PUE richtig messen nach EN 50600

Der PUE ist die bekannteste Kennzahl im Rechenzentrum. Kaum ein Betreiber, der ihn nicht kennt, und kaum ein Ausschreibungsdokument, das ihn nicht fordert. Doch in der Praxis sehen wir immer wieder dasselbe Bild: Der Wert ist vorhanden, aber das Messkonzept dahinter ist lückenhaft. Zähler sitzen an der falschen Stelle, der Messzeitraum ist zu kurz, oder die Datenqualität genügt nicht für eine externe Prüfung. Das Ergebnis ist ein PUE, der intern plausibel wirkt, aber weder für ein SDEA-Label noch für behördliche Nachweise taugt.

Dieser dritte Teil der Serie «Leittechnik im Rechenzentrum» zeigt, was EN 50600-4-2 zum Messkonzept verlangt, wo die Messpunkte physisch sitzen müssen, welche Anforderungen das SDEA-Label stellt und warum Datenqualität und Messzeitraum mindestens so wichtig sind wie die Zählerposition selbst.

Was der PUE misst und was er nicht misst

Der Power Usage Effectiveness-Wert setzt die gesamte Energie, die ein Rechenzentrum verbraucht, ins Verhältnis zur Energie, die tatsächlich bei der IT-Last ankommt. Ein PUE von 1.0 wäre theoretisch perfekt: Die gesamte zugeführte Energie fliesst direkt in die IT-Ausrüstung. In der Realität liegt der Wert immer über 1.0, weil Kühlung, Stromversorgung, Beleuchtung und weitere Infrastruktur ebenfalls Energie benötigen.

Was der PUE nicht misst, ist ebenso wichtig zu verstehen. Er sagt nichts darüber aus, wie effizient die IT-Last selbst genutzt wird. Ein Rechenzentrum mit vielen schlecht ausgelasteten Servern kann einen hervorragenden PUE haben und trotzdem insgesamt ineffizient betrieben werden. Der PUE ist eine Infrastrukturkennzahl, keine Gesamtbewertung der Betriebseffizienz. Wer das vergisst, optimiert am falschen Ort.

Trotzdem ist der PUE die massgebliche Kennzahl für die Infrastruktureffizienz. EN 50600-4-2 definiert ihn verbindlich, und das SDEA-Label in der Schweiz baut auf dieser Grundlage auf. Wer einen belastbaren Wert ausweisen will, muss das Messkonzept von Anfang an richtig aufsetzen.

Die Formel und ihre Tücken

Die Grundformel ist einfach: PUE ist der Quotient aus der Gesamtenergie des Rechenzentrums und der Energie der IT-Ausrüstung. Beide Grössen werden über denselben Zeitraum gemessen und dann dividiert. Was einfach klingt, hat in der Praxis mehrere Tücken.

Die erste Tücke liegt im Zähler der Formel, also in der Gesamtenergie. Hier stellt sich die Frage, was genau zur Systemgrenze des Rechenzentrums gehört. Gehört die Aussenbeleuchtung dazu? Die Büroflächen im selben Gebäude? Die Ladeinfrastruktur für Fahrzeuge auf dem Areal? EN 50600-4-2 definiert die Systemgrenze klar: Es zählt alles, was der Betrieb des Rechenzentrums als Rechenzentrum verbraucht. Flächen und Systeme, die eindeutig anderen Nutzungen dienen, können ausgeklammert werden, sofern sie messtechnisch sauber getrennt sind.

Die zweite Tücke liegt im Nenner der Formel, also in der IT-Energie. Hier ist die Frage, was als IT-Ausrüstung gilt. Server, Storage und Netzwerkkomponenten gehören eindeutig dazu. Aber was ist mit KVM-Switches, Out-of-Band-Management-Systemen oder Monitoring-Appliances? EN 50600-4-2 gibt hier Orientierung, aber die Abgrenzung muss im Messkonzept explizit dokumentiert sein. Was nicht dokumentiert ist, kann im Rahmen einer Prüfung zum Problem werden.

Die dritte Tücke ist die zeitliche Dimension. Ein PUE, der an einem einzigen Tag oder in einer einzigen Woche gemessen wird, ist kaum aussagekräftig. Saisonale Schwankungen in der Aussentemperatur beeinflussen die Kühlleistung erheblich. Ein Sommerwert und ein Winterwert können sich deutlich unterscheiden. Ein belastbarer Jahres-PUE braucht Daten über mindestens zwölf Monate.

Wo die Zähler physisch sitzen müssen

Die Positionierung der Messpunkte ist der technische Kern eines jeden Messkonzepts. Wir unterscheiden dabei zwei Hauptmesspunkte: den Gesamteingang und die IT-Last.

Der Gesamteingang

Der Gesamteingang wird idealerweise direkt am Netzanschluss des Rechenzentrums gemessen, also am Übergabepunkt vom Versorgungsnetz. Wenn das Rechenzentrum Teil eines grösseren Gebäudes ist und keinen eigenen Netzanschluss hat, muss der Zähler so platziert werden, dass er alle Energieflüsse erfasst, die dem Rechenzentrum zuzuordnen sind. Das kann bedeuten, dass mehrere Teilzähler summiert werden müssen: einer für die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), einer für die Kühlung, einer für die Beleuchtung und Sicherheitssysteme, einer für die Gebäudeautomation und Überwachung.

Wichtig ist, dass kein Energiefluss vergessen wird. Wir sehen in der Praxis regelmässig, dass Nebenverbraucher wie Sicherheitsbeleuchtung, Brandmeldezentrale oder Zutrittskontrolle nicht in den Gesamtzähler einfliessen. Das verfälscht den PUE nach unten, weil der Zähler zu wenig zeigt.

Die IT-Last

Die IT-Last wird in der Regel an den Ausgängen der USV-Anlagen gemessen, also dort, wo der Strom in die IT-Racks fliesst. Alternativ können Zähler direkt in den Power Distribution Units (PDU) innerhalb der Racks sitzen. Letzteres ist genauer, weil es die Verluste der Zuleitungen innerhalb des Rechenzentrums ebenfalls erfasst, aber es erfordert eine entsprechende Infrastruktur in jedem Rack.

Eine häufige Fehlerquelle ist die Verwechslung von USV-Eingang und USV-Ausgang. Wer die IT-Energie am Eingang der USV misst, zählt die USV-Verluste zur IT-Last. Das ergibt einen rechnerisch günstigeren PUE, weil der Nenner grösser wird, aber es entspricht nicht der Definition nach EN 50600-4-2. Die IT-Energie ist die Energie, die nach der USV bei der IT-Ausrüstung ankommt, nicht die Energie, die in die USV hineingegeben wird.

Teilzähler für Transparenz und Analyse

Neben den beiden Hauptmesspunkten empfehlen wir immer auch Teilzähler für die grossen Einzelverbraucher. Kühlung, USV-Verluste, Beleuchtung und sonstige Infrastruktur sollten separat erfasst werden. Das dient nicht primär der PUE-Berechnung, sondern der Analyse. Wer weiss, welcher Anteil des Gesamtverbrauchs auf die Kühlung entfällt, kann gezielt optimieren. Wer nur den Gesamtwert kennt, tappt im Dunkeln.

Messzeitraum und Berechnungsmethode

EN 50600-4-2 unterscheidet zwischen verschiedenen Berechnungsarten des PUE. Der einfachste Ansatz ist die Berechnung aus Energiemengen über einen definierten Zeitraum. Dabei werden die Gesamtenergie und die IT-Energie über denselben Zeitraum summiert und dann dividiert. Diese Methode ist robust und für Jahresnachweise gut geeignet.

Eine zweite Methode arbeitet mit gemittelten Leistungswerten. Dabei werden Momentanwerte in kurzen Intervallen erfasst und über den Zeitraum gemittelt. Diese Methode ist genauer, wenn die Last stark schwankt, erfordert aber eine höhere Dateninfrastruktur.

Für das SDEA-Label in der Schweiz gilt eine klare Anforderung: Es werden zwölf Monate Messdaten benötigt. Ein PUE, der auf kürzeren Zeiträumen basiert, wird für die Labelerteilung nicht akzeptiert. Das ist kein bürokratisches Detail, sondern hat einen sachlichen Grund: Saisonale Schwankungen in der Aussentemperatur beeinflussen die Kühleffizienz erheblich. Ein Sommer ohne Free-Cooling-Betrieb und ein Winter mit hohem Free-Cooling-Anteil können zu sehr unterschiedlichen Monatswerten führen. Nur der Jahresmittelwert ist vergleichbar.

Wer ein neues Rechenzentrum in Betrieb nimmt und möglichst schnell ein SDEA-Label anstrebt, muss die Messung vom ersten Betriebstag an lückenlos führen. Nachträgliche Rekonstruktionen aus Abrechnungsdaten des Energieversorgers sind in der Regel nicht ausreichend, weil sie die IT-Last nicht separat ausweisen.

Datenqualität: der unterschätzte Faktor

Ein Messkonzept ist nur so gut wie die Qualität der Daten, die es liefert. In der Praxis sehen wir drei häufige Qualitätsprobleme.

Das erste Problem sind Messgeräte mit unzureichender Genauigkeit. Nicht jeder Zähler, der in einem Schaltschrank verbaut ist, ist für Abrechnungs- oder Nachweiszwecke geeignet. EN 50600-4-2 gibt Hinweise zu den Anforderungen an die Messgenauigkeit. Wer Zähler einsetzt, die für Monitoring-Zwecke ausreichen, aber nicht für Nachweise, riskiert, die Messungen wiederholen zu müssen.

Das zweite Problem sind Datenlücken. Wenn ein Zähler für mehrere Stunden oder Tage ausfällt und die Daten nicht rekonstruiert werden können, entsteht eine Lücke im Datensatz. Je nach Grösse der Lücke und Zeitpunkt kann das die Belastbarkeit des Jahreswerts in Frage stellen. Wir empfehlen deshalb immer eine redundante Datenspeicherung und eine klare Regelung, wie mit Lücken umgegangen wird.

Das dritte Problem ist die fehlende Synchronisation der Zeitstempel. Wenn Zähler mit unterschiedlichen Zeitbasen arbeiten oder die Auslesung nicht synchronisiert ist, entstehen Fehler bei der Summation. Das ist besonders relevant, wenn Teilzähler addiert werden, um den Gesamteingang zu bilden. Ein Zähler, der seine Werte zur vollen Stunde meldet, und ein anderer, der zur halben Stunde meldet, ergeben bei naiver Addition falsche Summen.

Ein sauber geplantes Energiemanagementsystem, das alle Zähler auf eine gemeinsame Zeitbasis synchronisiert und Lücken automatisch meldet, ist die technische Grundlage für belastbare PUE-Daten. Wie ein solches System aufgebaut wird und wie es mit dem Gebäudeautomationssystem zusammenspielt, behandeln wir in Teil 5 der Serie «Leittechnik im Rechenzentrum», «BMS und EPMS trennen und trotzdem verbinden».

Das SDEA-Label und die Schweizer Anforderungen

Die Swiss Datacenter Efficiency Association (SDEA) betreibt das einzige etablierte Effizienzlabel für Rechenzentren in der Schweiz. Das Label basiert auf einer Bewertung mehrerer Kennzahlen, wobei der PUE eine zentrale Rolle spielt. Die Anforderungen an den PUE sind je nach Labelkategorie unterschiedlich, und die Messmethodik muss den Vorgaben von EN 50600-4-2 entsprechen.

Für Betreiber in der Schweiz kommt ein weiterer Aspekt hinzu: Einzelne Kantone haben in ihren Energievorschriften konkrete Anforderungen an die Effizienz von Rechenzentren formuliert. Im Kanton Schaffhausen gilt beispielsweise, dass neue Rechenzentren entweder einen PUE von höchstens 1.20 einhalten oder das SDEA Gold-Label vorweisen müssen. Das ist eine verbindliche Anforderung, keine Empfehlung. Wer ein Rechenzentrum in einem solchen Kanton plant oder betreibt, muss das Messkonzept von Anfang an auf diese Anforderung ausrichten.

Das SDEA-Label verlangt, wie erwähnt, zwölf Monate Messdaten. Zusätzlich muss die Messung nachvollziehbar dokumentiert sein: Welche Zähler wurden eingesetzt, wo sitzen sie, welche Systemgrenze wurde definiert, wie wurden Lücken behandelt? Diese Dokumentation ist Teil des Labelantrags und wird von der SDEA geprüft. Ein PUE-Wert ohne Messkonzeptdokumentation wird nicht akzeptiert.

Wir empfehlen deshalb, das Messkonzept bereits in der Planungsphase zu erstellen und nicht erst, wenn das Label beantragt werden soll. Nachträgliche Korrekturen an der Messpunktlage sind aufwendig und manchmal baulich kaum möglich.

Systemgrenzen klar definieren und dokumentieren

Die Systemgrenze ist das Fundament jedes Messkonzepts. Sie legt fest, was zum Rechenzentrum gehört und was nicht. Eine unklare oder nicht dokumentierte Systemgrenze macht den PUE-Wert nicht vergleichbar, weil zwei Betreiber mit identischer Infrastruktur zu unterschiedlichen Werten kommen können, wenn sie unterschiedliche Systemgrenzen verwenden.

EN 50600-4-2 gibt einen Rahmen vor, aber die konkrete Abgrenzung muss für jedes Rechenzentrum individuell festgelegt und dokumentiert werden. Typische Abgrenzungsfragen sind: Gehört die Kältemaschine, die auch andere Gebäudeteile versorgt, vollständig oder nur anteilig zur Systemgrenze? Wie wird die Energie für die Büroflächen des Betriebspersonals behandelt, wenn diese im selben Gebäude liegen? Wie werden externe Kühltürme oder Rückkühler erfasst, die auf dem Dach eines Nachbargebäudes stehen?

Jede dieser Fragen hat eine technisch vertretbare Antwort, aber die Antwort muss explizit sein. Wir erstellen für jedes Rechenzentrum, das wir begleiten, ein Messkonzeptdokument, das die Systemgrenze grafisch und textlich beschreibt, alle Messpunkte mit Nummer, Typ und Genauigkeitsklasse auflistet und die Berechnungsmethode festlegt. Dieses Dokument ist die Grundlage für jeden späteren Nachweis.

Ein weiterer Punkt, der in der Praxis oft vergessen wird: Die Systemgrenze muss stabil bleiben. Wenn das Rechenzentrum erweitert wird, neue Kühlaggregate hinzukommen oder Flächen umgenutzt werden, muss das Messkonzept aktualisiert werden. Ein PUE-Wert, der auf einer veralteten Systemgrenze basiert, ist nicht mehr belastbar.

Commissioning und Messpunkte: der Zusammenhang

Ein Messkonzept, das auf dem Papier korrekt ist, aber in der Realität nicht umgesetzt wurde, nützt nichts. Wir sehen regelmässig Situationen, in denen Zähler zwar geplant, aber nicht eingebaut wurden, oder eingebaut, aber nicht in das Energiemanagementsystem integriert sind. Die Daten laufen ins Leere.

Deshalb ist die Überprüfung der Messpunkte Teil des Commissioning-Prozesses. In Teil 1 dieser Serie, «Commissioning L1 bis L5 im Rechenzentrum einfach erklärt», haben wir beschrieben, wie die verschiedenen Commissioning-Stufen aufgebaut sind. Die Verifikation der Messpunkte gehört spätestens in die Stufe L3, also in die integrierte Funktionskontrolle. Dabei wird geprüft, ob jeder Zähler die richtigen Werte liefert, ob die Daten korrekt im System ankommen und ob die Berechnungen stimmen.

Wer diese Prüfung weglässt oder auf einen späteren Zeitpunkt verschiebt, riskiert, dass die ersten Monate Messdaten unbrauchbar sind. Das verzögert den Labelantrag um mindestens ein Jahr.

Der rote Faden zu unseren Fachbeiträgen

Wer die Grundlagen des Commissioning im Rechenzentrum noch nicht kennt, findet sie in Teil 1 dieser Serie: «Commissioning L1 bis L5 im Rechenzentrum einfach erklärt». Dort erklären wir, wie die Inbetriebnahme strukturiert ist und warum die Messpunktverifikation darin einen festen Platz hat.

Teil 2, «BACnet/SC als Schutz für die Kühlung», zeigt, wie die Kommunikationsinfrastruktur zwischen Kühlung und Leitsystem aufgebaut wird. Das ist relevant, weil die Kühlenergie einen grossen Anteil am Gesamtverbrauch hat und ihre Erfassung messtechnisch korrekt sein muss.

Teil 4, «Abwärme aus dem Rechenzentrum nach MuKEn Art. 1.18», behandelt, wie die Abwärme des Rechenzentrums genutzt werden kann. Dabei spielt die Energiemessung ebenfalls eine Rolle, weil die abgeführte Wärme in manchen Bewertungsrahmen anrechenbar ist.

Teil 5, «BMS und EPMS trennen und trotzdem verbinden», geht auf die Systemarchitektur ein, die hinter einem belastbaren Energiemanagementsystem steht. Dort erklären wir, wie Gebäudeautomationssystem und Energiemanagementsystem zusammenarbeiten, ohne ihre Aufgaben zu vermischen.

Wer sich für das Thema Energiemonitoring in Gebäuden allgemein interessiert, findet in unserer Serie zur Betriebsoptimierung weitere Grundlagen: «Energiemonitoring: mehr als Zählerablesung, was man wirklich ablesen sollte» und «Vom Messkonzept zum Messstellenplan» zeigen, wie ein strukturiertes Messkonzept aufgebaut wird.

Fazit

Ein PUE ist nur so gut wie das Messkonzept dahinter. Die Formel ist einfach, aber die Umsetzung hat viele Stellen, an denen Fehler entstehen: falsch platzierte Zähler, unklare Systemgrenzen, zu kurze Messzeiträume, schlechte Datenqualität. Wer einen PUE ausweisen will, der für ein SDEA-Label, für kantonale Energievorschriften oder für Behördennachweise taugt, muss das Messkonzept von Anfang an richtig aufsetzen.

Die wichtigsten Punkte in der Zusammenfassung: Der Gesamteingang wird am Netzanschluss oder durch Summation aller dem Rechenzentrum zugeordneten Teilzähler erfasst. Die IT-Energie wird am Ausgang der USV gemessen, nicht am Eingang. Teilzähler für Kühlung, Beleuchtung und sonstige Infrastruktur ermöglichen die Analyse. Die Systemgrenze wird explizit dokumentiert und bleibt über den gesamten Messzeitraum stabil. Für das SDEA-Label sind zwölf Monate lückenlose Messdaten erforderlich. Die Datenqualität wird im Commissioning-Prozess verifiziert.

Wer diese Punkte von Beginn an berücksichtigt, hat einen PUE, dem man vertrauen kann, intern wie extern.

Sie haben Fragen dazu?

Sie planen ein Rechenzentrum und möchten das Messkonzept von Anfang an richtig aufsetzen? Oder Sie betreiben bereits ein Rechenzentrum und sind unsicher, ob Ihr bestehendes Messkonzept für ein SDEA-Label oder behördliche Nachweise ausreicht? Wir prüfen das gemeinsam und zeigen, wo Handlungsbedarf besteht. Schreiben Sie uns unter info@wenget.ch oder besuchen Sie wenget.ch.

Quellenverzeichnis

• EN 50600-4-2: Informationstechnik, Einrichtungen und Infrastrukturen von Rechenzentren, Teil 4-2: Power Usage Effectiveness (PUE), Kennzahl, Messung und Berichterstattung
• ISO/IEC 30134-2: Information technology, Data centres key performance indicators, Part 2: Power Usage Effectiveness (PUE)
• SDEA Swiss Datacenter Efficiency Association: Labelanforderungen und Bewertungskriterien (sdea.ch)
• MuKEn 2014, Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich (EnDK), Artikel 1.18 Abwärmenutzung
• Eigene Projekterfahrung der WENGET GmbH aus Planung, Commissioning und Betriebsbegleitung von Rechenzentren in der Schweiz