Wie wir unseren Stromverbrauch halbiert haben

Anfang 2019 hatten wir eine sehr gesalzene Stromrechnung für das vorige Jahr bekommen. Durch Hardwareanschaffungen und ein höheres Besucheraufkommen ist unser Stromverbrauch im Jahr 2018 deutlich grösser als erwartet ausgefallen. Wir haben das zum Anlass genommen, unseren Stromverbrauch mal etwas genauer unter die Lupe zu nehmen.

Auf Stromfresser-Jagd

Zunächst wollten wir in der Lage sein, unseren Gesamtstromverbrauch in Echtzeit zu messen, ohne andauernd zum Stromzähler rennen zu müssen. Hierzu haben wir uns ein entsprechendes IoT-Messgerät angeschafft, das mithilfe von drei kleinen Stromzangen den Stromfluss an den drei Phasen unseres Stromanschlusses (zwischen Stromzähler und Sicherungskasten) misst. Wir haben uns hier für ein Fluksometer entscheiden. Dabei handelt es sich um ein Open-Source-Projekt, das die Messwerte lokal innerhalb unseres Netzwerks bereitstellt, und nicht von einer Cloudplattform abhängig ist.

Aus diesen Messungen konnten wir bereits zwei Schlüsse ziehen:

  • Unser «Grundverbrauch», d.h. wenn sich niemand im Space aufhält und alle Lichter aus sind, belief sich auf ca. 1 100 W.
  • Das Einschalten aller Deckenleuchten verursachte einen Stromverbrauch von ca. 600 W.

Nun ging es darum, herauszufinden, welche Geräte für diesen hohen Stromverbrauch verantwortlich waren. Hierzu zogen wir ein kleines Wattmeter zur Hilfe, das wir zwischen Steckdose und einzelne Verbraucher stecken konnten, um deren Verbrauch zu ermitteln. Damit konnten wir einige Optimierungspotentiale erkennen:

  • Unsere Audioanlage verbraucht im Standby quasi gleich viel Strom wie im laufenden Betrieb, und zwar ca. 35 W.
  • Auch einige andere Geräte hatten im Standby noch einen recht hohen Verbrauch. So hatte z.B. ein Bildschirm, der quasi nie genutzt wurde, einen Standby-Verbrauch von ca. 10 W, rund um die Uhr.
  • Der Grossteil der Verbrauchs kam von unseren Servern: Der Gesamtverbrauch unseres Serverracks belief sich auf fast 800 W. Dabei fielen je 400 W, 200 W und 100 W auf die drei Server ab, sowie ca. 100 W auf das Netzwerkequipment (Switch, Firewall und Kabelmodem).

Installation von Schaltsteckdosen

Um «Standby-Sünder» wie unsere Soundanlage stromsparender zu machen, haben wir zu WiFi-fähigen «Smart Home» Schaltsteckdosen gegriffen, die sich zwischen Wandsteckdose und Verbraucher stecken lassen, und den Verbraucher komplett vom Strom trennen. Diese gibt es von verschiedenen Herstellern in verschiedenen Bauformen und Funktionsweisen. Für uns waren hier folgende Kriterien wichtig:

  • Die Geräte sollten nicht von einer Cloudplattform abhängig sein, sondern über das lokale Netzwerk steuerbar sein.
  • Schalter am Gerät: Selbst bei einem Netzwerkausfall sollten sich die Geräte immer noch ein- und ausschalten lassen.

Was passiert, wenn diese Anforderungen nicht erfüllt sind, durften einige «Smart Home»-Besitzer in den letzten Jahren schmerzhaft erfahren: Ausfälle von Cloudplattformen liessen Familien im Dunkeln und ohne Heizung sitzen, weil sich die Geräte ausschliesslich über diese Plattformen steuern liessen.

Wir hatten uns für Geräte auf Basis des ESP8266-Chips entschieden. Für diese gibt es die Open-Source-Universalfirmware «Tasmota», die sich mit einigem Aufwand (in vielen Fällen muss man die Geräte auseinandernehmen, um an die zur Installation benötigte Schnittstelle zu kommen) auf den meisten Geräten mit diesem Chip installieren lässt.

**Oben links:** Die Schaltsteckdose in Originalzustand. **Oben rechts:** Das Gehäuse wurde demontiert. **Unten links:** An den ESP8266 wurden behelfsmässig Drähte angelötet, um Tasmota zu installieren. **Unten rechts**: Das Tasmota- Webinterface
Oben links: Die Schaltsteckdose in Originalzustand.
Oben rechts: Das Gehäuse wurde demontiert.
Unten links: An den ESP8266 wurden behelfsmässig Drähte angelötet, um Tasmota zu installieren.
Unten rechts: Das Tasmota- Webinterface

Die Schaltsteckdosen, für die wir uns entschieden hatten, verbrauchen im Schnitt nur ca. 1 W und ermöglichen uns, die angeschlossenen Geräte sowohl an der Dose selbst, als auch im lokalen Netzwerk ein- und auszuschalten.

Server-Konsolidierung

Wie zuvor erwähnt, hatten wir damals 3 Hardwareserver im Einsatz. Hierbei gilt es noch zu bemerken, dass der 200 W-Server die Ablösung des älteren 400 W-Server sein sollte, die Umstellung sich aber in die Länge zog. Zusätzlich hatte der neue Server nicht genug Disk-Slots, daher wurde ein zusätzliches Disk-Shelf eingesetzt.

Schlussendlich war die Umstellung auf den neuen Server Mitte 2019 abgeschlossen. Das zusätzliche (ziemlich alte) Disk Shelf hatte selber aber auch noch einen Verbrauch von 200 W, daher konnten wir durch die Umstellung «nur» 200 W gewinnen.

Auf dem 100 W-Server lief nur eine sehr kleine Workload. Die wurde danach kurzerhand auf den neuen Server gezügelt, um nochmal 100 W einzusparen. Somit sind wir bis Anfang 2021 mit einem einzelnen Server plus Disk Shelf, zusammen ca. 400 W verblieben.

Nachdem wir Anfang 2021 entschieden hatten, den Storage für I/O-lastige Workloads durch SSDs zu ersetzen, kam wieder die Diskussion auf, wie wir mit dem Disk Shelf verfahren wollen. Wir haben eine weitere Konsolidierung in Angriff genommen, die sich als anspruchsvoll herausstellte:

  • Das Disk Shelf enthielt 14 3.5"-Disks
  • Der Server hatte 10 3.5"-Slots, 2 zur fixen Montage, 8 hot-swappable. Davon waren nach der Umstellung auf SSDs 4 Slots durch diese belegt. Es verblieben also 6 Slots zur freien Nutzung, 2 davon für feste Montage.

Schlussendlich fanden wir aber doch eine zufriedenstellende Lösung: Wir stiessen bei einem Hersteller für Nischen-Hardware auf Hot-Swap-Enclosures für je 2 2.5"-Disks in der Grösse einer 3.5"-Festplatte. So konnten wir in den beiden Slots zur Fixmontage die 4 SSDs unterbringen, und hatten nun 8 freie 3.5"-Slots. Diese haben wir mit Festplatten gefüllt, die jeweils die doppelte Kapazität der Platten in dem Disk Shelf hatten. In einem RAID6-Verbund erhält man mit 8 Festplatten die gleiche Gesamtkapazität wie mit 14 halb so grossen Platten.

Die 2.5
Die 2.5"-Enclosures (beschriftet mit 0,1,2,3) fassen nun die SSDs, sodass in den 8 Slots darunter genug Disks passen. Das externe Disk Shelf (unten im Bild) konnte ausser Betrieb genommen werden.

Somit konnten wir das Disk Shelf ebenfalls abstellen und sind nun mit einem einzelnen Server verblieben, der weiterhin 200 W verbraucht. Nebenbei ist es dadurch in unserem Space auch ein gutes Stück leiser geworden, da deutlich weniger Lüfter vor sich hin röcheln.

Nachdem der Switch in unserem Rack anfing, den Geist aufzugeben, haben wir diesen durch ein moderneres Modell ersetzt, und konnten hier nochmal ca. 30 W einsparen. Somit verursacht das Rack nur noch einen Gesamtverbrauch von 270 W.

Unser Serverrack im Wandel der letzten 2 Jahre
Unser Serverrack im Wandel der letzten 2 Jahre

Fazit

Mit den beschriebenen Optimierungen konnten wir unseren kontinuierlichen Stromverbrauch um ca. 600 W senken: Von einem Grundverbrauch von 1 100 W ausgehend sind wir nun bei ca. 500 W angelangt, und haben den Verbrauch damit mehr als halbiert.

In den letzten zwei Jahren sind unsere Stromrechnungen durch diese Optimierungen bereits merkbar günstiger ausgefallen, und wir freuen uns schon auf die nächste Rechnung, die nochmal merklich nach unten gehen dürfte.