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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 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
4.4 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 IT-
Manager 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 PC-
Arbeitsplatz wird durchschnittlich acht Stunden am Tag
gearbeitet. Im Durchschnitt
arbeitet ein Computer somit bis zu 7 h unter Normallast.3
Dazugehörige Monitore unterscheiden sich in den
Typen. Den höchsten Stromverbrauch 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.
2 Presseinformation 54/2008 Umweltbundesamt pd08-054.pdf
3 Quelle: Deutsche Energie Agentur
Abbildung 2: Belinea 17" LCD-
Monito: 30 W
Abbildung 3: Nokia 17"
Röhrenmonitor: 75W
-
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 24-
Stunden-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.
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-
undBerechnungsvorschriften)
5 Quelle: dena
http://www.energieeffizienz-im-service.de/?id=9244
Quelle: www.pcwelt.de
Abbildung 4: Monochrom-Laserdrucker-Leistungsaufnahme in
Watt
-
5
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 3-
tier (Schicht) Client/Server Systems, wobei das Augenmerk auf
dem Middle Tier
Abbildung 5: Messung Faxgerät
Brother Fax 820
70
840
0
200
400
600
800
1000
Normalbetrieb Stand-By
Leis
tung
in W
att
-
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
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
Abbildung 6: Benchmark Methode
-
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 Kühlleistungsbedarf reicht die
herangeführte
Kühlluftmenge nicht mehr aus. Ein häufig auftretendes 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.“
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 zur
Verwertung und Entsorgung von Altgeräten.
8 Quelle: Artikel www.tecchannel.de „Hitzefrei in den
Serverräumen“ vom
28.07.2005http://www.tecchannel.de/server/hardware/431299/hitzefrei_in_den_server_raeumen/index2.html
9 Quelle: TECchannel eBook featured by Intel.pdf
Abbildung 7: Wärmenest über dem Serverschrank
-
8
Das Thema Green-IT bekommt seit einigen Jahren immer mehr
Aufmerksamkeit
und trifft durch steigende Kosten den Nerv von IT-Managern und
Systemadminis-
tratoren. Seit dem sind die Hersteller von Informations- und
Kommunikationstech-
nologien am entwickeln neuer energieeffizienter und
umweltfreundlicher Technik.
Kühlungsanlagen verbrauchen einen großen Anteil der Energie in
Unternehmen, da-
für 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-
fen, Emissionen und Abfall umwelt- und klimafreundlich
auszeichnen.
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 sindBausteine eines Grünen
Rechenzentrums“ von Achim Karpf 28.01.2008
Abbildung 8:
Beispiel-Label
Blauer Engel
-
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 Umwelt-
schutzbehörde (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
Stand-by- und Leerlauf-Modus. Dabei sind Werte für den Computer
im Stand-by-
Modus 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 Rech-
ner, die umweltfreundlich und recyclinggerecht entwickelt
wurden.14
Standards wie diese Kennzeichen oder die SPEC-
Benchmarks geben eine gute Richtung für energieeffiziente
Technologien vor. Im Folgenden werden die neuen
Technologien und Möglichkeiten der Gruppen von IT-
Strukturen betrachtet.
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 Verbraucher-Initiative e.V.
14 Quelle: http://www.label-online.de/index.php/cat/3/lid/415
Label-Datenbank der Verbraucher-Initiative e.V.
Abbildung 9: Energy Star
Abbildung 10: Europ.
Umweltzeichen
-
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.
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
Abbildung 11: Direkt gekühlter Serverschrank
-
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 SPEC-
Benchmark-Server in der SPECPower_ssj2008Results können auf der
Webseite von
SPEC eingesehen werden.
Tabelle 1: Daten aus SPEC Results 2008 - IBM iDataPlex
Hersteller und
Servertyp17Chips Cores Mem
(GB)
ssj_ops
@100%
avg.
watts
@100%
(W)
avg. watts
@active
idle (W)
(Overall
ssj_ops/
watt)
Benchmarks
IBM iDataPlex
Server dx360 M2
2 8 12 1.298.719 475 116 2.066
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 Doppelwand-
lertechnik 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 gesam-
te 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 Wirkungs-
grad von 90 % bis 98 %. Online-USV versorgen die angeschlossenen
Geräte
konstant mit dem Strom der Batterien und nutzen den Strom zum
Aufladen der
17 SPECpower_ssj2008 Results;
18
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 Line-
Interactive-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 Virtuali-
sierung 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 einzel-
nen 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 physi-
schen 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 physi-
schen Server laufen. Jede Maschine bekommt eigene Ressourcen
zugeteilt und
kann somit nicht mit den anderen Maschinen kollidieren. Mit
allen drei Virtualisie-
rungsbetriebssystemen lässt sich eine IT-Infrastruktur im
Serverbereich konsolidie-
ren.
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 VirtualCen-
ter 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 installie-
ren. 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 64-
Bit-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 Prozes-
se und den Management-Tools erleichtern. Auch XEN bietet
verschiedene Varianten
19 Quelle: VMWare
20Quwelle: 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 textbasier-
te 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 eben-
falls die Virtualisierung von Servern an. Bei Microsoft wird die
Hardware in Parent-
und Child-Partitionen unterteilt. Die Parent-Partition hat
direkten Zugriff auf die
physische Hardware des Hosts über den Virtualisierungs-Stack in
der die Hardwa-
reressourcen 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 Drittanbie-
tern 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
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, kann man den selbständig
einschaltenden
Ruhemodus nutzen.
Abbildung 14: Microsoft Hyper-V
-
16
Tabelle 2: Auszug aus TopTen - Energiesparsame
Personalcomputer23
Bezeichnung Fujitsu
ESPRIMO-
Q5030 E-
Star4
Shuttle X-
Series –
X 2700B
MSI Wind
Nettop –
S2325L
Umwelt-
computer
Monarch 1.1
Energieverbrauch
in 5 J. (kWh)
214,7 253,2 294,9 331
Stromkosten im
Jahr
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
(W)
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
Laufwerk
DVD±RW (±R
DL) / DVD-
RAM
DVD-Writer DVD±RW (±R
DL) / DVD-
RAM
DVD+/-RW
Grafikspeicher 256
Wake On Lan Nein Ja Nein Nein
Betriebssystem Microsoft
Windows
Vista
Business
Microsoft
Vista Home
Basic
SuSE Linux
10.0
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 und einem Speicherchip, auf dem ein
kleines
Betriebssystem läuft, einem Netzteil und einer Grafik- und
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 W24, sie
brauchen keine Kühlventilatoren, denn durch die geringe
Stromzufuhr entwickelt
sich nicht soviel Wärme, wie bei einem PC.25
Im Rahmen der Virtualisierung wurde die Software zur
Virtualisierung von Desktops
entwickelt. Ein virtueller Desktop ist ein vollständiger PC z.
B. ein Windows-Client-
PC. 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
Abbildung 15: Fujitsu Siemens Futro S500
-
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 Terminalser-
ver weiter entwickelt. Mit dem Standard-RDP-Protokoll lassen
sich die Anwendun-
gen 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 Virtualisie-
rung 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 ausgegan-
gen. Diese Betrachtung soll die Einsparungen des
Energieverbrauchs durch Verän-
derungen 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 Energie-
agentur 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 Netz-
werktechnik einsetzt. Durch den Einsatz dieser Hardware erhöht
sich der Energie-
verbrauch.
Für die Berechnung des Stromverbrauchs wird von 365 Tagen
ausgegangen. Um
eine Berechnung anzustellen, wird von folgender Leistungszeit
der Server ausge-
gangen.
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.jsp
-
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_ssj2008-
Results ausgewählt.
Tabelle 3: Daten aus SPEC Results 2008 – PowerEdge 2970 und
2950III
Hersteller und Servertyp Chips Cores Mem. ssj_ops
@100%
avg.
watts
@100%
(W)
avg.
watts
@active
idle (W)
(Overall
ssj_ops/
watt)
Benchmarks
DELL Inc. PowerEdge
2970
(AMD Opteron 2356,
2.30 GHz)
2 8 16 247.542 302 139 545
DELL Inc. PowerEdge
2950III (Intel Xeon
E5440)
2 8 16 305.413 276 157 682
4.2 Der PC-Arbeitsplatz
Die folgenden Daten dienen als Bemessungsgrundlage für beide
Unternehmensmo-
delle. 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 Rechner 31
➔ 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
Computer
Betriebsbereit
kWh
Ruhemodus
kWh
Stand-by
kWh
Gesamt 24 h
kWh
Midi Tower Computer32 0,055 0,005 0,005
Tagesverbrauch nach Zeit
Werktags
0,385 0,015 0,056 0,456
Tagesverbrauch nach Zeit
Feiertags
0 0 0,096 0,096
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
Monitor
Normalbetrieb
kWh
Ruhezustand
kWh
Stand-by
kWh
Gesamt 24h
kWh
LCD-Monitor 17“34 0,045 0,002 0,002
Tagesverbrauch nach
Zeit Werktags
0,315 0,008 0,0208 0,344
Verbrauch nach Zeit
Feiertags
0 0 0,0384 0,0384
33 dena „Energieverbrauch für Bürogeräte“
34 Hersteller: Maxdata Belinea 101710
-
24
Arbeitszeiten der Peripheriegeräte 35
➔ 1 h im Betrieb
➔ 11 h Bereit
➔ 12 h Stand-by
Tabelle 6: Leistungsdaten Peripheriegeräte
Geräteklasse
Peripherie
Verbrauch ∅
im Betrieb
Verbrauch ∅
Bereit
Verbrauch ∅
Stand-by
Verbrauch ∅
ausgesch.
Laserdrucker36 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
Tabelle 7: Leistungsdaten Peripherie nach Zeit für Arbeitstage
berechnet
Geräteklasse
Peripherie nach Zeit
Verbrauch ∅
im Betrieb 1h
Verbrauch ∅
Bereit 11 h
Verbrauch ∅
Stand-by 12 h
Gesamt
24 h
Laserdrucker 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
Tabelle 8: Leistungsdaten Peripherie nach Zeit für Wochenend-
und Feiertage
Geräteklasse
Peripherie nach Tagen
Verbrauch ∅
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 Strom-
verbrauch“ 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 Port-
Switche eingesetzt. Als wichtigste Verbindungsstelle zum
Internet steht ein ADSL-
Router 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 ambitio aus dem lateinischen bedeutet ehrgeizig
40Fileserver = 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
Servertyp
Chips Cores Mem.
(GB)
ssj_ops41
@100%
avg.
watts42
@100%
(W)
avg.
watts
@active
idle43
(W)
(Overall
ssj_ops/
watt)44
DELL Inc.
PowerEdge 2970
(AMD Opteron
2356, 2.30 GHz)
2 8 16 247.542 302 139 545
Tabelle 10: Verbrauch Server über Arbeitszeit - Ambitio
Server Arbeitszeiten Gesamt
10 h Volllast kWh 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
220 AT45 kWh
Verbrauch 24 h
Teillast kWh
Verbrauch an
145 FT46 kWh
Gesamtver-
brauch im Jahr
kWh
DELL Power
Edge 2970
4,97 1.093,4 3,34 484,3 1.577,7
5 Server 24,85 5.467,0 16,7 2.421,5 7.888,5
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
PowerEdge 2970
Verbrauch im Jahr Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
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
AT kWh
Verbrauch
220 AT kWh
Verbrauch
1 FT kWh
Verbrauch 145
FT kWh
Verbrauch im
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
ACER VT7600
Verbrauch im Jahr Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
Jahr
1 Arbeitsplatz 397,23 kWh 0,1176 € 46,71 €
50 Arbeitsplätze 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
s
Cores Mem.
(GB)
ssj_ops47
@100%
avg.
watts
@100%
(W)
avg.
watts
@active
idle (W)
(Overall
ssj_ops/
watt)
DELL Inc. PowerEdge
R710 (Intel Xeon X5570,
2.93 GHz)
2 8 8 540.907 220 65 1.860
Tabelle 16: Verbrauch Server über Tage und Jahr - Ambitio
Server Verbrauch pro
Tag (kWh)
Verbrauch an
220 AT48 kWh
Verbrauch 24 h
Teillast kWh
Verbrauch an
145 FT49 kWh
Gesamtver-
brauch im Jahr
kWh
DELL Power
Edge R 710
3,11 684,2 1,56 226,2 910,4
5 Server 15,55 3.421,0 7,8 1.131,0 4.552,0
47 ssj = Server Side Java ops = Operations per Second
48 AT = Arbeitstag(e)
49 FT = Wochenend- und Feiertage
-
29
Tabelle 17: Energiekosten der Server im Jahr zum Vergleich -
Ambitio
Kostentabelle Verbrauch im Jahr Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
Jahr
1 Server PE50 R710 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
220 AT51 kWh
Verbrauch 24 h
Teillast kWh
Verbrauch an
145 FT52 kWh
Gesamtver-
brauch im Jahr
kWh
DELL Power
Edge R710
3,11 684,2 1,56 226,2 910,4
3 Server 9,33 2.052,6 4,68 678,6 2.731,2
50 PE = PowerEdge
51 AT = Arbeitstag(e)
52 FT = Wochenend- und Feiertage
-
30
Tabelle 19: Energiekosten zum Vergleich Server im Jahr -
Ambitio
Kostentabelle Verbrauch im Jahr Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
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
Investitionskos-
ten 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
10,4h kWh
PC 11,2h
kWh
Monitor
19,2h kWh
PC 19,2h
kWh
Stand-by
kWh
Stand-by
kWh
Stand-by
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 Einstellun-
gen 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
Beim Einkauf neuer Computer kann darauf geachtet werden, wie
viel Kilowattstun-
den 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 arbei-
tet, 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.
Abbildung 19: Quelle: dena GmbH
-
33
Tabelle 21: Verbrauch neuer Rechner Esprimo Q5030E - Ambitio
Geräteklasse PC Betriebsbereit
kWh
Ruhemodus
kWh
Stand-by
kWh
Gesamt 24 h
kWh
Fujitsu ESPRIMO Q5030E
Star40,024 0,0019 0,0009
Verbrauch nach Zeit
Werktags 7h | 4h | 11,2h0,168 0,0057 0,01008 0,184
Verbrauch nach Zeit
Feiertags 0h | 0h | 19,2h0 0 0,017 0,017
Veränderung des Verbrauchs durch Austausch des PCs
Tabelle 22: Verbrauch durch Austausch PC ESPRIMO - Ambitio
Geräte Verbrauch 1
AT kWh
Verbrauch
220 AT kWh
Verbrauch
1 FT kWh
Verbrauch 145
FT kWh
Verbrauch im
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 Verbrauch im Jahr
kWh
Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
Jahr
1 Arbeitsplatz 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
Peripherie nach Zeit
Verbrauch ∅
Stand-by 12 h kWh
Verbrauch im Jahr
kWh Kosten im Jahr
Laserdrucker 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 SPEC-
Daten ermittelt.
54 sedulus aus dem lateinischen bedeutet fleißig
-
36
Tabelle 25: Daten aus SPEC Results 2008, PowerEdge 2950III -
Sedulus
Hersteller und
Servertyp
Chips Cores Mem. ssj_ops
@100%
avg.
Watts
@100%
(W)
avg. watts
@active
idle (W)
(Overall
ssj_ops/
watt)
DELL Inc. PowerEdge
2950III (Intel Xeon
E5440)
2 8 16 305.413 276 157 682
Tabelle 26: Verbrauch Server über Arbeitszeit - Sedulus
Server Arbeitszeiten Gesamt
10 h Volllast kWh 14 h Teillast kWh 24 h kWh
DELL Power Edge 2950III 2,76 2,19 4,95
9 Server 24,84 19,71 44,55
Tabelle 27: Verbrauch Server über Tage und Jahr - Sedulus
Server Verbrauch pro
Tag kWh
Verbrauch an
220 AT55 kWh
Verbrauch 24 h
Teillast kWh
Verbrauch an
145 FT56 kWh
Gesamtver-
brauch im Jahr
kWh
DELL Power
Edge 2950III
4,95 1.089,0 3,77 546,65 1.635,65
9 Server 44,55 9.801,0 33,93 4.919,85 14.720,85
Tabelle 28: Energiekosten der Server im Jahr - Sedulus
Kostentabelle
PowerEdge 2950III
Verbrauch im Jahr
kWh
Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
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 FT = Wochenend- und Feiertage
-
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
AT kWh
Verbrauch
220 AT kWh
Verbrauch
1 FT kWh
Verbrauch 145
FT kWh
Verbrauch im
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
Verbrauch im Jahr
kWh
Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
Jahr
1 Arbeitsplatz 397,23 0,1176 € 46,71 €
250 Arbeitsplätze 99.307,5 0,1176 € 11.678,56 €
Gesamtenergiebedarf Arbeitsplätze und Server 114.028,35
kWh/Jahr
Gesamtkosten für Arbeitsplätze und Server 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 Gesamt
10 h Volllast kWh 14 h Teillast kWh 24 h kWh
DELL PowerEdge 2950III 2,76 2,19 4,95
9 Server 24,84 19,71 44,55
Tabelle 32: Verbrauch R710 Server über Tage und Jahr -
Sedulus
Server Verbrauch pro
Tag kWh
Verbrauch an
220 AT57 kWh
Verbrauch 24 h
Teillast kWh
Verbrauch an
145 FT58 kWh
Gesamtver-
brauch im Jahr
kWh
DELL
PowerEdge
R710
3,11 684,2 1,56 226,2 910,4
9 Server 27,99 6.157,8 14,04 2.035,8 8.193,6
Tabelle 33: Energiekosten zum Vergleich, Server im Jahr -
Sedulus
Kostentabelle Verbrauch im Jahr
kWh
Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
Jahr
1 Server PE R710 910,4 0,1176 € 107,06 €
9 Server PE R710 8.193,6 0,1176 € 963,57 €
9 Server PE 2950III 14.720,85 0,1176 € 1.731,17 €
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 FT = Wochenend- und Feiertage
-
39
4.4.3.2 Virtualisierung
Je größer ein Unternehmen ist, desto sinnvoller wird die
Umsetzung der
vorhandenen Server in 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
Servertyp
Chips Cores Mem
(GB)
ssj_ops59
@100%
avg.
Watts
@100%
(W)
avg.
watts
@active
idle (W)
(Overall
ssj_ops/
watt)
DELL Inc. PowerEdge
R710 (Intel Xeon
X5570, 2.93 GHz)
2 8 8 540.907 220 65 1.860
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
220 AT61 kWh
Verbrauch 24 h
Teillast kWh
Verbrauch an
145 FT62 kWh
Gesamtver-
brauch im Jahr
kWh
DELL Power
Edge R710
3,11 684,2 1,56 226,2 910,4
5 Server 15,55 3.421,0 7,8 1.131,0 4.552,0
Tabelle 36: Energiekosten der Server im Jahr - Sedulus
Kostentabelle Verbrauch im Jahr
kWh
Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
Jahr
1 Server PE R710 910,4 0,1176 € 107,06 €
5 Server PE R710 4.552,0 0,1176 € 535,32 €
9 Server PE2950III 14.720,85 0,1176 € 1.731,17 €
59 ssj = Server Side Java ops = Operations per Second
60 Leistung aus Spalte ssj_ops@100%
61 AT = Arbeitstag(e)
62 FT = Wochenend- und Feiertage
-
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 Rechner 63
➔ 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
Geräteklasse
Thin-Client
Betriebsbereit
kWh
Ruhemodus
kWh
Soft-off64
kWh
Gesamt 24 h
kWh
Thin-Client Futro S500 0,023 0,014 0,0024
Verbrauch nach Zeit
Werktags
0,161 0,042 0,027 0,23
Verbrauch nach Zeit
Feiertags
0 0 0,046 0,0442
Tabelle 38: Verbrauch durch Austausch durch Thin-Clients -
Sedulus
Geräte Verbrauch 1
AT
kWh
Verbrauch
220 AT
kWh
Verbrauch
1 FT kWh
Verbrauch
145 FT
kWh
Verbrauch im
Jahr
kWh
Futro S500 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
kWh
Verbrauchspreis pro
kWh
Verbrauchskosten im
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 PC-
arbeitsplätzen 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
Energieeinsparun-
gen möglich sind und wie viel an Kosten reduziert werden kann.
Bei den Thin-
Clients 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.
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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 selbstver-
ständlich 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.
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Literatur und Quellenverzeichnis
Andreas Grabolle, Tanja Loitz; Pendos CO2-Zähler; Pendo Verlag
GmbH & Co.KG;München und Zürich; 2007
Umweltbundesamt; Verbrauchertipps; Computer, Internet und CO;
2009
Patrick Schnabel; Computertechnik-Fibel; Books on Demand GmbH;
2003
Volker Hessel; Energiemanagement – Maßnahmen zur Verbrauchs-
undKostenreduzierung; Siemens; 2008
Verwendete Websites
Die Top Ten der Bürogeräte;
http://www.stromeffizienz.de/stromspar-service/buerogeraete-datenbank.html;
(Zugriff: 21.03.2009)
Energie sparen im Unternehmen, Welche Stromkosten entstehen
du