Planung eines Rechenzentrums - Planung eines Datacenters
Wertvolle Planungshilfen für den Fach- und Elektroplaner zur Planung eines Rechenzentrums, auch Datacenter genannt.
Jeder Rechenzentrumsplanung geht die Frage voran, wie viele und welche Server sowie Geräte (Server, Switche, Kabel, Unterverteiler, PDUs, USVen) in einem Rechenzentrum oder Serverraum und folglich in einem Rack oder Serverschrank untergebracht werden sollen.
Dabei stellen sich für den Planer eines Datacenters folgende Fragen:
Wie hoch ist die Packungsdichte pro 19 Zoll Rack? Wie hoch ist die Packungsdichte pro Serverschrank? Wie viele Server mit wie vielen Höheneinheiten werden pro Serverschrank eingebaut?
Man spricht hier von einer Rechenzentrumsinfrastruktur, die einer sorgfältigen Produktauswahl bei der Planung bedarf. Abgekürzt wird die Rechenzentrumsinfrastruktur mit RZ-Infrastruktur.
Nach diesen Angaben richtet sich die Rechenzentrumsplanungen eines Fach- und Elektroplaners (Rechenzentrumsplaner, Datacenter Planer), denn von den Servern und Geräten hängen die Anzahl der benötigten 19 Zoll Server- und Rechenzentrumsracks, die Anzahl der Netzwerkschränke sowie die Ausstattung und der Kühlbedarf eines Rechenzentrums ab. Server und Geräte gibt es in verschiedenen Tiefen und Höhen sowie in verschiedenen Leistungsstufen. Die Breite von Servern ist auf 19 Zoll genormt. Nicht genormt sind die Tiefen und Höhen der Server und Geräte sowie der USV.
Genormt ist nur die Berechnung der Höhe durch Höheneinheiten. Eine Höheneinheit sind 44,45 mm. Wie die 19 Zoll Norm stammt auch die Angabe der Höheneinheiten aus den USA.
Jede Planung fängt mit der Stromversorgung an und beschäftigt sich gleich mit der Frage, was geschieht, falls es zu einem Stromausfall kommt.
Nach dem Strombedarf richtet sich die Verkabelung eines Rechenzentrums. Der Fachplaner muss hier die Kabelquerschnitte und den Energiebedarf des Datacenters festlegen und in der Planung berücksichtigen.
Jede Stromversorgung kann aber ausfallen. Aus diesem Grund gibt es verschiedene Arten von Unterbrechungsfreien Stromversorgungen, kurz USV genannt. Auf Englisch wird die Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit UPS abgekürzt.
USV-Planung und Auslegung:
Um die richtige Auswahl der USV-Anlage zu treffen, müssen im Vorfeld die Anforderungen an eine USV analysiert werden.
Hierzu sind durch den IT-Planer folgende Fragen zu klären:
- Wie lange soll die USV einen Stromausfall überbrücken können? Man spricht hier von der Überbrückungszeit. Auf Englisch spricht man hier von der bridging time .
- Eine USV ist kein Notstromaggregat, denn sie liefert lediglich Strom über einen gewissen Zeitraum und dient dazu, Server nach einem Stromausfall kontrolliert herunterzufahren und ermöglicht noch ein Arbeiten des Rechenzentrums über einen begrenzten Zeitraum. Eine USV erzeugt keinen Strom, sondern liefert ihn durch vorhandene Batterien und Akkus. Daher muss geklärt werden, wie viel Strom in kVA oder Watt benötigt werden, um ein kontrolliertes Herunterfahren der Server zu gewährleisten. Wie hoch ist die Stromaufnahme der Geräte, die durch die USV mit Strom versorgt werden müssen?
- Ist eine Einbindung der USV in ein Netzwerk gewünscht und sinnvoll? Eine solche Einbindung ermöglicht zum Beispiel das Generieren von Fehlermeldungen der USV oder die Meldung von Stromausfällen an den IT-Administrator, sobald eine USV die Stromversorgung übernimmt.
- Wie viele Phasen und wie viel Ampere soll eine USV haben? Diese Angaben richten sich nach dem Strombedarf der an die USV angeschlossenen Server und Geräte.
- Werden einige kleine USVen gewünscht oder nur eine große, die das gesamte Rechenzentrum im Fall eines Stromausfalls mit Strom versorgen sollen?
USV-Inbetriebnahme
Nach der Auswahl einer geeigneten USV-Anlage muss diese vor Ort fachgerecht in Betrieb genommen werden. Zu einer Inbetriebnahme zählt die Überprüfung der Beschaffenheit der Anlage (z.B. Transportschäden), Installation des Systems, Kontrolle und Funktionstests, Einschulung des Bedienpersonals sowie die Beratung über Wartungsoptionen. Nur durch eine fachgerechte Inbetriebnahme können frühzeitig etwaige Störungsfelder ermittelt und der vollständige USV-Betrieb gewährleistet werden.
USV-Upgrades & Erweiterung
Es gibt modulare USV-Anlagen, die Schritt für Schritt erweitert werden können. Somit können USV-Anlage mit gesteigerten Anforderungen Schritt halten.
Service, Wartung & Support
Der Zustand einer USV-Anlage ist einer der wichtigsten Bausteine für den langfristigen Betrieb. Daher muss eine USV-Anlage gewartet werden. Eine Wartung kann nur von geschultem Personal des Herstellers der USV-Anlage durchgeführt werden. Die Wartung übernehmen spezialisierte Fachkräfte des Herstellers, den wir vertreten.
PDU-Planung und Auslegung:
Die Abkürzung PDU steht für Power Distribution Unit. Wörtlich übersetzt heißt das Stromverteiler. In Wahrheit sind damit Stromleisten gemeint. PDUs sorgen dafür, dass Server und IT-Geräte mit Strom versorgt werden.
Das Gebiet der PDUs ist sehr weitläufig und hoch interessant. Auf einer PDU befinden sich Steckplätze, auch als Buchsen oder Steckdosen bezeichnet.
Als Buchsen sind Kaltgerätesteckdosen nach der Europäischen IEC 60320 Norm weit verbreitet. Diese werden als C13 bezeichnet. Die etwas größeren Buchsen, die ebenfalls der IEC 60320 Norm entsprechen, werden hingegen als C19 bezeichnet, sind aber keine Kaltgerätesteckdosen.
Kaltgerätesteckdosen heißen so, weil diese während des Betriebes nicht heiß werden.
Es gibt PDUs, die lediglich Strom an Abnehmergeräte liefern und PDUs, die Stromverbräuche pro Gerät messen und „melden“ sowie abspeichern können. Ferner können PDUs schaltbar ausgelegt werden. Sind PDUs mess- und/oder schaltbar, spricht man von intelligenten PDUs. PDUs, die einfach nur Strom ohne Messung und Schaltung „liefern“ sollen, werden als Basis-PDUs bezeichnet. Scherzhaft wird hier von „dummen“ PDUs gesprochen, was aber als Ausdrucksweise durchaus weit verbreitet ist.
Was gibt es bei der Planung von PDUs zu beachten:
- Als erstes muss die Anzahl der gewünschten PDUs vom Fachplaner festgelegt werden. Wie viele PDUs werden zur Stromversorgung der Server und Geräte benötigt?
- Zur Planung gehört auch die Festlegung der Phasen. Wie viele Phasen sollen die PDUs haben? Zur Auswahl steht eine oder drei Phasen.
- Wie viel Ampere sollen die PDUs haben? Zur Auswahl stehen 16 oder 32 Ampere. Höhere oder niedrigere Amperezahlen sind am Markt nicht üblich und auch als PDU nicht zu bekommen.
- Welcher Stecker soll sich am Stromzufuhrkabel der PDUs befinden? Üblich sind entweder C19-Stecker oder CEE-Stecker, wobei CEE-Stecker am weitesten verbreitet sind.
- Nun zu den Buchsen, durch die Server mit Strom versorgt werden: Es gibt C13, C19 und Schuko-Steckdosen. Schuko-Steckdosen sind im Rechenzentrum unüblich, da diese zu warm werden und somit den Kühlbedarf unnötig erhöhen. Üblich sind C13 oder C19 Steckdosen. Diese können auf einer PDU auch miteinander kombiniert werden. Z. B. PDU mit 16 x C13 und 9 x C19 Steckdosen. Welche und wie viele Steckdosen sollen sich pro PDU auf einer Stromleiste befinden? Dies hängt von den geplanten Geräten pro Rack ab.
- Wie erwähnt, kann eine PDU mehr als nur Strom liefern. Daher ist es wichtig, welche Ausstattung eine PDU haben soll. Der Planer muss sich zwischen intelligenten und Basis-PDUs entscheiden. Welche Art von PDU soll im Datacenter eingebaut werden?
- Fällt die Wahl in der Planung auf intelligente PDUs, bestehen folgende Auswahlmöglichkeiten: Schaltbare PDUs? Messbare PDUs? Messung pro Phase? Schaltbarkeit pro Phase? Messung pro Steckdosen? Schaltung pro Steckdose? Messung und Schaltung pro Phase, also gesamte PDU? Messung und Schaltung pro Buchse, also jede einzelne Steckdose kann geschaltet und der Stromverbrauch gemessen werden?
- Bei allen intelligenten PDUs kann zudem ein Zugriff over IP hergestellt und die Messungen ins Netzwerk übertragen und dort gespeichert werden. Gleiches gilt für die Schaltung! Ist eine PDU mess- oder/und schaltbar, kann over IP der Zugriff erfolgen. Für diesen Fall gib es am Markt spezielle Softwareangebote zur Verwaltung von PDUs. Sollen die geplanten PDUs einen Zugriff over IP ermöglichen?
Wir beraten Sie gerne bei der Auswahl der richtigen PDU für das von Ihnen geplante Rechenzentrum und legen die PDUs gerne nach Ihren Angaben für Sie aus. Von einfacher Stromversorgung über Messen und Schalten sowie Zugriff over IP ist vieles möglich.
Planung der Rechenzentrumsschränke, auch als Serverracks bezeichnet:
Ein sehr wichtiger Planungsaspekt ist die richtige Auswahl von Rechenzentrumsracks, auch als Datacenter-Rack und Serverschrank bezeichnet.
Besonders wichtig sind beim Rechenzentrum qualitativ hochwertige Racks. Die Lehmann GmbH hilft hier gerne dem Fachplaner bei der Planung und Beratung.
Unter hochwertig ist eine entsprechende statische Belastbarkeit einer Racks zu verstehen, damit möglichst viele, auch schwere, Server und Geräte in den Rechenzentrumsserverschrank eingebaut werden können. Ein Rechenzentrumschrank sollte daher eine statische Belastbarkeit von mindestens 1000 kg, besser sogar 1500 kg, haben.
Um der 19 Zoll Norm zu entsprechen und dabei noch Platz für PDUs und Kabel seitlich zu bieten, haben Rechenzentrumsracks eine Breite von 800 und 600 mm.
800 mm breite Racks bieten natürlich seitlich mehr Platz im Vergleich zu 600 mm breiten Serverracks.
Unterschiede bestehen auch in den Tiefen von Rechenzentrumsschränken. Die Tiefe von Servern und IT-Komponenten ist, im Gegensatz zur 19 Zoll Normbreite, nicht genormt. Dies bedeutet, dass sich die Hersteller von Servern und Hardware in Sachen Gehäusetiefen keiner Norm „unterwerfen“ müssen.
Oft geht die Tendenz vor allem bei Servern zu mehr Tiefe anstatt Höhe, damit möglichst viele Server in einem Rechenzentrum platziert werden können. Platz ist hier meistens mit hohen Geldsummen verbunden. Daher wird versucht, den zur Verfügung stehenden Platz, möglichst gut zu nutzen. Man spricht hier von einer hohen Packungsdichte im Rechenzentrum und im Serverschrank.
Dem Planer obliegt es in diesem Fall die Breite und die Tiefe von Serverschränken zu definieren.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Planung eines Rechenzentrums ist die Höhe von Rechenzentrumsracks:
Hierzu gibt es eine weitere Norm, nämlich die der Höheneinheiten. Auch diese Norm stammt, wie die 19 Zoll Norm, aus den USA. Eine Höheneinheit entspricht 482,60 mm. Der Einfachheit halber wird auf 483 mm aufgerundet. In Deutschland wird die Einheit in HE abgekürzt. Im anglistischen Sprachraum spricht man von U für units.
Was ist in Sachen Höheneinheiten in Bezug auf Serverracks und Rechenzentrumsschränke üblich?
Üblich sind 42 HE und 48 HE für Rechenzentrumsschränke. Niedrigere oder noch höhere Racks sind Exoten, da Serverracks mit 42 Höheneinheiten eine Höhe von mindestens 2 Metern und solche mit 48 nutzbaren Höheneinheiten eine Höhe von mindestens 2,20 Metern haben. Dies bedeutet, dass bei höheren Racks der durchschnittlich gewachsene Mensch die Einbaulage von Servern nicht mehr ohne Steighilfe erreichen kann. Daher sollte ein Planer entweder mit Racks in den Höheneinheiten 42 oder 48 planen. Gerne berät das Fachpersonal von Lehmann bei der Rechenzentrumsplanung.
Server und Geräte in Rechenzentren müssen gekühlt werden!
Jeder Server erzeugt Wärme. Strom erzeugt Wärme. Alle IT-Komponenten, die in einen Serverschrank eingebaut werden, haben eine Wärmelast, die es zu kühlen gilt.
Die Rechenzentrumsplanung steht hier vor der Herausforderung, die richtige Art der Kühlung auszuwählen. Hierbei hat gerade die Lehmann GmbH eine sehr weit gefächerte Auswahl an Kühlsystemen speziell für Rechenzentren.
Zuerst gilt es für den Fachplaner die Wärmelasten pro Rechenzentrumsrack zu ermitteln. Wie viele Geräte mit wie viel Kilowatt Wärmelast befinden sich in einem Rack und im Rechenzentrum insgesamt? Die Ermittlung dieser Daten ist die Voraussetzung für die Auslegung einer geeigneten Rechenzentrumskühlung.
Hierzu gibt es unterschiedliche Formen von Kühlsystemen mit folgenden Bezeichnungen:
Rückkühltüren werden hinten am Rechenzentrumsschrank befestigt und sind wie eine Rücktür mit einem eingebauten Wärmetauscher zu sehen.
Kühlsysteme können mit verschiedenen Kühlmedien betrieben werden. Als Kühlmedium bezeichnet man das Kältemittel, das in ein Kühlsystem eingespeist wird. Zur Auswahl stehen hier mit Ausnahme der Rückkühltüren, die lediglich mit Wasser versorgt werden können, die Kühlmedien Kaltwasser und Kältemittel. Letzteres wird auch als DX-Kühlung bezeichnet. Standard sind bei der DX-Kühlung die Kältemittel R410a und R32. Diese Bezeichnungen beschreiben die Art des Kältemittelflüssiggases.
Rückkühltüren sind hier eine Sonderform, da sie, wie ein Wasserkühler im Kraftfahrzeug, mit Kühlwasser durchströmt werden und einen bestimmten Luftein- und -austritt benötigen. Der Gegendruck der im Rechenzentrumsrack eingebauten Server übernimmt sozusagen den Fahrtwind wie bei einem Kraftfahrzeugkühler.
Wassergekühlte Klimageräte und Rückkühltüren bedingen einen Wasserkreislauf. Kaltes Wasser wird dabei in die wassergekühlten Kühlgeräte und Rückkühltüren gepumpt und durchströmen diese.
Wasserkühlung bedeutet dabei aktiver Klimaschutz.