Power Usage Effectiveness (PUE, deutsch etwa „Effektivität der Energienutzung") ist die wichtigste Kennzahl für die Energieeffizienz eines Rechenzentrums. Sie beschreibt, wie viel Strom neben der eigentlichen IT-Ausrüstung für Kühlung, Stromversorgung und Infrastruktur aufgewendet werden muss. Vorgeschlagen wurde sie 2006 von der Branchenorganisation The Green Grid; heute ist sie als Teil der Normenreihe ISO/IEC 30134 standardisiert.
Die Formel
PUE = Gesamtenergiebedarf des Rechenzentrums / Energiebedarf der IT-AusrüstungDer Gesamtenergiebedarf umfasst neben den Servern auch Kühlung, USV-Verluste, Stromverteilung, Beleuchtung und Nebenanlagen. Der IT-Anteil zählt nur die Geräte, die tatsächlich rechnen und speichern. Als Bezugszeitraum wird üblicherweise ein volles Jahr verwendet, um jahreszeitliche Schwankungen auszugleichen.
Was der Wert aussagt
- PUE = 1,0 wäre der Idealfall: Die gesamte aufgenommene Energie landet in der IT. In der Praxis ist dieser Wert nicht erreichbar, weil Wärmeverluste und Verteilverluste physikalisch unvermeidbar bleiben.
- PUE = 1,5 bedeutet: Für jedes Watt, das die Server aufnehmen, müssen 1,5 Watt ins Gebäude geliefert werden. Der Overhead beträgt 0,5 Watt je Watt IT.
- PUE = 2,0 heißt, dass die IT nur die Hälfte des Gesamtstroms ausmacht — die Infrastruktur verbraucht ebenso viel wie die Technik selbst.
Typische Werte
- Hyperscale-Rechenzentren: etwa 1,1 bis 1,2 — sie arbeiten konsequent mit freier Kühlung und hohen Zulufttemperaturen.
- Moderne Cloud- und Colocation-Anlagen: etwa 1,3 bis 1,5.
- Klassische Unternehmensrechenzentren: etwa 1,6 bis 2,0.
- Ältere Serverräume: 2,0 und mehr, in Einzelfällen über 3,0.
Der vom Uptime Institute jährlich erhobene weltweite Durchschnitt liegt seit Jahren bei etwa 1,5 bis 1,6 — die großen Effizienzsprünge der 2010er-Jahre sind dort weitgehend zum Stillstand gekommen.
Wo die Verluste entstehen
Der größte Nicht-IT-Verbraucher ist in aller Regel die Kühlung: Kältemaschinen, Pumpen und Ventilatoren. Danach folgen Umwandlungs- und Verteilverluste in USV und Notstromversorgung sowie Beleuchtung und sonstige Gebäudetechnik. Genau deshalb ist die Kühlung der Hebel mit der größten Wirkung auf die Kennzahl.
So lässt sich der PUE verbessern
- Freie Kühlung und adiabate Kühlung nutzen kühle Außenluft oder Verdunstungskälte und schalten die stromintensive Kältemaschine ab.
- Getrennte Luftführung nach dem Prinzip von Kaltgang und Warmgang verhindert die Vermischung von Zu- und Abluft.
- Höhere Zulufttemperaturen erhöhen die Kühlgrenze und erlauben längere Phasen ohne Kältemaschine.
- Hocheffiziente Komponenten bei USV, Netzteilen und Ventilatoren senken die Verluste im Nebenstromkreis.
- Kontinuierliches Monitoring macht Lastspitzen und ineffiziente Betriebszustände sichtbar.
Grenzen der Kennzahl
Der PUE ist nicht genormt gemessen: Je nachdem, an welcher Stelle die IT-Leistung abgegriffen wird, fällt das Ergebnis unterschiedlich aus, und ein geschickt gewählter Messpunkt kann den Wert schönen. Außerdem sagt der PUE nichts über die Auslastung und Effizienz der IT selbst aus — ein Rechenzentrum mit perfektem PUE, aber dauerhaft leer laufenden Servern, ist gesamtwirtschaftlich trotzdem verschwenderisch. Aus diesem Grund wird der PUE heute durch weitere Kennzahlen ergänzt: die Water Usage Effectiveness (WUE) für den Wasserverbrauch und die Carbon Usage Effectiveness (CUE) für die CO2-Bilanz.
Einordnung
Der PUE beschreibt die Effizienz der Infrastruktur eines Rechenzentrums, nicht die Effizienz der Anwendungen. Auf der Wärmeerzeugungsseite ist die Jahresarbeitszahl das Gegenstück — sie sagt, wie viel Wärme eine Wärmepumpe je Kilowattstunde Strom liefert. Der PUE ist dagegen eine reine Verhältniszahl ohne Einheit und eignet sich nur für den Vergleich ähnlicher Anlagen und Messtiefen.
Verwandte Grundlagen: Kühlung, Freie Kühlung, Cloud-Computing.