Compreender o funcionamento de um centro de dados
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Compreender como funciona o ar condicionado dos centros de dados
Com o aumento da quantidade de informação e do grau de informatização dos processos de trabalho, a questão da segurança dessa informação durante o funcionamento ininterrupto dos servidores é cada vez mais premente.
Uma falha nesta área pode suspender todas as actividades comerciais e levar a graves prejuízos. Uma das principais condições para o funcionamento estável dos servidores é a manutenção da temperatura ideal do ar nas salas dos servidores, o que é conseguido através da utilização de sistemas especiais baseados em sistemas de ar condicionado de precisão.
O funcionamento de um centro de dados consome muita energia, e o sistema de refrigeração consome frequentemente tanta (ou mais) energia do que os computadores que suporta.
Neste artigo, analisamos algumas das tecnologias de arrefecimento de centros de dados mais utilizadas, bem comonovas abordagens à simulação CFD.
Conceção de corredor frio / corredor quente
Esta é uma disposição de bastidor de centro de dados, utilizando filas alternadas de “corredores frios” e “corredores quentes”.
Na frente das estantes existem difusores de ar frio (normalmente através de grelhas) para que os servidores possam aspirar o ar e, em seguida, os corredores quentes evacuam o calor da parte de trás dos servidores.
As condutas de ar estão geralmente ligadas a um teto falso que leva o ar quente dos “corredores quentes” para ser arrefecido e, em seguida, o ar arrefecido é evacuado para os “corredores frios”, através de um pavimento falso ou de condutas (ver solto para determinados modelos).
As estantes de servidores vazias devem ser preenchidas com painéis de obturação para evitar o sobreaquecimento e reduzir a quantidade de ar frio desperdiçado.
De facto, o vácuo criado pela ausência de servidores pode levar a transferências de ar parasitas, dadas as diferenças de pressão entre as zonas quentes e frias.
Este movimento de ar parasita é um desperdício de energia .
Sistema de água refrigerada
Esta tecnologia é mais comummente utilizada em centros de dados de média e grande dimensão.
O ar no centro de dados é fornecido por sistemas de tratamento de ar, conhecidos como sistemas de tratamento de ar para salas de computadores (CRAH), e a água refrigerada (fornecida por um sistema de refrigeração externo à instalação) é utilizada para arrefecer a temperatura do ar.
Qual é a diferença entre as unidades CRAC e CRAH?
Unidades CRAC
- Utiliza um refrigerante
- Necessita de um compressor
As unidades CRAC funcionam da mesma forma que as unidades de ar condicionado domésticas.
Têm um sistema de expansão direta e compressores integrados diretamente na unidade.
Proporcionam arrefecimento soprando ar sobre um permutador de arrefecimento cheio de refrigerante.
O refrigerante é mantido frio por um compressor no interior da unidade.
O excesso de calor é então expelido por uma mistura de glicol, água ou ar.
Embora a maioria das unidades CRAC geralmente forneçam apenas um volume constante e apenas modulem o funcionamento on/off, estão a ser desenvolvidos novos modelos que permitem variações no caudal de ar.
Existem várias formas de colocar as unidades CRAC, mas geralmente são instaladas emfrente aos corredores quentes de um centro de dados.
Aí, libertam ar arrefecido através das perfurações no chão elevado (grelhas ou perfurações nos ladrilhos do chão), arrefecendo os servidores informáticos.
Unidades CRAH
- Utiliza água fresca
- Tem uma válvula de controlo
As unidades CRAH funcionam como as unidades de tratamento de ar com água refrigerada instaladas na maioria dos edifícios de escritórios.
Fornecem arrefecimento soprando ar sobre um permutador de arrefecimento cheio de água refrigerada.
A água refrigerada é normalmente fornecida por “refrigeradores de água” – também conhecidos como instalações de água refrigerada.
As unidades CRAH podem regular a velocidade da ventoinha para manter uma pressão estática definida, assegurando que os níveis de humidade e a temperatura permanecem estáveis.
A água refrigerada pode ser produzida por expansão direta ou por sistemas de arrefecimento DRY adiabáticos, que são muito mais eficientes em termos energéticos.
Qual é a temperatura ideal para um centro de dados?
As salas de servidores e os centros de dados contêm uma mistura de ar quente e frio – as ventoinhas dos servidores expelem ar quente durante o funcionamento, enquanto o ar condicionado e outros sistemas de arrefecimento trazem ar frio para contrabalançar o ar quente de exaustão.
Manter o equilíbrio correto entre o ar quente e o ar frio sempre foi crucial para manter os centros de dados em funcionamento.
Se um centro de dados ficar demasiado quente, o equipamento corre um risco maior de falhar.
Esta falha conduz frequentemente a tempo de inatividade, perda de dados e perda de receitas.
Na década de 2000, a gama de temperaturas recomendada para o centro de dados era de 20 a 24°C.
Esta era a gama recomendada pela American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) como ideal para a máxima disponibilidade e vida útil do equipamento.
Esta gama permitia uma melhor utilização e proporcionava espaço suficiente para o armazenamento em caso de falha do ar condicionado.
Desde 2005, foram disponibilizadas novas normas e melhor equipamento, bem como melhores tolerâncias para gamas de temperatura mais elevadas.
De facto, a ASHRAE recomendou agora uma gama de temperaturas de funcionamento aceitável de 18° a 27°C.
O aumento das temperaturas de entrada do servidor também torna a utilização de free cooling ou free chilling (sistemas que utilizam o ar exterior para insuflar ar fresco na divisão ou arrefecer a água em vez do chiller) muito mais atractiva, particularmente em regiões temperadas como a França.
Com a temperatura ambiente fixada em 25°C em vez de 15°C, os períodos durante o ano em que o free cooling pode ser utilizado sem ativar o sistema de ar condicionado são consideravelmente mais longos. Isto gera poupanças de energia significativas e uma melhoria do PUE (Power Usage Effectiveness).
O mesmo se aplica ao free chilling, que pode ser utilizado mais frequentemente ao longo do ano para arrefecer os circuitos de água, com os pontos de regulação da temperatura agora fixados em 15°C em vez de 7°C para a água.
Quais são os problemas associados a uma temperatura demasiado elevada num centro de dados?
Infelizmente, as temperaturas de funcionamento mais elevadas podem reduzir o tempo de resposta no caso de um aumento rápido da temperatura devido a uma falha da unidade de arrefecimento.
Um centro de dados com servidores a funcionar a temperaturas mais elevadas corre o risco de falhas instantâneas e simultâneas de hardware.
Os recentes regulamentos ASHRAE sublinham a importância de monitorizar proactivamente a temperatura ambiente dentro das salas de servidores.
O que acontece se ficar demasiado quente?
Quando a temperatura no interior do centro de dados aumenta demasiado, o equipamento pode sobreaquecer facilmente.
Isto pode danificar os servidores.
Os dados podem perder-se, causando grandes problemas às empresas que dependem dos serviços do centro de dados.
É por isso que todos os centros de dados devem ter sistemas de refrigeração capazes de resistir a um período de crise ou de manutenção.
O que acontece se o sistema de ar condicionado se avariar?
Dependendo da densidade de potência instalada, o aumento da temperatura do ar no interior da sala do servidor pode ser extremamente rápido.
Nas simulações de falha de energia, observamos geralmente uma subida de cerca de 1°C por minuto. O resultado é um risco significativo de degradação do hardware e perda de dados se os sistemas de redundância e segurança não forem corretamente dimensionados.
Por outro lado, o tempo necessário para reiniciar e ativar a potência total dos compressores do sistema climático é um problema para as salas mais exigentes.
Para retardar os efeitos da subida da temperatura, existem sistemas de inércia que armazenam energia térmica durante alguns minutos para suavizar a curva de subida da temperatura.
Porquê efetuar uma simulação CFD de um centro de dados?
A simulação CFD fornece informações sobre a relação entre o funcionamento dos sistemas mecânicos e as variações na carga térmica do equipamento informático.
Com esta informação, o pessoal de TI e do local pode otimizar a eficiência do fluxo de ar e maximizar a capacidade de arrefecimento.
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