen
und
die
Rechnerleistungen
sind
immens
gestiegen. Der Energiebedarf für die Server in Unternehmen und Rechenzentren
sind im Jahr 2008 zusammen auf 10,11 TWh gestiegen – Tendenz steigend1.
Die Kosten für die Unternehmen werden zur Belastung. Große Internet-Anbieter
und Betreiber von Rechenzentren haben bereits in neue Hardware und effiziente
Rechner investiert.
Die IT-Technik entwickelt sich in ökologischer und ökonomischer Sicht immer
weiter. Neueste Trends dieser Entwicklungen werden u. a. auf der jährlichen Messe
CeBIT vorgestellt.
Das herstellerunabhängige Konsortium SPEC (Standard Performance Evaluation
Corporation) hat einen anerkannten Industriestandard entwickelt, mit dem die
verschiedenen Hersteller die Leistung ihrer Systeme bewerten lassen und in einer
Benchmark-Liste geführt werden. Seit 2008 werden auch die Energieleistungen der
Server gemessen und aufgelistet. Für die PCs und Peripheriegeräte, wie Drucker,
Kopierer und Faxe werden Umwelt- und Energiesiegel vergeben, welche durch
Umweltschutzbehörden
nach
bestimmten
ökologischen
Richtwerten
festgelegt
wurden. Für den PC gibt es z. B. effiziente Netzteile oder die Leistung der
Prozessoren werden verbessert, damit ein Rechner mit weniger Stromverbrauch
arbeitet. Erfüllt der Rechner diese Kriterien, kann er das Label des „Energy Star“
erhalten.
1
Quelle: Borderstep-Institut für Innovation und Nachhaltigkeit gemeinnützige GmbH
2
Weiterentwicklungen der Betriebssysteme bieten die Virtualisierung von Servern an.
Damit können mehrere virtuelle Server auf einer physikalischen Maschine verwaltet
werden. Der Vorteil liegt in der geringen Anzahl der Hardware und der daraus
entstehenden Energieeinsparung.
Serverräume sind ausgestattet mit Klimasystemen. Sie sind verantwortlich für eine
gute Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit. Dabei haben diese Anlagen einen hohen
Anteil des gesamten Energieverbrauchs für den IT-Bereich. Im Rahmen der
Kühlungskonzepte und räumlichen Ausstattungen gibt es verschiedene Lösungen,
wie zum Beispiel erzeugte Wärme effizient abgeführt werden kann und wie
Serverschränke und Softwarelösungen energieeffizient zusammenarbeiten können.
Anliegen dieser Arbeit ist es an zwei Modellunternehmen zu zeigen, ob durch
optimales Energiemanagement für PC-Arbeitsplätze und Server, Energie und damit
Kosten gespart werden kann.
Abbildung 1: www.greenzer.fr
3
1 Der Energiebedarf in der IT
Laut dem Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue
Medien e. V. (BITKOM) entfallen 3% des Stromverbrauchs in Deutschland auf EDV
und Kommunikationssysteme2. Hoher Energiebedarf muss mit hohen Kosten
beglichen werden, steigender Energiebedarf wird zu einer Kostenbelastung in
Unternehmen. Laut einer Pressemitteilung des Umweltbundesamtes werden in
Deutschland durch die „stillen“ Stromverbraucher in Privathaushalten und Büros
mindestens 22 Milliarden kWh pro Jahr vergeudet.
1.1 Energiebedarf des Arbeitsplatzcomputers
und der Peripheriegeräte
Betrachtet man den Computer am Arbeitsplatz, dann hat dieser theoretisch eine
bestimmte Lebensdauer. Betriebswirtschaftlich wurde ein Computer nach 3 Jahren
steuerlich abgeschrieben, seit 2008 sogar erst nach 5 Jahren. Nach diesem
Zeitraum ist der Rechner technisch nicht mehr auf dem neuesten Stand, dass
bedeutet für ein Unternehmen nicht immer unbedingt das Aus für den Rechner,
denn er funktioniert und für die Arbeitsanforderungen genügt es. An einem PCArbeitsplatz wird durchschnittlich acht Stunden am Tag gearbeitet. Im Durchschnitt
arbeitet ein Computer somit bis zu 7 h unter Normallast.3
Dazugehörige
Monitore
unterscheiden
Typen.
höchsten
Stromverbrauch
Den
sich
in
den
haben
die
Röhrenmonitore. Sie gehen nicht automatisch in den
Stand-by-Modus
und
verbrauchen
auch
im
ausgeschalteten Zustand Energie. Im Vergleich dazu
verbrauchen LCD-Monitore nur ca. 40 % der Energie.
Abbildung 3: Nokia 17"
Röhrenmonitor: 75W
Abbildung 2: Belinea 17" LCDMonito: 30 W
2
Presseinformation 54/2008 Umweltbundesamt pd08-054.pdf
3
Quelle: Deutsche Energie Agentur
4
Der Energieverbrauch von Drucker, Kopierer und Fax steigt stark an, sobald sie
einen Auftrag abarbeiten müssen. Die Heizeinheit muss für den Druck in einem
Laserdrucker aufgewärmt werden, dann erst wid der Job abgearbeitet. Nach einem
gewissen Zeitraum gehen die Geräte wieder in den Stand-by-Modus. Drucker
arbeiten auch bei intensivem Einsatz nicht permanent. Betrachtet man einen 24Stunden-Tag, verbringt der Drucker die meiste Zeit im Leerlauf. Die Spezifikation
des „Energy Star4“ hat einen Bewertungsansatz für Bürogeräte als „Typischen
Stromverbrauch“
erarbeitet
und
diesen
mit
einem
Gesamtzeitraum
für
die
Aktivitäten mit 1 h ermittelt. Die Deutsche Energie-Agentur (dena) hat eine
TopTen-Liste der Bürogeräte auf dieser Berechnungsgrundlage erarbeitet und diese
auf ihren Webseiten publiziert.
Abbildung 4: Monochrom-Laserdrucker-Leistungsaufnahme in Watt
Quelle: www.pcwelt.de
In der Abbildung 4 ist ein Auszug von Monochrom-Laserdruckern dargestellt, aus
der ersichtlich wird, wie hoch die Leistungsaufnahme solcher Geräte sein kann.
Trotz der starken Nutzung der e-Mail, ist das Faxgerät in den Unternehmen immer
noch stark vertreten. Bei einem täglichen Seitenvolumen von je 100 Seiten, ist es
für ca. 10 Minuten im Betrieb, für die restlichen 23 Stunden und 50 Minuten steht
es im Stand-by-Modus5. Abbildung 5 zeigt im Vergleich den Unterschied zwischen
dem Betrieb und der Ruhezeit eines älteren Faxgerätes.
4
Quelle: Deutsche Energie Agentur (dena) und L381/26 Spezifikation des Energy Star.pdf (Prüf- und
Berechnungsvorschriften)
5
Quelle: dena http://www.energieeffizienz-im-service.de/?id=9244
5
Brother Fax 820
Leistung in Watt
1000
800
840
600
400
200
70
0
Normalbetrieb
Stand-By
Abbildung 5: Messung Faxgerät
Zuletzt gehört der Kopierer als wichtiges Equipment in die Büroausstattung. Auch
er steht die meiste Zeit im Ruhemodus, ein Kopierer kopiert ca. 25% am Tag, steht
zu 25% im Stand-by und bleibt zu 50% des Tages in Bereitschaft. Die gesamten
Peripheriegeräte werden nachts und auch am Wochenende nicht abgeschaltet und
verbrauchen somit 365 Tage im Jahr Strom.
1.2 Energiebedarf von Servern, Netzwerktechnik und
Klimasystemen in Serverräumen
In kleinen bis mittelständischen Unternehmen, welche in dieser Diplomarbeit
betrachtet
werden,
stehen
neben
den
Arbeitsmitteln,
wie
Computer
und
Peripheriegerät noch weitere Gerätegruppen zur Verfügung. Die Gruppen werden
in Arbeitsplätze, Netzwerktechnik, Server und Klimasysteme unterschieden.
In eine IT-Infrastruktur gehören zu den Netzwerkverteilern die Switche und Router.
Switche sind für die Kommunikation der Computer untereinander im LAN zuständig.
Router stellen die Verbindung ins Internet oder zu externen Firmen-Netzwerken
sicher.
Server sind leistungsstarke Rechner, die 24 Stunden durchgehend laufen. Um den
Energieverbrauch
von
Servern
genau
zu
erheben,
müssen
verschiedene
Komponenten ausgewertet werden. Die wichtigsten dabei sind CPU, Arbeitsspeicher
und Festplatten. Um für die Arbeit entsprechende Werte zu erhalten, wurden die
Daten der Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) genutzt. Dieses
Benchmark-Konsortium hat für solche Auswertungen einen neuen Industriestandard
entwickelt. „Es misst die Leistung von serverseitigem Java durch Emulation eines 3tier (Schicht) Client/Server Systems, wobei das Augenmerk auf dem Middle Tier
6
liegt.6“
Bei
dem
3-tier-Client/Server-System
handelt
es
sich
um
eine
Netzwerkstruktur, bei der von der 1. Schicht (Clients) auf die 2. Schicht (Server)
zugegriffen wird und diese wiederum auf die Backendsysteme der 3. Schicht (z. B.
Datenbank)
zugreift.
Dies
ist
eine
gute
Simulation
einer
IT-Struktur
im
Businessbereich.7
Abbildung 6: Benchmark Methode
Die hoch sensiblen Server, zuständig für Daten, Datenbanken, Benutzerkonten etc.
werden durch den Anschluss an eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)
aus Sicherheitsgründen mit Strom versorgt. Die Funktion der USV ist es, die Server
vor Stromstörungen oder Stromausfall zu schützen. Je nach Leistung einer solchen
USV können die Server für einen bestimmten Zeitraum weiter arbeiten oder sie
bekommen ein Signal, welches den Befehl des automatischen herunterfahrens der
Server auslöst, damit keine Daten durch den vollständigen Stromverlust verloren
gehen.
Auch
bei
den
Unterbrechungsfreien
Stromversorgungen
gibt
es
verschiedene Typen, die sich durch den Wirkungsgrad unterscheiden.
Jeder Server produziert Wärme, die nach außen abgegeben wird. Damit wird die
Luft im Serverraum erwärmt. Klimasysteme in Serverräumen sind dafür zuständig,
diese aufgewärmte Luft wieder abzukühlen. Bei der Planung solcher Klimasysteme
müssen
bestimmte
Punkte
beachtet
werden.
Hersteller
empfehlen
eine
durchschnittliche Raumtemperatur von ∅ 25°C bis max. 35°C. Wobei hier wichtig
ist, dass dies nicht bedeutet, dass die Technik in einem Serverraum über einen
längeren Zeitraum mit dieser Innenraumtemperatur wirklich zuverlässig arbeiten
kann. Empfohlene Werte für die Raumtemperatur liegen im Bereich von 21°C bis
23°C, bei dem die Informations- und Kommunikationstechnik zuverlässig bleibt.
Ebenso muss beachtet werden, dass die Geräte eine bestimmte Luftfeuchtigkeit
6
Quelle: White Paper Benchmark Überblick SPECjbb2005 von Fujitsu Siemens
7
Quelle: SPECpower_Methodology.pdf
7
benötigen. D. h. die relative Luftfeuchtigkeit darf 30 % nicht unterschreiten, da es
sonst zu statischen Aufladungen kommen kann, die wieder Datenverlust und
Hardwareschäden
zur
Folge
haben.
Und
eine
Überschreitung
von
55%
Luftfeuchtigkeit führt zu Kondensat und Korrosion. Daher ist eine gute Planung
solcher Klimasysteme wichtig um eine reibungslose Arbeit der Technik zu
gewährleisten. Redundante Klimasysteme sichern im Fall eines Ausfalls die
durchgehende Klimatisierung. Der Aufbau von Serverräumen ist meist mit einem
doppelten Boden für die Kühlung eingerichtet. Geplant ist dabei, dass die Kaltluft
der
Klimaanlage
in
den
Boden
befördert
wird
und
zur
Kühlung
in
die
Serverschränke gelangt8. „Mit dieser Anordnung lassen sich maximal 3 bis 5
Kilowatt Kühlleistung pro Serverschrank abführen. In betagten Rechnerräumen liegt
dieser Wert aufgrund der räumlichen Gegebenheiten aber oft nur bei 1 bis 2
Kilowatt.
Für
einen
höheren
Kühlluftmenge
nicht
mehr
Kühlleistungsbedarf
aus.
Ein
häufig
reicht
die
auftretendes
herangeführte
Problem
dieser
Klimatisierung ist, dass Warmluft über die Schränke hinweg auf die kalte Seite
zurück gelangt. So kann die Lufttemperatur im oberen Bereich der Serverschränke
unzulässig hohe Temperaturwerte erreichen und es zu sogenannten Wärmenestern
kommen, siehe Abbildung 7 9.“
Abbildung 7: Wärmenest über dem Serverschrank
2 Neue energieeffiziente Technologien
Der Begriff „Green-IT“ steht für ein Umdenken in der IT-Branche zu den Themen
Energieeffizienz,
Ressourcenschonung
in
der
Materialverwendung
bis
Verwertung und Entsorgung von Altgeräten.
8
Quelle: Artikel www.tecchannel.de „Hitzefrei in den Serverräumen“ vom 28.07.2005
http://www.tecchannel.de/server/hardware/431299/hitzefrei_in_den_server_raeumen/index2.html
9
Quelle: TECchannel eBook featured by Intel.pdf
zur
8
Das Thema Green-IT bekommt seit einigen Jahren immer mehr Aufmerksamkeit
und trifft durch steigende Kosten den Nerv von IT-Managern und Systemadministratoren. Seit dem sind die Hersteller von Informations- und Kommunikationstechnologien am entwickeln neuer energieeffizienter und umweltfreundlicher Technik.
Kühlungsanlagen verbrauchen einen großen Anteil der Energie in Unternehmen, dafür wurden neue Konzepte entwickelt um mit der Energie besser zu haushalten.
Durch den sparsamen Einsatz von Serverhardware, möglich durch
•
Virtualisierung,
•
Multi-Core-Prozessoren10 und
•
Bladeservern11,
kann viel an Platz und Energie gespart werden. Zentrale Serverlösungen tragen
dazu bei die Arbeitsplätze energieeffizient einzurichten.12
2.1 Umweltkennzeichen für Bürogeräte
Das Umweltbundesamt (UBA) vergibt für umweltfreundliche und energieeffiziente
Technik spezielle Kennzeichen. Voraussetzung sind bestimmte Kriterien, die z. B.
das UBA ausarbeitet und vorgibt.
Der Blaue Engel:
Die Auszeichnung des Blauen Engel gibt es für mehrere
unterschiedliche Geräte und den dafür festgelegten Kriterien. Er
wird zum Beispiel für bestimmte Computer, Drucker und
Tonermodule vergeben.
Arbeitsplatzcomputer, Systemeinheiten, tragbare Computer und
Tastaturen bekommen das Kennzeichen, wenn sie sich durch
geringen Energieverbrauch und die Vermeidung von Schadstof-
Abbildung 8:
fen,
Beispiel-Label
Emissionen
und
Abfall
umwelt-
und
klimafreundlich
auszeichnen.
Blauer Engel
Drucker und Multifunktionsgeräte werden mit dem Blauen Engel gekennzeichnet,
wenn sie ressourcenschonend und emissionsarm drucken und kopieren.
10
Multi-Core = Multikern-Prozessor, d.h. ein Prozessor hat mehrere Kerne in sich
11
Bladeserver = Server, die sich in einem Bladecenter verschiedene Ressourcen teilen
12
Quelle: Artikel auf www.searchdatacenter.de „Prozessoren, Klimasystem und Virtualisierung sind
Bausteine eines Grünen Rechenzentrums“ von Achim Karpf 28.01.2008
9
Und für wiederaufbereitete, emissionsarme Tonermodule gibt es ebenfalls einen
Blauen Engel. Sie tragen dazu bei den Abfall zu reduzieren und beeinträchtigen die
Raumluft weniger als andere Toner.13
Der Energy Star:
Für energiesparende Computer und Monitore gibt es
den Energy Star, der von der Amerikanischen Umweltschutzbehörde (EPA), dem U.S. Department of Energy
(DOE)
und
den
Herstellern
gemeinsam
entwickelt
wurde. Die neuesten Kriterien, die seit Juli 2007 gelten,
stellen Anforderungen an die Leistungsaufnahme im
Ruhezustand
sowie
an
die
Leistungsaufnahme
im
Abbildung 9: Energy Star
Stand-by- und Leerlauf-Modus. Dabei sind Werte für den Computer im Stand-byModus bis max. 2 W bzw. für Notebooks und Monitore bis max. 1 W erlaubt. Im
Leerlauf-Modus dürfen Computer, abhängig von der Ausstattung, bis max. 50 W –
95 W an Leistung aufnehmen. Für Notebooks sind es max. 14 W – 22 W.13
Das Europäische Umweltzeichen:
Für Europa ist das Europäische Umweltzeichen entwickelt
worden. Es kennzeichnet ebenfalls energiesparende Rechner, die umweltfreundlich und recyclinggerecht entwickelt
wurden.14
Standards wie diese Kennzeichen oder die SPECBenchmarks geben eine gute Richtung für energieeffiziente
Technologien vor. Im Folgenden werden die neuen
Technologien und Möglichkeiten der Gruppen von ITStrukturen betrachtet.
Abbildung 10: Europ.
Umweltzeichen
2.2 Energieeffiziente Klimatisierung
Der Einsatz neuer Technologien von Klimasystemen und überarbeitete Konzepte
tragen zur Energieeinsparung nicht nur in den Rechenzentren bei. Die Kühlung der
Serverräume in Unternehmen hat verschiedene Aspekte, die zu beachten sind um
den Energieverbrauch zu mindern. Die Mischung von Kalt und Warmluft durch eine
effiziente Gestaltung des Serverraums, kann hier dazu beitragen, dass eine direkte
13
Quelle: http://www.label-online.de/index.php/cat/3/lid/415 Label-Datenbank der VerbraucherInitiative e.V.
14
Quelle: http://www.label-online.de/index.php/cat/3/lid/415 Label-Datenbank der VerbraucherInitiative e.V.
10
Kühlung auf die Server folgt. Damit kann ein wesentlich höheres Temperaturniveau
in einem Serverraum gehalten werden. In den neuen Konzepten und technischen
Entwicklungen gibt es bereits die gezielte Zufuhr von Kaltluft an die Server.
Abgeschlossene und verdichtete Serverschränke führen die abgekühlte Luft an die
Geräte heran. Die Standard-Umluftkühlgeräte werden auf ein Optimum der
thermischen Effizienz betrieben. Neue Technologien und Software machen eine
Überwachung der Temperatur eines Serverschranks möglich. Sie kann automatisch
angepasst werden, je nach Wärmeentwicklung, also der Leistungskurve eines
Servers15.
Abbildung 11: Direkt gekühlter Serverschrank
In Abbildung 11 wird eine direkte interne Kühlung der eingebauten Geräte
dargestellt. Der Energiebedarf ist umso geringer je höher die Temperatur des
Kühlmediums und je niedriger die Außentemperatur ist16.
2.3 Effiziente Server
Betrachtet man die Leistungen der Server sind die eingebauten Komponenten sowie
die gleichzeitigen Prozesse ausschlaggebend um die Leistung zu ermitteln. Neueste
Server sind sog. Multikern-Prozessormaschinen. Multikern-Prozessoren können
Dual-Core- oder Quad-Core-Prozessoren sein. Ein Dual-Core-Prozessor hat zwei
Prozessorkerne, ein Quad-Core-Prozessor hat vier Prozessorkerne auf einem Chip.
Diese Prozessoren sind fähig mehrere Prozesse gleichzeitig abzuarbeiten. Trotzdem
der Energieverbrauch eines solchen Multikernprozessors höher ist, als bei einem
15
Quelle: RITTAL
16
Quelle: TECChannel eBook featured by Intel.pdf
11
einfachen Prozessor, bleibt der Energiebedarf insgesamt niedriger. Baut man also in
einen Server 4 einzelne Prozessoren ein, müssen diese vier Prozessoren jeweils mit
Energie versorgt werden. Durch den Einbau eines Quad-Core-Prozessors, wird nur
noch ein Sockel mit Strom versorgt, hat aber eine Leistung von vier Prozessoren.
Daraus folgt eine Einsparung an Energie bereits bei den Prozessoren.
Die Hersteller arbeiten daran, die Komponenten so effizient wie möglich zu
produzieren und in einem Rechner optimal einzusetzen, so dass sie mit möglichst
niedrigem Energieverbrauch gute Performance liefern. Der iDataPlex Server von
IBM ist einer der Besten in seiner Leistung und Energieeffizienz. Die SPECBenchmark-Server in der SPECPower_ssj2008Results können auf der Webseite von
SPEC eingesehen werden.
Tabelle 1: Daten aus SPEC Results 2008 - IBM iDataPlex
Hersteller und
Chips
Cores
17
Servertyp
Mem
ssj_ops
avg.
avg. watts
(Overall
(GB)
@100%
watts
@active
ssj_ops/
@100%
idle (W)
watt)
(W)
IBM iDataPlex
2
8
12
1.298.719
475
Benchmarks
116
2.066
Server dx360 M2
Trotzdem sind es nicht nur die Server allein, deren Energieeffizienz gesenkt werden
kann. Die Server
werden
aus wichtigen Sicherheitsgründen
an
einer
USV
angeschlossen, die den Strom direkt oder indirekt liefert.
„Im Bereich der Stromzuführung ist ein erhebliches Einsparpotenzial möglich. Durch
den Einsatz von Deltawandlern (Delta Conversion On-Line UPS) statt Doppelwandlertechnik in der Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) kann ein erheblich
höherer Leistungs- beziehungsweise Wirkungsgrad der USV erreicht werden, da
entsprechende Komponenten in der Stromverteilung und in der Rackunterverteilung
entfallen. Darüber hinaus wird durch die Weiterleitung des Gleichstroms der gesamte Leistungsverlust um bis zu 50 Prozent reduziert. Zusätzlich erhöht sich die
Systemverfügbarkeit, da weniger Teile in der Stromversorgung ausfallen können.18“
Für Server setzt man am besten eine Online-USV ein. Sie haben einen Wirkungsgrad von 90 % bis 98 %. Online-USV versorgen die angeschlossenen Geräte
konstant mit dem Strom der Batterien und nutzen den Strom zum Aufladen der
17
18
SPECpower_ssj2008 Results;
Quelle:
http://www.tecchannel.de/server/hardware/1760738/green_it_strom_sparen_in_serverraeumen_durch_
optimales_energiemanagement/index6.html
12
Akkumulatoren. Eine energieeffiziente USV hat einen Wirkungsgrad von ca. 92% bis
98%.
Es gibt verschiedenen USV-Typen, die jeweils für eine Entscheidung in ihrer
Funktionsweise beachtet werden sollten. Für kleine Netzwerke wird eine LineInteractive-USV (Hybrid USV) empfohlen (aktive/interaktive USV). Sie schützt vor
Stromausfall,
Spannungsausfall
oder
Spannungsabfall
sowie
Unter-
und
Überspannung im Netz, eine Mischung der Online- und Offline-Technik. Während
der Akku permanent geladen wird, bekommen die Geräte den Strom direkt über
das Netz. Bei Stromausfall oder Spannungsveränderungen, springt die USV sofort
ein. Der Wirkungsgrad kann bis auf 98% steigen. Für hochsensible Netzwerke und
Server wird eine OnLine-USV empfohlen. Sie liefert den Strom direkt aus den
Batterien und setzt die angeschlossenen Geräte somit nicht den Schwankungen
eines Stromnetzes aus. Der Wirkungsgrad liegt hier bei etwa 90% bis 92%.
2.4 Virtuelle Umgebungen in der IT-Infrastruktur
Eine wichtige Entwicklung für die Verbesserung im Energieverbrauch ist die Virtualisierung von Servern und Arbeitsplatzrechnern. Durch die Virtualisierung von
Servern wird der Einsatz von physikalischen Maschinen reduziert. Die Server, die
für eine Virtualisierung eingesetzt werden, sind im Vergleich zu herkömmlichen
Servern leistungsstärker. Die Virtualisierung funktioniert auf einer leistungsstarken,
oft dafür optimierten Hardware. Die virtuelle Software sorgt dafür, dass den einzelnen virtuellen Systemen die benötigten Ressourcen zugeordnet werden.
Die Architektur der Virtualisierung der drei größten Anbieter bieten eine optimale
Hardwareauslastung für die Gastbetriebssysteme. Auf der Grundlage eines physischen Hosts werden die Gastsysteme isoliert behandelt und lassen sich zentral
managen. Sie bieten die Fähigkeit verschiedener Instanzen für gleiche oder auch
verschiedene Betriebssysteme an, da sie unabhängig voneinander auf dem physischen Server laufen. Jede Maschine bekommt eigene Ressourcen zugeteilt und
kann somit nicht mit den anderen Maschinen kollidieren. Mit allen drei Virtualisierungsbetriebssystemen lässt sich eine IT-Infrastruktur im Serverbereich konsolidieren.
Architektur von VMWare
Vorreiter auf diesem Gebiet seit 1998 ist die VMware Inc., USA. VMware bietet
verschiedene Features zur Virtualisierung an. Der ESX-Server nutzt den VirtualCenter Managementserver. Es können hochkomplexe Systeme auf einer VMware Infra-
13
struktur aufgebaut werden. VMware benötigt dafür speziell zertifizierte Hardware,
um die virtuellen Maschinen problemlos installieren zu können.19
Abbildung 12: Architektur VMWare
Architektur von XEN
Als Open-Source-Software wurde „XEN“ 2003 entwickelt und veröffentlicht. XEN ist
ein Open Source Industrie Standard für Virtualisierungen20. Auf XEN lassen sich
Betriebssysteme wie Linux, Solaris und inzwischen auch Windows Server installieren. Das XEN-Betriebssystem nutzt die Paravirtualisierung für die Gastsysteme. Die
Paravirtualisierung ist eine Schnittstelle, die ähnlich der physischen
Hardware ist
und muss daher auf dem System zur Verfügung stehen. XEN arbeitet auf einer 64Bit-Virtualisierungsplattform. Für das Verwalten der Gastsysteme werden noch die
Werkzeuge von Drittanbietern genutzt. Von Vorteil ist die offene Befehls- und
Programmierschnittstelle, die die Integration von XEN-Server in bestehende Prozesse und den Management-Tools erleichtern. Auch XEN bietet verschiedene Varianten
19
20
Quelle: VMWare
Quwelle: www.xen.org
14
an, hierfür gibt es nur ein Management-Tool. Um auf die virtuellen Maschinen
zugreifen zu können, wird eine integrierte grafische Oberfläche genutzt oder für
Windows-Rechner auch direkt per RDP und für Linux-basierte Server die textbasierte Konsole angeboten.21
Abbildung 13: Architektur XEN open source
Architektur von Microsoft Hyper-V
Microsofts Hyper-V, im neuen 64-Bit-Windows Server 2008 integriert, bietet ebenfalls die Virtualisierung von Servern an. Bei Microsoft wird die Hardware in Parentund Child-Partitionen unterteilt. Die Parent-Partition hat direkten Zugriff auf die
physische Hardware des Hosts über den Virtualisierungs-Stack in der die Hardwareressourcen verwaltet werden. In der Child-Partition werden die Gastsysteme
verwaltet, sie sind isoliert von der Parent-Partition. MS Hyper-V unterstützt
Windows Betriebssysteme und Linux-Distributionen sowie 32-Bit x86 und 64-Bit
x64-Betriebssysteme. Die Hardware des physischen Hosts muss allerdings für
Windows Betriebssysteme designed sein. Es sind auch keine Codes von Drittanbietern integriert, damit die Angriffsmöglichkeiten verringert werden. Microsoft
verwendet für den Hyper-V einheitliche Tools im physischen als auch im virtuellen
Bereich zur Verwaltung und Sicherung der Maschinen.22
21
www.computerwoche.de http://www.computerwoche.de/knowledge_center/software/586501/
22
Quelle: http://www.microsoft.com/germany/windowsserver2008/virtualisierung.mspx
15
Abbildung 14: Microsoft Hyper-V
2.5 Der energieeffiziente PC-Arbeitsplatz
Der
energieeffiziente
PC-Arbeitsplatz
kann
aus
verschiedenen
Perspektiven
betrachtet werden. Eine einfache Lösung ist, wird an dem Computer nicht mehr
gearbeitet, wird er ausgeschaltet. Am effizientesten ist es, wenn man auch eine
Schaltersteckdosenleiste bequem anbringt, an der die Geräte angeschlossen sind
und man diese nach dem Herunterfahren noch zusätzlich ausschaltet. So kann das
Netzteil auch im ausgeschalteten Zustand keinen Strom mehr verbrauchen. Eine
weitere Möglichkeit ist, bei Windows-Betriebssystemen die Energieoptionen zu
nutzen um den Energiebedarf des Rechners zu senken. Zum Beispiel, wenn die
Arbeit am Rechner unterbrochen wird, man aber nicht lange genug weg bleibt um
den
Rechner
herunterzufahren,
Ruhemodus nutzen.
kann
man
den
selbständig
einschaltenden
16
Tabelle 2: Auszug aus TopTen - Energiesparsame Personalcomputer23
Fujitsu
Shuttle X-
MSI Wind
Umwelt-
ESPRIMO-
Series –
Nettop –
computer
Q5030 E-
X 2700B
S2325L
Monarch 1.1
214,7
253,2
294,9
331
30,06 €
35,45 €
41,28 €
46,34 €
Idle-Modus (W)
24
26,4
31
38
Ruhe-Modus (W)
1,9
2,5
3,4
2,1
Stand-by-Modus
0,9
1,6
1,7
1,2
Prozessormarke
Intel
Intel
Intel
AMD
Prozessortyp
Core 2 Duo
Atom
Atom
Cache (MB)
3
1
0,5
1
Arbeitsspeicher
4096 MB
1024 MB
2048 MB
2048 MB
Festplatte (GB)
250
160
500
160
Optisches
DVD±RW (±R
DVD-Writer
DVD±RW (±R
DVD+/-RW
Laufwerk
DL) / DVD-
DL) / DVD-
RAM
RAM
Bezeichnung
Star4
Energieverbrauch
in 5 J. (kWh)
Stromkosten im
Jahr
(W)
256
Grafikspeicher
Wake On Lan
Nein
Ja
Nein
Betriebssystem
Microsoft
Microsoft
SuSE Linux
Windows
Vista Home
10.0
Vista
Basic
Nein
Business
Label
Energy Star
Energy Star
Energy Star
Energy Star
Die Tabelle 2 stellt eine Liste der TopTen energieeffizienter Rechner, Monitore,
Drucker und weiterer Peripheriegeräte dar, die von der Deutschen Energie Agentur
(dena) veröffentlicht wurde. Darin sind die Energiekosten der nächsten 5 Jahre mit
23
Quelle: dena
17
einbezogen worden. Die Rechner sind kleiner geworden, passen auf einen
Schreibtisch ohne viel Platz wegzunehmen. Außerdem haben diese Rechner das
Label „Energy Star“.
Der PC-Arbeitsplatz ist durch seine Ausstattung ein netzwerkunabhängiges Gerät
und kann in einem Unternehmen durch eine Serverlandschaft mit Thin-Clients
ausgetauscht werden. Thin-Clients sind keine unabhängigen Computerarbeitsplätze,
denn sie werden von Terminalservern angesteuert. Ein Thin-Clients ist mit einem
Prozessor,
Arbeitsspeicher
Betriebssystem
läuft,
und
einem
einem
Netzteil
Speicherchip,
und
einer
auf
Grafik-
dem
und
ein
kleines
Netzwerkkarte
ausgestattet. Diese Technik gibt es schon seit mehreren Jahren. Auf diese Geräte
liefert ein Terminalserver die benötigten Anwendungen, die nicht mehr auf dem
Arbeitsplatzrechner direkt laufen. Die Thin-Clients-Baureihe FUTRO S von Fujitsu
Siemens mit dem AMD Sempron 1GHz 2100+ Prozessor haben eine maximale
Leistungsaufnahme von 14 Watt und im heruntergefahrenen Zustand 2,4 W 24, sie
brauchen keine Kühlventilatoren, denn durch die geringe Stromzufuhr entwickelt
sich nicht soviel Wärme, wie bei einem PC.25
Abbildung 15: Fujitsu Siemens Futro S500
Im Rahmen der Virtualisierung wurde die Software zur Virtualisierung von Desktops
entwickelt. Ein virtueller Desktop ist ein vollständiger PC z. B. ein Windows-ClientPC. Er unterscheidet sich von einem herkömmlichen PC. Dieser Desktop ist auf
einem Server als virtuelle Maschine installiert und wird von dem anfordernden
Rechner über das Netz auf den Rechner geladen. Die Server, auf denen die
virtuellen Desktops liegen, verwalten diese Desktops wie einzelne Computer. Darin
liegt der Unterschied zu den Terminalservern. In der Abbildung 16 wird die
Architektur von virtuellen Desktops dargestellt.
24
Quelle: db_futro_s500_de.pdf;
Stromverbrauch für Standardkonfigurationen, max. (ausgeführte Anwendungen) 23 W,
Durchschnitt: (Betriebssystem, Idle) 14 W und Minimum (ACPI Status S5, Soft-off) 2,4 W
25
Quelle:www.heise.de und. Fujitsu Siemens
18
Abbildung 16: Virtueller Desktop Architektur; Quelle: VMware/Tecchannel
Vorteile dieser Infrastruktur sind geringerer administrativer Aufwand, Reduzierung
von Datenverlust durch Abstürze, da die Daten auf einem zentralen Storage
gesichert sind. Dazu kommt die zentrale Verwaltung und Pflege der Desktops und
die zur Verfügungstellung verschiedener Betriebssysteme.
Beim Terminalserver teilen sich die User das Betriebssystem des Servers.
Sämtliche Programme werden direkt auf dem Terminalserver installiert und dem
User über Profile zur Verfügung gestellt. Dies gilt auch für die Hardware eines
solchen Servers. Eine Terminalsitzung kann von jedem Client aufgerufen werden
und wird bei Microsoft Windows-Systemen über RDP ausgeführt. RDP ist ein
Netzwerkprotokoll, das von Microsoft entwickelt wurde und zur Darstellung und
Steuerung von Desktops auf entfernten Computern eingesetzt wird. Die aktuellen
Daten werden nicht direkt auf den Client übertragen sondern über das Netzwerk auf
dem Client abgebildet. Die Anwendungen werden direkt auf dem Server verarbeitet.
So können auch große Daten verarbeitet werden. Vorteil ist, egal wie alt der
Computer des Users ist oder ob es auf einem Thin-Client ausgeführt wird, die
Hardware-Ressourcen, wie Arbeitsspeicher und CPU-Leistung kommen vom Server.
19
Abbildung 17: Terminalsserver-Netzwerk-Architektur - Quelle: www.green.ch
3 Fazit
Betrachtet man nun die bisher eingesetzten Technologien, wird ersichtlich, dass der
Energiebedarf bei der IT-Infrastrukturplanung kaum Priorität hatte. Dafür stand die
Erweiterbarkeit von Serverräumen und Serverracks im Vordergrund. Schnellere
Technologien wurden wichtig um den erhöhten Anforderungen der Software gerecht
zu werden. Betriebssysteme und Datenbankanwendungen brauchen immer mehr
und schnellere Hardware. Die Hardware benötigt immer mehr Strom. Dadurch
entsteht unweigerlich mehr Wärme, die den Systemen durch Kältetechnik entzogen
werden muss. Die Serverräume werden auf zu niedrige Temperaturen abgekühlt.
Erhöhte Stromkosten entstehen nicht nur durch steigende Energiepreise sondern
auch durch erhöhten Energieverbrauch im IT-Bereich.
Welche Lösungen in einem Unternehmen eingesetzt werden, hängt von der Anzahl
der Arbeitsplätze und den Anforderungen an die Aufgaben ab. Die zentrale Lösung
der Terminalserver gibt es schon seit Windows NT. Microsoft hat seine Terminalserver weiter entwickelt. Mit dem Standard-RDP-Protokoll lassen sich die Anwendungen den Usern unkompliziert zur Verfügung stellen. Die virtuellen Server setzen
sich in den Unternehmen mehr und mehr durch. Es werden viele Features für jedes
Virtualisierungsbetriebssystem angeboten, dabei ist aber immer eine gute Planung
und überlegtes Vorgehen notwendig, damit die Systeme nicht zu komplex werden
und damit eventuell ein zu hoher administrativer Aufwand entsteht. Die Virtualisierung trägt dazu bei eine schlankere Hardware-Infrastruktur in den Serverräumen zu
betreiben. Klimasysteme verbrauchen dadurch weniger Energie um die Geräte auf
Temperatur zu halten.
20
Der Einsatz von virtuellen Desktops ist immer noch in Diskussion und ist für
Rechenzentren eine Strategie, die immer mehr zum Tragen kommt. Wie weit sich
der virtuelle Desktop in kleinen und mittelständischen Unternehmen durchsetzt,
wird die Zukunft zeigen, die Entwicklung dieser Software geht weiter, die Frage
nach Energieeffizienz wird nicht mehr außer Acht gelassen.
4 Modellbetrachtung
Im folgenden Abschnitt wird von zwei fiktiven Unternehmen als Modelle ausgegangen. Diese Betrachtung soll die Einsparungen des Energieverbrauchs durch Veränderungen der eingesetzten IT-Technik beziffern. Die Bemessungsdaten der Teillast
und Volllast von Servern wurden aus der Erhebung des Benchmark-Konsortiums
SPEC genutzt und dazu aus der Tabelle „SPECPower_ssj2008“26 entnommen. Die
Werte der PC-Arbeitsplätze wurden durch eigene Messungen ermittelt und nach den
Standardnutzungszeiten für PCs nach „dena27“ berechnet. Die Deutsche Energieagentur hat die angegebenen Nutzungszeiten in Anlehnung an Fraunhofer ISI
(2005) und eigene Berechnungen bestimmt28. Es wird beim Betriebssystem und den
Anwendungen von Microsoft-Produkten ausgegangen. Für eine Darstellung der
Energiekosten, wurden nur die Daten der PC-Arbeitsplätze, der Peripheriegeräte
und der Server genutzt.
Für
die
Berechnung
steht
der
aktuelle29
kWh-Preis
des
Energielieferanten
Vattenfall30 „Gebühren für Geschäftskunden“ zur Verfügung.
Preise (netto)
Eintarifzähler
Verbrauchspreis über 30.000 kWh/Jahr 11,76 Cent/kWh15
4.1 Die Server
Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass ein Unternehmen Server und Netzwerktechnik einsetzt. Durch den Einsatz dieser Hardware erhöht sich der Energieverbrauch.
Für die Berechnung des Stromverbrauchs wird von 365 Tagen ausgegangen. Um
eine Berechnung anzustellen, wird von folgender Leistungszeit der Server ausgegangen.
26
All Published SPEC SPECPOWER_ssj2008
Quelle: http://www.spec.org/power_ssj2008/results/power_ssj2008.html
27
Deutsche Energie-Agentur
28
Quelle: http://www.energieeffizienz-im-service.de/berechnungsgrundlagen.html
29
aktuell hier: Mai 2009
30
http://www.vattenfall.de/www/vf/vf_de/218683gesch/218713strom/218743jahre/218803berli/index.j
sp
21
Arbeitszeiten der Server
➔ Server gesamt 24 h
➔ 10 h Vollast
➔ 14 h Teillast bzw. Ruhephase
Für die Unternehmen wurden Server aus der Tabelle der SPECpower_ssj2008Results ausgewählt.
Tabelle 3: Daten aus SPEC Results 2008 – PowerEdge 2970 und 2950III
Hersteller und Servertyp
DELL Inc. PowerEdge
Chips Cores Mem.
ssj_ops
avg.
avg.
(Overall
@100%
watts
watts
ssj_ops/
@100%
@active
watt)
(W)
idle (W)
Benchmarks
2
8
16
247.542
302
139
545
2
8
16
305.413
276
157
682
2970
(AMD Opteron 2356,
2.30 GHz)
DELL Inc. PowerEdge
2950III (Intel Xeon
E5440)
4.2 Der PC-Arbeitsplatz
Die folgenden Daten dienen als Bemessungsgrundlage für beide Unternehmensmodelle. Ein voll funktionsfähiger Standard-Arbeitsplatz besteht aus 1 Monitor, 1
Computer, Tastatur und Maus. Hinzukommen Anteile am Drucker, Kopierer und
Faxgeräte. Für die Energieleistung eines Monitors wird von einem 17“ LCD-Monitor
ausgegangen.
Ein Standard-PC ist ausgestattet mit
✔
einem Motherboard inkl. Prozessor,
✔
einer IDE-Festplatte,
✔
einer On-Board-Grafikkarte,
✔
On-Board-Netzwerkkarte sowie Soundanschluss,
✔
einem CD-ROM-Laufwerk.
Das Betriebssystem und die installierte Software variieren je nach Anforderung.
22
Für die Berechnung des Stromverbrauchs wird von 220 Werktagen sowie von 145
Wochenend- bzw. Feiertagen ausgegangen.
Die Definitionen der Nutzungszustände:
Betriebsbereit:
Der Computer hat das Betriebssystem und sonstige Software
vollständig geladen, die Aktivitäten werden auf die grundlegenden
Anwendungen beschränkt, die das System automatisch startet.
Ruhemodus:
Ein Niedrigverbrauchsmodus, in den der Computer nach einer
bestimmten Inaktivitätszeit automatisch übergehen oder manuell
versetzt werden kann. Er kann durch Benutzerschnittstellen
automatisch wieder „geweckt“ werden.
Stand-by:
Zustand der geringsten, vom Nutzer nicht ausschaltbaren
Leistungsaufnahme, die unbegrenzt fortbesteht, solange das
Gerät mit dem Stromnetz verbunden ist.
Arbeitszeiten der Rechner31
➔ Werktags
Feiertag/Wochenende
➔ 7 h Betriebsbereit
0 h Betriebsbereit
➔ 3 h Ruhemodus
0 h Ruhemodus
➔ 11,2 h Stand-by
19,2 h Stand-by
➔ 2,8 h Stromlos
4,8 h Stromlos
Die erhobenen Messwerte werden in den folgenden Tabellen zusammengefasst:
Tabelle 4: Arbeitsplatzcomputer ACER VT7600G, Anschaffungsjahr 2003
Geräteklasse
Betriebsbereit
Ruhemodus
Stand-by
Gesamt 24 h
kWh
kWh
kWh
kWh
Midi Tower Computer32
0,055
0,005
0,005
Tagesverbrauch nach Zeit
0,385
0,015
0,056
0,456
0
0
0,096
0,096
Computer
Werktags
Tagesverbrauch nach Zeit
Feiertags
31
dena - Berechnungszeitraum
32
ACER VT7600G, Intel Pentium 4 CPU2,40 Ghz; 1 GB Arbeitsspeicher
23
Die Betriebszustände bei Monitoren, werden analog dem Energy Star definiert.
Normalbetrieb:
Der Monitor wird mit Strom versorgt und stellt ein Bild dar.
Ruhezustand:
Zustand mit verringerter Leistungsaufnahme, auf Befehl eines
Computers oder andere Funktion.
Stand-by:
Zustand der geringsten, vom Nutzer nicht ausschaltbaren
Leistungsaufnahme, solange der Monitor mit dem Stromnetz
verbunden ist.33
Arbeitszeit eines Monitors
➔ Werktags
Feiertag/Wochenende
➔ 7 h Normalbetrieb
0 h Normalbetrieb
➔ 4 h Ruhezustand
0 h Ruhezustand
➔ 10,4 h Stand-by
19,2 h Stand-by
➔ 2,6 h Stromlos
4,8 h Stromlos
Tabelle 5: Arbeitsplatzmonitor Belinea 101710
Geräteklasse
Normalbetrieb
Ruhezustand
Stand-by
Gesamt 24h
Monitor
kWh
kWh
kWh
kWh
LCD-Monitor 17“34
0,045
0,002
0,002
Tagesverbrauch nach
0,315
0,008
0,0208
0,344
0
0
0,0384
0,0384
Zeit Werktags
Verbrauch nach Zeit
Feiertags
33
dena „Energieverbrauch für Bürogeräte“
34
Hersteller: Maxdata Belinea 101710
24
Arbeitszeiten der Peripheriegeräte35
➔ 1 h im Betrieb
➔ 11 h Bereit
➔ 12 h Stand-by
Tabelle 6: Leistungsdaten Peripheriegeräte
Geräteklasse
Verbrauch ∅
Verbrauch ∅ Verbrauch ∅ Verbrauch ∅
im Betrieb
Bereit
Stand-by
ausgesch.
0,4 kWh
0,017 kWh
0,017 kWh
0 kWh
Faxgerät37
0,84 kWh
0,07 kWh
0,007 kWh
0 kWh
Kopierer38
0,723 kWh
0,07 kWh
0,07 kWh
0 kWh
Peripherie
Laserdrucker36
Tabelle 7: Leistungsdaten Peripherie nach Zeit für Arbeitstage berechnet
Geräteklasse
Verbrauch ∅
Verbrauch ∅
Verbrauch ∅
Gesamt
Peripherie nach Zeit
im Betrieb 1h
Bereit 11 h
Stand-by 12 h
24 h
0,4 kWh
0,187 kWh
0,204 kWh
0,791 kWh
Faxgerät
0,84 kWh
0,77 kWh
0,084 kWh
1,694 kWh
Kopierer
0,723 kWh
0,77 kWh
0,84 kWh
2,333 kWh
Laserdrucker
Tabelle 8: Leistungsdaten Peripherie nach Zeit für Wochenend- und Feiertage
Geräteklasse
Verbrauch ∅
Peripherie nach Tagen
Stand-by 24 h (Feiertags)
Laserdrucker
0,408 kWh
Faxgerät
0,168 kWh
Kopierer
1,68 kWh
Der Zustand „Bereit“ ist zeitlich bei den Geräten unterschiedlich. Er beschreibt die
Zeit zwischen dem letzten Ausdruck und dem Einschalten des Stand-by-Modus. Für
35
Quelle: dena und L381/26 Amtsblatt der Europäischen Union.pdf
36
HP Laserjet 4050 TN (s/w)
37
Brother Fax 2820
38
Canon IR 1600 Leistung im Betrieb 723 W im Stand-by 70 W
25
den zeitlichen Rahmen eines Druckers wurde der Bewertungssatz „Typischer Stromverbrauch“ über einen repräsentativen Zeitraum durch die „Energy Spezifikation für
Bürogeräte“ genutzt. Diese Daten dienen als Berechnungsgrundlage für die
Betrachtung der Unternehmen Ambitio und Sedulus.
4.3 Das Unternehmen Ambitio
Das Unternehmen Ambitio39 ist ein kleines Dienstleistungsunternehmen mit 50
Büroarbeitsplätzen. Die Computer sind mit einem Netzwerk, 5 Servern und einer
DSL-Anbindung an das Internet verbunden.
4.3.1 Die IT-Infrastruktur
Die 5 Server sind wie folgt verteilt. Auf zwei Servern wurden die Domänencontroller
redundant für die Verwaltung der Anmeldekonten und weitere Netzwerkdienste
eingerichtet. Eine zentrale Datenbankanwendung sowie ein Fileserver40 mit einem
großen Speichervolumen sind auf zwei weiteren Servern installiert. Der fünfte
Server ist für die Mailpostfächer zuständig. Diese Server sind abgesichert an 2
USVen angeschlossen. Für die Kommunikation im Netzwerk werden 4 x 24 PortSwitche eingesetzt. Als wichtigste Verbindungsstelle zum Internet steht ein ADSLRouter zur Verfügung.
Es wird für das Unternehmen Ambitio von folgender Anzahl an PCs und
Peripheriegeräten ausgegangen.
•
50 PC
•
50 Monitore
•
25 Netzwerk-Drucker
•
5 Faxe
•
3 Kopierer
4.3.2 Der Energiebedarf und die Verbrauchskosten
Mit
den
erhobenen
Daten
wurde
für
das
Unternehmen
Ambitio
der
Energieverbrauch sowie die Energiekosten der gesamten PC-Arbeitsplätze und
Server berechnet.
4.3.2.1 Die Server
Betrachtet werden zunächst die Serverdaten für das Unternehmen Ambitio. Es
wurden aus der Benchmark-Tabelle des SPEC die Leistungsdaten für die Server
39
40
ambitio aus dem lateinischen bedeutet ehrgeizig
Fileserver = Server zum speichern und vorhalten der erstellten Unternehmensdaten
26
entnommen. Für die Berechnung werden die Spalten „avg. watts@100%“ sowie
„avg. watts@active idle“ genommen.
Tabelle 9: Daten aus SPEC Results 2008, PowerEdge 2970 - Ambitio
Hersteller und
Chips
Cores
Servertyp
Mem. ssj_ops41
(GB)
avg.
avg.
(Overall
watts42
watts
ssj_ops/
@100%
@active
watt)44
(W)
idle43
@100%
(W)
DELL Inc.
2
8
16
247.542
302
139
545
PowerEdge 2970
(AMD Opteron
2356, 2.30 GHz)
Tabelle 10: Verbrauch Server über Arbeitszeit - Ambitio
Server
Arbeitszeiten
10 h Volllast kWh
Gesamt
14 h Teillast kWh
24 h kWh
DELL Power Edge 2970
3,02
1,95
4,97
5 Server
15,1
9,75
24,85
Tabelle 11: Verbrauch Server über Tage und Jahr - Ambitio
Server
Verbrauch pro
Tag kWh
Verbrauch an
45
220 AT
kWh
Verbrauch 24 h
Teillast kWh
Verbrauch an
46
145 FT
kWh
Gesamtverbrauch im Jahr
kWh
DELL Power
4,97
1.093,4
3,34
484,3
1.577,7
24,85
5.467,0
16,7
2.421,5
7.888,5
Edge 2970
5 Server
41
ssj = Server Side Java ops = Operations per Second bei 100% Leistung
42
Durchnittliche Wattleistung bei 100%
43
Durchnittliche Wattleistung bei aktivem Leerlauf
44
Bewertung/Punktzahl der zusammengefassten Leistung des Servers
45
AT = Arbeitstag(e)
46
FT = Wochenend- und Feiertage
27
Tabelle 12: Energiekosten der Server im Jahr - Ambitio
Kostentabelle
Verbrauch im Jahr
PowerEdge 2970
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
Jahr
1 Server
1.577,7 kWh
0,1176 €
185,54 €
5 Server
7.888,5 kWh
0,1176 €
927,69 €
Die Energiekosten der 5 Server betragen:
7.888,5 * 0,1176 € = 927,69 €/Jahr
4.3.2.2 Die Arbeitsplätze
Die Kosten für einen Arbeitsplatz werden hier mit den Anteilen der Peripheriegeräte
errechnet und ergeben damit einen Gesamtkostenfaktor für einen Arbeitsplatz pro
Tag (24h).
Tabelle 13: Energieverbrauch eines Arbeitsplatzes - Ambitio
Geräte
Verbrauch 1
Verbrauch
Verbrauch
Verbrauch 145
Verbrauch im
AT kWh
220 AT kWh
1 FT kWh
FT kWh
Jahr kWh
PC
0,456
100,32
0,096
13,92
114,24
Monitor
0,344
75,68
0,038
5,51
81,19
0,5 Drucker
0,396
87,12
0,204
29,58
116,7
0,1 Fax
0,169
37,18
0,017
2,47
39,65
0,06 Kopierer
0,140
30,8
0,101
14,65
45,45
Gesamt
1,51
0,456
397,23
Tabelle 14: Energiekosten der Arbeitsplätze im Jahr - Ambitio
Kostentabelle
Verbrauch im Jahr
ACER VT7600
1 Arbeitsplatz
50 Arbeitsplätze
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
Jahr
397,23 kWh
0,1176 €
46,71 €
19.861,5 kWh
0,1176 €
2.335,71 €
Der Gesamtenergiebedarf für Arbeitsplätze und Server beträgt 27.750 kWh.
Die Gesamtenergiekosten für Arbeitsplätze und Server betragen 3.263,4 €/Jahr.
28
4.3.3 Das Einsparpotenzial bei Ambitio
Ein Ansatz um die Energiekosten zu senken, wird im folgenden durch den
Austausch der vorhandenen 5 PowerEdge 2970 gegen neue energieeffiziente und
leistungsstarke Server dargestellt.
4.3.3.1 Neue energieeffiziente Server
Bei der Auswahl eines neuen Servers wird wieder die Benchmark-Liste des SPEC
Konsortiums genutzt. Anhand der Benchmarkpunkte, welche die Leistung pro Watt
in der Spalte „Overall ssj_ops/watt“ zeigt, kann die Entscheidung für einen
leistungsstarken, energieeffizienten Server getroffen werden. Umso höher die
Punktzahl ist, desto effizienter ist das ausgewiesene System. Wird sich für den
Einsatz neuer energieeffizienter Server entschieden, sind dadurch Einsparungen
möglich.
Der neue Server Power Edge R710
Tabelle 15: Daten aus SPEC Results 2008 – PowerEdge R710
Hersteller und Servertyp
Chip
Cores
s
DELL Inc. PowerEdge
2
Mem.
ssj_ops47
avg.
avg.
(Overall
(GB)
@100%
watts
watts
ssj_ops/
@100%
@active
watt)
(W)
idle (W)
220
65
8
8
540.907
1.860
R710 (Intel Xeon X5570,
2.93 GHz)
Tabelle 16: Verbrauch Server über Tage und Jahr - Ambitio
Server
Verbrauch pro
Tag (kWh)
Verbrauch an
48
220 AT
Verbrauch 24 h
kWh
Teillast kWh
Verbrauch an
49
145 FT
kWh
kWh
DELL Power
3,11
684,2
1,56
226,2
910,4
15,55
3.421,0
7,8
1.131,0
4.552,0
Edge R 710
5 Server
47
ssj = Server Side Java ops = Operations per Second
48
AT = Arbeitstag(e)
49
29
Tabelle 17: Energiekosten der Server im Jahr zum Vergleich - Ambitio
Kostentabelle
Verbrauch im Jahr
1 Server PE50 R710
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
Jahr
910,4 kWh
0,1176 €
107,06 €
5 Server PE R710
4.552,0 kWh
0,1176 €
535,32 €
5 Server PE 2970
7.888,5 kWh
0,1176 €
927,69 €
Das ergibt eine Kosteneinsparung durch den Austausch der 5 Server von:
927,69 €/Jahr
- 535,32 €/Jahr
392,37 €/Jahr
Das bedeutet eine Einsparung der Energiekosten nach 5 Jahren von 1.961,85 €
bzw. eine Reduzierung des Energieverbrauchs in 5 Jahren von 16.682,5 kWh.
4.3.3.2 Virtualisierung
Weitere Einsparmöglichkeiten sind durch Virtualisierung der Server möglich. Um
ungefähr die gleiche Leistung für die Server zu erhalten, werden bei Ambitio
2 PowerEdge-R710 als Virtualisierungsserver und 1 Backupserver eingesetzt, auf
denen die 5 Server als virtuelle Maschinen laufen können.
Tabelle 18: Verbrauch Server für Virtualisierung über Tage und Jahr - Ambitio
Server
Verbrauch pro
Tag kWh
Verbrauch an
51
220 AT
kWh
Verbrauch 24 h
Teillast kWh
Verbrauch an
52
145 FT
kWh
kWh
DELL Power
3,11
684,2
1,56
226,2
910,4
9,33
2.052,6
4,68
678,6
2.731,2
Edge R710
3 Server
50
PE = PowerEdge
51
AT = Arbeitstag(e)
52
30
Tabelle 19: Energiekosten zum Vergleich Server im Jahr - Ambitio
Kostentabelle
Verbrauch im Jahr
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
Jahr
1 Server PE R710
910,4 kWh
0,1176 €
107,06 €
3 Server PE R710
2.731,2 kWh
0,1176 €
321,19 €
5 Server PE 2970
7.888,5 kWh
0,1176 €
927,69€
Durch den Austausch der 5 Server gegen 3 neue Server werden Energiekosten in
Höhe von 606,50 € im Jahr eingespart.
927,69 €/Jahr
- 321,19 €/Jahr
606,50 €/Jahr
Das bedeutet eine Einsparung der Energiekosten nach 5 Jahren von 3.032,5 € bzw.
eine Reduzierung des Energieverbrauchs in 5 Jahren von 25.786,5 kWh. Dadurch,
dass der hier genutzte Verbrauchspreis keine Konstante ist, wird die Einsparung
beim Energieverbrauch interessant.
4.3.3.3 Einsparungen am Arbeitsplatz
In einem kleinen Unternehmen, wie dem Unternehmen Ambitio lässt sich zunächst
auf recht einfachem Weg einiges an Energie einsparen, ohne hohe Investitionskosten aufbringen zu müssen. Die Umsetzung einfacher Regeln, lassen schon damit
merklich die Kosten senken.
Möglichkeiten sind:
Der Computerarbeitsplatz wird zum Feierabend heruntergefahren und durch eine
ausschaltbare Steckerleiste abgeschaltet.
Beispiel:
Abbildung 18: 6-fach Steckerleiste
31
Pro 6-fach Steckerleiste können 2 Monitore, 2 PC und 1 Drucker angeschlossen
werden.
Investition: pro Steckerleiste ca. 10,00 € für 50 AP = 250,00 €
Stand-by-Verbrauch nach Zeit für Werktags und Feiertags im Jahr:
Tabelle 20: Verbrauch Monitor im Stand-by - Ambitio
Arbeitstag
Wochenend-/Feiertag
Monitor/Jahr
PC/Jahr
Gesamt
Monitor
PC 11,2h
Monitor
PC 19,2h
Stand-by
Stand-by
Stand-by
10,4h kWh
kWh
19,2h kWh
kWh
kWh
kWh
kWh
0,0208
0,056
0,0384
0,096
10,15
26,24
36,4
Die Kosten im Stand-by für PC und Monitor sind:
36,4 kWh * 0,1176 € = 4,28 €/Jahr
Das sind bei 50 Arbeitsplätzen zusammen: 214,00 €/Jahr
Schaltet man also die Rechner regelmäßig aus, entsteht eine Einsparung über
5 Jahre von:
214,00 €/Jahr * 5 Jahre = 1.070,00 €
Auch während der Arbeitszeit ist es möglich den Energieverbrauch durch Einstellungen am PC zu reduzieren. Die Windows-Betriebssysteme bieten Energieoptionen an,
mit denen der Rechner weniger Leistung benötigt.
In den Eigenschaften der Energieoptionen beim Microsoft Windows Betriebssystem
können auf „minimaler Energieverbrauch“ eingestellt werden. Bei dieser Einstellung
wird Speed step und Coole'n'Quiet genutzt. Damit wird die Prozessortaktrate und
-spannung automatisch leistungsabhängig angepasst.
Durch das Abschalten des Bildschirmschoners können bis zu 90% der Energie
gespart werden53. Der Bildschirmschoner ist eine Anwendung, durch die der
Rechner permanent aktiv bleibt.
53
lt. dena Institut
32
Abbildung 19: Quelle: dena GmbH
Beim Einkauf neuer Computer kann darauf geachtet werden, wie viel Kilowattstunden der Computer verbraucht (Herstellerangaben beachten), bzw. ist vor dem Kauf
zu überlegen, was soll der Computer können. Der schnellste Computer ist meist
nicht der sparsamste und oft für die „normale“ Büroarbeit überdimensioniert.
Schnelle 3-D-Grafikkarten verbrauchen mehr Energie als eine on-Board-Grafikkarte,
die meist ausreicht. Jede eingebaute Komponente braucht Energie, wenn sie arbeitet, darum ist es wichtig auch auf die Ausstattung eines Computers zu achten.
Sparsame Rechner haben das Siegel für den „Energy Star“, das darauf hinweist,
dass dieser Computer den neuesten Energieanforderungen gerecht wird. Die
Hersteller weisen auch auf die verarbeiteten Materialien hin, so dass auch der
ökologische Aspekt bei der Verarbeitung der Geräte beachtet werden kann.
Bei einer Neuinvestition in sparsame Rechner, wie in Kapitel 2.5 in der Tabelle 2
aufgelistet, entsteht eine Energieersparnis für 50 Arbeitsplätze im Jahr von
419,18€, das sind in 5 Jahren 2.095,90 €.
In den Tabellen 21 bis 23 wird die Kostenersparnis durch Austausch des ACER
VT7600 gegen den Fujitsu ESPRIMO Q5030E dargestellt und berechnet.
33
Tabelle 21: Verbrauch neuer Rechner Esprimo Q5030E - Ambitio
Geräteklasse PC
Betriebsbereit
Ruhemodus
Stand-by
Gesamt 24 h
kWh
kWh
kWh
kWh
Fujitsu ESPRIMO Q5030E
Star4
Verbrauch nach Zeit
Werktags 7h | 4h | 11,2h
0,024
0,0019
0,0009
0,168
0,0057
0,01008
0,184
0
0
0,017
0,017
Verbrauch nach Zeit
Feiertags 0h | 0h | 19,2h
Veränderung des Verbrauchs durch Austausch des PCs
Tabelle 22: Verbrauch durch Austausch PC ESPRIMO - Ambitio
Geräte
Verbrauch 1
Verbrauch
Verbrauch
Verbrauch 145
Verbrauch im
AT kWh
220 AT kWh
1 FT kWh
FT kWh
Jahr kWh
PC ESPRIMO
0,184
40,48
0,017
2,47
42,95
Monitor
0,344
75,68
0,038
5,51
81,19
0,5 Drucker
0,396
87,12
0,204
29,58
116,7
0,1 Fax
0,169
37,18
0,017
2,47
39,65
0,06 Kopierer
0,140
30,8
0,101
14,65
45,45
Gesamt
1,23
0,38
325,94
Es werden durch diesen Austausch 71,29 kWh im Jahr eingespart.
Tabelle 23: Veränderte Energiekosten der Arbeitsplätze im Jahr - Ambitio
Kostentabelle
1 Arbeitsplatz
Verbrauch im Jahr
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
kWh
Jahr
325,94
0,1176 €
38,33 €
50 Arbeitsplätze
16.297,0
0,1176 €
1.916,53 €
50 Arbeitsplätze
19.861,5
0,1176 €
2.335,71 €
Vergleicht man nun die Gesamtkosten mit dem Acer VT7600 und dem Esprimo
Q5030E bekommt man eine Kostenersparnis von
2.335,71€
- 1.916,53€
419,18€
34
4.3.3.4 Die Drucker
In der vorhergehenden Berechnung wurden Drucker zu 100%, also 24 Stunden am
Tag eingeschaltet inkl. Stand-by-Modus kalkuliert. Da Drucker im ausgeschalteten
Zustand keinen Strom mehr ziehen, ist es sinnvoll am Ende eines Arbeitstages auch
den Drucker auszuschalten, hier ist eine Steckerleiste nicht notwendig. Für diese
Berechnung wird eine Stand-by-Zeit von 12 h angenommen, davon ausgehend,
dass Drucker und Kopierer in der Zeit von 6 Uhr bis 18 Uhr in Bereitschaft stehen.
Investition: 0
Leerlauf bzw. Stand-by ca. 12 Stunden.
Tabelle 24: Verbrauch der Drucker und Kopierer im Stand-by - Ambitio
Geräteklasse
Verbrauch ∅
Verbrauch im Jahr
Peripherie nach Zeit
Stand-by 12 h kWh
kWh
Laserdrucker
Kosten im Jahr
0,204
74,46
8,76 €
Kopierer
0,84
306,6
36,06 €
Gesamt
1,04
381,06
44,82 €
Einsparung bei den Druckern im Jahr: 8,76 * 25 = 219,00 €
Einsparung bei den Kopierern im Jahr: 36,06 * 3 = 108,18 €
Das Einsparungspotenzial bei den Peripheriegeräten durch Ausschalten für 12
Stunden ergibt 327,18 € im Jahr. Über 5 Jahre werden es insgesamt 1.635,90€
bzw. 13.906,5 kWh.
Bei den Peripheriegeräten besteht durch Austausch einzelner Drucker und Kopierer
gegen Multifunktionsgeräte eine weitere Möglichkeit Energie und damit Kosten zu
reduzieren. Unternehmen, die Drucker vertreiben, bieten eine Kalkulation der alten
gegen neue Geräte an. Sie recherchieren das Volumen und den Verbrauch durch
drucken und kopieren und stellen diese den neuen Produkten und deren Volumen
und Verbrauch gegenüber.
35
4.4 Das Unternehmen Sedulus
Das Unternehmen Sedulus54 ist ein mittelständisches Unternehmen mit 250
Arbeitsplätzen und einer gewachsenen IT-Landschaft, die mit 9 Servern, mehreren
Netzwerkswitchen für die Kommunikation der Computer und zwei redundanten
Routern für die Verbindung ins Internet betrieben wird.
4.4.1 Die IT-Infrastruktur
Entsprechend einer Windows Domäne gibt es 2 Domänencontroller, 1 Druckserver
sowie
einen
Exchange-Server.
Hinzukommen
ein
Fileserver
und
zwei
Datenbankserver und ein Webserver für das firmeneigene Intranet. Für die
Datensicherung
ist
ein
Backupserver
mit
automatischen
Bandlaufwerken
angeschlossen. Diese 9 Server sind redundant verteilt an 3 Unterbrechungsfreie
Stromversorgungen angeschlossen. Um Computer und Drucker sowie weitere
Netzwerkgeräte im LAN zu verbinden wurden 10 x 48-Port-Switche eingesetzt.
Die Computer-Arbeitsplätze des Unternehmens Sedulus sind wie folgt:
250 PC
250 Monitore
125 Drucker
25 Faxe
5 Kopierer
4.4.2 Der Energiebedarf und die Verbrauchskosten
Bei Sedulus wird ein anderer Typ der PowerEdge-Reihe eingesetzt, der PowerEdge
2750 III. Da dies ein größeres Unternehmen ist und dieser Server eine höhere
Performance hat.
4.4.2.1 Die Server
Wie für das Unternehmen Ambitio wurde für Sedulus ein Server aus den SPECDaten ermittelt.
54
sedulus aus dem lateinischen bedeutet fleißig
36
Tabelle 25: Daten aus SPEC Results 2008, PowerEdge 2950III - Sedulus
Hersteller und
Chips
Cores
Mem.
Servertyp
ssj_ops
avg.
avg. watts
(Overall
@100%
Watts
@active
ssj_ops/
@100%
idle (W)
watt)
157
682
(W)
DELL Inc. PowerEdge
2
8
16
305.413
276
2950III (Intel Xeon
E5440)
Tabelle 26: Verbrauch Server über Arbeitszeit - Sedulus
Server
Arbeitszeiten
10 h Volllast kWh
DELL Power Edge 2950III
9 Server
Gesamt
14 h Teillast kWh
24 h kWh
2,76
2,19
4,95
24,84
19,71
44,55
Tabelle 27: Verbrauch Server über Tage und Jahr - Sedulus
Server
Verbrauch pro
Tag kWh
Verbrauch an
55
220 AT
kWh
Verbrauch 24 h
Verbrauch an
56
Teillast kWh
145 FT
kWh
kWh
DELL Power
4,95
1.089,0
3,77
546,65
1.635,65
44,55
9.801,0
33,93
4.919,85
14.720,85
Edge 2950III
9 Server
Tabelle 28: Energiekosten der Server im Jahr - Sedulus
Kostentabelle
Verbrauch im Jahr
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
PowerEdge 2950III
kWh
kWh
Jahr
1 Server
1.635,65
0,1176 €
192,35 €
9 Server
14.720,85
0,1176 €
1.731,17 €
Die Kosten für Energie der 9 Server betragen im Jahr:
14.720,85 * 0,1176 € = 1.731,17 €
55
AT = Arbeitstag(e)
56
37
4.4.2.2 Die Arbeitsplätze
Die Daten eines Arbeitsplatzes werden übernommen und mit den Kosten zum
Vergleich für 250 Arbeitsplätze berechnet.
Tabelle 29: Energieverbrauch eines Arbeitsplatzes - Sedulus
Geräte
Verbrauch 1
Verbrauch
Verbrauch
Verbrauch 145
Verbrauch im
AT kWh
220 AT kWh
1 FT kWh
FT kWh
Jahr kWh
PC
0,456
100,32
0,096
13,92
114,24
Monitor
0,344
75,68
0,038
5,51
81,19
0,5 Drucker
0,396
87,12
0,204
29,58
116,7
0,1 Fax
0,169
37,18
0,017
2,47
39,65
0,06 Kopierer
0,140
30,8
0,101
14,65
45,45
Gesamt
1,51
0,456
397,23
Tabelle 30: Energiekosten der Arbeitsplätze im Jahr - Sedulus
Kostentabelle
Arbeitsplätze
1 Arbeitsplatz
250 Arbeitsplätze
Verbrauch im Jahr
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
kWh
Jahr
397,23
0,1176 €
46,71 €
99.307,5
0,1176 €
11.678,56 €
Gesamtenergiebedarf Arbeitsplätze und Server
Gesamtkosten für Arbeitsplätze und Server
114.028,35 kWh/Jahr
13.409,73 €/Jahr
4.4.3 Das Einsparpotenzial bei Sedulus
Im folgenden werden die Einsparungen durch Austausch der 9 PowerEdge 2950III
gegen 9 neue PowerEdge R710 betrachtet.
38
4.4.3.1 Neue energieeffiziente Server
Tabelle 31: Verbrauch 2950III Server über Arbeitszeit - Sedulus
Server
Arbeitszeiten
10 h Volllast kWh
DELL PowerEdge 2950III
9 Server
Gesamt
14 h Teillast kWh
24 h kWh
2,76
2,19
4,95
24,84
19,71
44,55
Tabelle 32: Verbrauch R710 Server über Tage und Jahr - Sedulus
Server
Verbrauch pro
Tag kWh
Verbrauch an
57
220 AT
Verbrauch 24 h
kWh
Verbrauch an
58
Teillast kWh
145 FT
kWh
kWh
DELL
3,11
684,2
1,56
226,2
910,4
27,99
6.157,8
14,04
2.035,8
8.193,6
PowerEdge
R710
9 Server
Tabelle 33: Energiekosten zum Vergleich, Server im Jahr - Sedulus
Kostentabelle
Verbrauch im Jahr
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
kWh
Jahr
1 Server PE R710
910,4
0,1176 €
107,06 €
9 Server PE R710
8.193,6
0,1176 €
963,57 €
14.720,85
0,1176 €
1.731,17 €
9 Server PE 2950III
Das ergibt eine Kosteneinsparung durch den Austausch der 9 Server von:
1.731,17 €/Jahr
- 963,57 €/Jahr
767,60 €/Jahr
Das bedeutet eine Einsparung der Energiekosten nach 5 Jahren von 3.838,00 €
bzw. eine Reduzierung des Energieverbrauchs in 5 Jahren von 6.527,25 kWh .
57
AT = Arbeitstag(e)
58
39
4.4.3.2 Virtualisierung
Je größer ein Unternehmen
vorhandenen
Server
in
ist, desto sinnvoller wird die Umsetzung der
virtuelle
Maschinen.
Damit
wird
weniger
Hardware
eingesetzt und mehr Energie gespart. Bei Sedulus werden die Leistungsdaten des
PowerEdge R710 aus den Daten von Ambitio übernommen.
Tabelle 34: Daten aus SPEC Results 2008, PowerEdge R710 - Sedulus
Hersteller und
Chips
Cores
Servertyp
DELL Inc. PowerEdge
2
8
Mem
ssj_ops59
avg.
avg.
(Overall
(GB)
@100%
Watts
watts
ssj_ops/
@100%
@active
watt)
(W)
idle (W)
220
65
8
540.907
1.860
R710 (Intel Xeon
X5570, 2.93 GHz)
Um die möglichst gleiche Leistung60 der 9 Server zur Verfügung zu stellen, werden
bei Sedulus 5 neue Virtualisierungsserver eingesetzt.
Tabelle 35: Verbrauch der Server über Tage und Jahr - Sedulus
Server
Verbrauch pro
Tag (kWh)
Verbrauch an
61
220 AT
Verbrauch 24 h
kWh
Verbrauch an
62
Teillast kWh
145 FT
kWh
kWh
DELL Power
3,11
684,2
1,56
226,2
910,4
15,55
3.421,0
7,8
1.131,0
4.552,0
Edge R710
5 Server
Tabelle 36: Energiekosten der Server im Jahr - Sedulus
Kostentabelle
Verbrauch im Jahr
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
kWh
Jahr
1 Server PE R710
910,4
0,1176 €
107,06 €
5 Server PE R710
4.552,0
0,1176 €
535,32 €
14.720,85
0,1176 €
1.731,17 €
9 Server PE2950III
59
ssj = Server Side Java ops = Operations per Second
60
Leistung aus Spalte ssj_ops@100%
61
AT = Arbeitstag(e)
62
40
Durch den Austausch der 9 Server gegen 5 neue Server werden Kosten in Höhe von
1.195,85 € im Jahr eingespart.
1.731,17 €/Jahr
- 535,32 €/Jahr
1.195,85 €/Jahr
Es muss dazu angemerkt werden, dass die tatsächliche Auslastung bei Servern
genau untersucht werden muss, um die Ansprüche an die Leistung und die Anzahl
der zum Einsatz kommenden Virtualisierungsserver errechnen zu können.
4.4.3.3 Der Serverraum
Einsparpotenziale sind ebenfalls im Serverraum möglich. Moderne Klimasysteme
bieten verbesserte Energieleistungen und können somit zu Einsparungen führen.
Außerdem ist zu beachten, dass die Luft in den Serverräumen auch möglichst direkt
an die Server herangeführt wird. Verbesserungen werden durch das Schließen von
Leerräumen im Rack herbeigeführt, damit kann die Luft nicht durch diese
Öffnungen
entweichen,
sondern
wird
effizient
an
die
Server
herangeführt.
Desgleichen kann die Temperatur auf 21°C – 23°C erhöht werden. Wird der Raum
stets geschlossen gehalten, kann die Temperatur im Raum gehalten werden, damit
muss die Klimaanlage nicht verstärkt kühlen.
4.4.3.4 Terminalserver und Thin-Clients
Da auf den physischen Maschinen, auf denen die virtuellen Maschinen laufen, mehr
als nur 9 Server arbeiten können, ist zu überlegen, eine Terminalserver-Farm mit
anzulegen. Dadurch entsteht eine neue Betrachtung der Ersparnis bei den
Arbeitsplätzen. Da sich die Kosten für PCs durch den Austausch von Thin-Clients
verringern können.
Arbeitszeiten der Rechner63
➔ Werktags
Feiertag/Wochenende
➔ 7 h Betriebsbereit
0 h Betriebsbereit
➔ 3 h Ruhemodus
0 h Ruhemodus
➔ 11,2 h Stand-by
19,2 h Stand-by
➔ 2,8 h Stromlos
4,8 h Stromlos
Die Leistungsaufnahme eines Thin-Clients von Fujitsu Siemens
63
dena Berechnungszeitraum
41
Tabelle 37: Verbrauch Thin-Client Futro S500 - Sedulus
Betriebsbereit
Ruhemodus
Soft-off64
Gesamt 24 h
kWh
kWh
kWh
kWh
Thin-Client Futro S500
0,023
0,014
0,0024
Verbrauch nach Zeit
0,161
0,042
0,027
0,23
0
0
0,046
0,0442
Geräteklasse
Thin-Client
Werktags
Verbrauch nach Zeit
Feiertags
Tabelle 38: Verbrauch durch Austausch durch Thin-Clients - Sedulus
Geräte
Futro S500
Verbrauch 1
Verbrauch
Verbrauch
Verbrauch
Verbrauch im
AT
220 AT
1 FT kWh
145 FT
Jahr
kWh
kWh
kWh
kWh
0,23
50,6
0,046
6,67
57,27
Monitor
0,344
75,68
0,038
5,51
81,19
0,5 Drucker
0,396
87,12
0,204
29,58
116,7
0,1 Fax
0,169
37,18
0,017
2,47
39,65
0,06 Kopierer
0,140
30,8
0,101
14,65
45,45
Gesamt
1,28
0,41
340,26
Tabelle 39: Kosten der Thin-Client Arbeitsplätze - Sedulus
Kostentabelle
Arbeitsplätze
Verbrauch im Jahr
Verbrauchspreis pro
Verbrauchskosten im
kWh
kWh
Jahr
1 Arbeitsplatz
340,26
0,1176 €
40,01 €
250 Arbeitsplätze
85.065,0
0,1176 €
10.003,64 €
250 Arbeitsplätze
99.307,5
0,1176 €
11.678,56 €
Der Futro S kostet im Jahr 6,69 € weniger als ein PC.
11.678,56 €
- 10.003,64€
1.674,92 €
64
Soft-off ist der gleich dem Stand-by
42
Das ergibt eine Ersparnis für 250 Arbeitsplätze von 1.674,92 €.
In 5 Jahren entsteht eine Ersparnis der Energiekosten von 8.374,60 €.
4.4.3.5 Einsparungen am Arbeitsplatz
Wie bei Ambitio ist auch hier ein Einsparpotenzial bei den vollständigen PCarbeitsplätzen durch Herunterfahren und Ausschalten über eine Steckerleiste
möglich. Auch die Einstellungen der Energieoptionen am Betriebssystem dürfen
nicht außer Acht gelassen werden. Am Beispiel einer 6-fach-Steckerleiste besteht
folgendes Einsparpotenzial:
Investition: pro Steckerleiste ca. 10,00 € für 250 AP = 1.250,00 €
Die Energiekosten im Stand-by für PC und Monitor sind:
26,24 kWh + 10,15 kWh = 36,4 kWh/Jahr
36,4 kWh * 0,1176 € = 4,28 €/Jahr
Das sind bei 250 Arbeitsplätzen zusammen: 1.070,00 €/Jahr
Die Kosten im Stand-by für Thin-Clients und Monitor sind:
12,61 kWh + 10,15 kWh = 22,76 kWh/Jahr
22,76 kWh * 0,1176 € = 2,68 €/Jahr
Das sind bei 250 Arbeitsplätzen zusammen: 670,00 €/Jahr
Anhand der Beispielrechnungen, wird veranschaulicht, dass durch Veränderungen in
der Serverlandschaft Energie gespart und somit Kosten reduziert werden können.
Sei es 5 Server mit schlechten Leistungsmerkmalen gegen neue auszutauschen
oder die Infrastruktur durch Virtualisierung zu verändern. Es wurden durch die
Unternehmen Ambitio und Sedulus Varianten aufgezeigt, welche Energieeinsparungen möglich sind und wie viel an Kosten reduziert werden kann. Bei den ThinClients sind die Einsparungen nur marginal. Dafür ist der administrative Aufwand
für PCs gegenüber Thin-Clients wesentlich höher.
Die Komplexität einer IT-Infrastruktur für jedes Unternehmen, verlangt eine
konkrete Messung der vorhandenen Hardware und Analyse dieser Daten um eine
Grundlage und entsprechende Entscheidungsspielräume für Neuinvestitionen zu
erkennen.
43
5 Zusammenfassung
Das Energiemanagement im IT-Bereich ist ein komplexes Thema. Es beginnt mit
dem normalen computergestützten Arbeitsplatz, der mit einer großen Anzahl von
Peripheriegeräten gekoppelt ist. Weiterhin erhöht sich die Komplexität durch das
dazugehöriges Netzwerk aus Servern und Netzwerkkomponenten, was einen
zusätzlich erhöhten Energieverbrauch zur Folge hat.
Bei
den
Unternehmen
wurden
bewusst
die
Daten
eines
PCs
aus
dem
Anschaffungsjahr 2003 herangezogen. In den realen Unternehmen werden teilweise
noch ältere Modelle verwendet. Durch den Austausch dieser Modelle gegen ein
neues PC-Modell, das den „Energy Star Spezifikationen“ entspricht, ist auch für ein
Unternehmen, wie Ambitio mit 50 Arbeitsplätzen, eine Einsparung wirksam möglich.
Auch konnte gezeigt werden, dass durch das vollständige Trennen vom Stromnetz
durch Steckerleisten Energieeinsparungen möglich sind. Dies lässt sich genauso für
das Unternehmen Sedulus mit deren 250 Arbeitsplätzen aufzeigen. Hier konnte
dargelegt werden, dass sogar das Nutzen der Steckerleiste mehr Energiekosten
einspart, als der Austausch durch Thin-Clients.
Die Betrachtung durch der Server sowohl mit, wie auch ohne Virtualisierung, stellt
heraus, dass für ein kleines Unternehmen durch Verringerung der Serveranzahl
wesentliche Kostensenkung und Energieersparnis herbeigeführt werden kann.
Die Energiekosten, wie sie in dieser Arbeit verwendet wurden, sind keine fixen
Werte. Die Vielzahl der Anbieter und die steigenden Energiepreise lassen selbstverständlich in dieser Arbeit keine absoluten Kostenaussagen zu.
Die IT-Infrastruktur eines Unternehmens muss für die Veränderungen als Ganzes
betrachtet werden. In dieser Arbeit wurden nur durch Beispiele aufgezeigt, welches
Potenzial zur Reduzierung von Energie und Kosten in den Unternehmen steckt.
Den Energieverbrauch in den Unternehmen bewusst zu machen, Energiekosten zu
senken und auch bewusst mit den Ressourcen unserer Umwelt umzugehen, ist ein
wichtiger Anteil in unserer heutigen Gesellschaft.
44
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