Sistemas de refrigeração para centros de dados
Data Centre - Métodos de arrefecimento
O arrefecimento dos centros de dados é uma questão estratégica, influenciando diretamente a sua eficiência energética, fiabilidade e impacto ambiental. Uma gestão térmica optimizadaevita o sobreaquecimento do equipamento de TI, reduz o consumo de energia e minimiza o risco de interrupções.
Comoespecialistas em mecânica de fluidos, compreendemos os desafios complexos associados à dissipação de calor em infra-estruturas digitais. Utilizando uma abordagem integrada que combina simulação CFD, análise energética e otimização do fluxo de calor, ajudamos os operadores de centros de dados a implementar soluções de arrefecimento eficientes e sustentáveis que satisfazem os requisitos actuais de desempenho e segurança térmica.
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O problema da refrigeração dos centros de dados
Produção de calor por equipamento informático
Os centros de dados são infra-estruturas essenciais no mundo digital, albergando uma multiplicidade de servidores e equipamentos de TI que funcionam continuamente. Esta atividade incessante gera uma quantidade significativa de calor.
Todos os componentes electrónicos, sejam eles processadores, módulos de memória ouunidades de armazenamento, geram calor durante o seu funcionamento. Este calor é o resultado das perdas de energia inerentes aos processos de cálculo e processamento de dados.
A densidade de energia nos centros de dados modernos pode atingir vários quilowatts por metro quadrado, o que resulta numa elevada produção térmica. De acordo com um estudo, os centros de dados consomem até 50 vezes mais energia por unidade de área do que um edifício comercial normal. Em 2017, o seu consumo representou 19% do consumo global no sector digital. Este consumo de energia traduz-se diretamente em emissões de calor proporcionais.
As consequências de uma má gestão térmica
Uma gestão térmica inadequada num centro de dados pode ter repercussões importantes no equipamento e nainfraestrutura global. As principais consequências incluem :
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Sobreaquecimento dos componentes electrónicos: Uma temperatura excessiva pode provocar avarias, erros de cálculo e, em última análise, a falha do hardware. Os componentes electrónicos são concebidos para funcionar dentro de um intervalo de temperatura específico; ultrapassar estes limites reduz a sua fiabilidade e desempenho.
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Aumento do consumo de energia: Os sistemas de refrigeração têm de compensar qualquer aumento descontrolado da temperatura, o que aumenta a sua carga de trabalho e, consequentemente, o consumo de energia. Estima-se que os sistemas de refrigeração sejam responsáveis por quase 40% do consumo total de energia de um centro de dados.
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Reduz a vida útil do equipamento: A exposição prolongada a temperaturas elevadas acelera o envelhecimento dos componentes electrónicos, reduzindo a sua vida útil e aumentando os custos de substituição e manutenção.
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Aumento dos custos operacionais: Para além dos custos adicionais de energia, uma má gestão térmica pode levar a custos associados a interrupções de serviço, reparações imprevistas e à necessidade de investir em soluções de refrigeração mais eficientes.
Os objectivos de um sistema de refrigeração eficiente
Para garantir o bom funcionamento dos centros de dados e otimizar o seu desempenho, um sistema de refrigeração eficiente deve cumprir os seguintes objectivos
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Manter uma temperatura estável e uniforme: Manter uma temperatura ambiente óptima, geralmente entre 18 e 27°C, é crucial para garantir que o equipamento funciona corretamente. Uma distribuição uniforme da temperatura evita pontos quentes que poderiam causar falhas no equipamento.
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Otimização da eficiência energética: A redução do consumo de energia dos sistemas de arrefecimento é essencial para reduzir os custos operacionais e a pegada de carbono do centro de dados. A adoção de tecnologias de arrefecimento avançadas, como o free cooling ou o arrefecimento líquido, pode contribuir para esta otimização.
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Reduzir a pegada ambiental: Ao minimizar a utilização de recursos naturais, como a água e a energia, os centros de dados podem reduzir o seu impacto ambiental. Por exemplo, a recuperação e utilização do calor excedente para aquecer os edifícios adjacentes é uma abordagem sustentável.
A gestão térmica dos centros de dados é, por conseguinte, uma questão crucial que influencia diretamente o seu desempenho, sustentabilidade e impacto ambiental.
A implementação de sistemas de arrefecimento adequados e eficientes é essencial se quisermos enfrentar os desafios colocados pela crescente densidade energética das infra-estruturas digitais.
Princípios básicos da refrigeração de centros de dados
A necessidade de um arrefecimento adequado
Os centros de dados são infra-estruturas essenciais para o armazenamento e processamento de dados digitais. O seu funcionamento contínuo gera uma quantidade significativa de calor, principalmente devido à elevada densidade de equipamento de TI. Uma gestão térmica eficaz é, portanto, crucial para garantir o desempenho, a fiabilidade e a longevidade deste equipamento.
Mecanismos de transferência de calor: condução, convecção e radiação
A dissipação de calor num centro de dados baseia-se em três mecanismos fundamentais:
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Condução: Este processo envolve a transferência de calor através de materiais sólidos, como os componentes electrónicos e as estruturas físicas dos servidores. O calor espalha-se das áreas de alta temperatura para as de baixa temperatura por contacto direto.
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Convecção: Este mecanismo envolve o movimento do calor através de fluidos, normalmente ar, que circulam à volta do equipamento. Num centro de dados, oar quente gerado pelos servidores é evacuado e substituído porar mais frio, facilitando o arrefecimento dos componentes.
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Radiação: As superfícies quentes do equipamento emitemenergia térmica sob a forma de radiação infravermelha. Embora este modo de transferência seja menos predominante do que a condução e a convecção, contribui, no entanto, para a dissipação global do calor.
Organização dos fluxos de ar: separação dos corredores quentes e frios
Uma estratégia comum para otimizar a refrigeração nos centros de dados consiste emorganizá-los em corredores quentes e frios. Esta configuração visa separar os fluxos de ar quente e frio para evitar que se misturem, melhorando assima eficiência do sistema de arrefecimento.
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Corredores frios: consistem nas frentes dos racks de servidores, onde o ar fresco é soprado para arrefecer o equipamento.
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Corredores quentes: situados na parte de trás das estantes, recolhem o ar quente expelido pelos servidores após o arrefecimento.
Centro de dados confinado em corredor quente / corredor frio
Ao alternar estes corredores e confiná-los utilizando barreiras físicas ou sistemas de contenção, limitamos a mistura dos fluxos de ar. Isto ajuda a manter temperaturas mais baixas nasentradas dos servidores e reduz a carga dos sistemas de ar condicionado. Além disso, autilização de pisos elevados com lajes perfuradas pode facilitar a distribuição uniforme do ar frio nos corredores frios.
Temperaturas e humidade recomendadas na sala de dados
A manutenção de condições ambientais adequadas é essencial para garantir o bom funcionamento e a durabilidade do equipamento informático.A ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) fornece diretrizes específicas a este respeito.
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Temperatura:A ASHRAE recomenda um intervalo de temperatura entre 18°C e 27°C para equipamento de classe A1 a A4. Esta gama foi concebida para equilibrar a eficiência energética e a fiabilidade do equipamento.
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Humidade relativa: Uma humidade demasiado baixa pode levar a descargas electrostáticas, enquanto uma humidade demasiado elevada pode causar condensação e corroer os componentes.A ASHRAE sugere que se mantenha a humidade relativa entre 20% e 80%, com um ponto de orvalho máximo de 22°C.
É importante notar que estas recomendações podem variar consoante as caraterísticas específicas do equipamento e os requisitos operacionais. Consequentemente, a monitorização contínua das condições ambientais, utilizando sensores e sistemas de gestão, é essencial para detetar e corrigir rapidamente qualquer desvio.
Compreender os princípios fundamentais da transferência de calor,organizar estrategicamente os fluxos de ar e manter as condições ambientais ideais são elementos-chave para garantir aeficiência energética e a fiabilidade dos centros de dados.
Sistemas de arrefecimento na sala de computadores
Ar condicionado por unidades CRAC e CRAH
As unidades CRAC(Computer Room Air Conditioner) e CRAH(Computer Room Air Handler) são normalmente utilizadas para arrefecer centros de dados.
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Unidades CRAC: Estes sistemas funcionam de forma semelhante aos aparelhos de ar condicionado domésticos. Utiliza um compressor e um refrigerante para arrefecer o ar ambiente. Oar quente é aspirado, arrefecido ao passar por uma bobina que contém o refrigerante e depois redistribuído pela sala do computador. As unidades CRAC são geralmente autónomas e não requerem ligações externas complexas. São particularmente adequados para centros de dados de pequena e média dimensão, com cargas de TI inferiores a 200 kW.
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Unidades CRAH: Ao contrário das CRAC, as unidades CRAH não utilizam um compressor. Estão equipadas com ventiladores e serpentinas arrefecidas por água refrigerada de um sistema de produção externo. Oar quente é aspirado, passa pelas serpentinas arrefecidas e depois regressa à divisão a uma temperatura mais baixa. As unidades CRAH são mais eficientes em termos energéticos porque utilizam um sistema de refrigeração centralizado. São adequados para centros de dados de maiores dimensões, com cargas de TI superiores a 200 kW.
Pisos elevados e gestão de fluxos
Autilização de pisos elevados é uma prática comum na conceção de centros de dados para otimizar a circulação do ar e melhorar a eficiência do arrefecimento.
Estes pavimentos são constituídos por placas modulares assentes numa estrutura metálica, criando um espaço vazio entre o pavimento original e o pavimento. Este espaço, denominado plenum, serve de conduta para a distribuição do ar arrefecido.
Em termos de gestão do fluxo de ar,o ar frio é canalizado sob o pavimento elevado e distribuído para os corredores frios através de telhas perfuradas ou grelhas. O equipamento informático aspira este ar frio para arrefecer os seus componentes internos e, em seguida, rejeita o ar quente para os corredores quentes. O ar quente é então captado pelas unidades CRAC ou CRAH e arrefecido novamente. Esta separação entre corredores quentes e frios minimiza a mistura de fluxos de ar, melhorandoa eficiência energética do sistema de refrigeração.
Circuitos de refrigeração e dissipação de calor em centros de dados
Chillers e sistemas de água refrigerada
Os chillers e os sistemas de água refrigerada desempenham um papel central no arrefecimento dos centros de dados, especialmente em instalações de grande escala.
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Chillers: Estes dispositivos termodinâmicos produzemágua refrigerada utilizando um ciclo de compressão e expansão de refrigerante. Aágua é arrefecida a uma temperatura geralmente entre 6°C e 12°C, sendo depois enviada para unidades de tratamento de ar (AHUs ) ou outros permutadores de calor para baixar a temperatura do ar ambiente. Os chillers podem ser equipados com sistemas de arrefecimento livre, permitindo autilização de ar exterior quando as condições climatéricas são favoráveis, reduzindo assim o consumo de energia.
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Sistemas de água refrigerada: Neste tipo de sistema, aágua refrigerada produzida pelos chillers circula através de uma rede de tubos para alimentar as unidades CRAH ou os aparelhos de ar condicionado em fila (InRow). Estes últimos são instalados nas proximidades dos bastidores dos servidores, proporcionando um arrefecimento direcionado e eficiente. Depois de absorver o calor do equipamento, aágua regressa aos chillers para ser novamente arrefecida. Este circuito fechado assegura uma dissipação de calor contínua e controlada.
Estes sistemas de arrefecimento convencionais são essenciais para manter as condições térmicas ideais nos centros de dados. A sua escolha e implementação dependem de vários factores, como a dimensão da instalação, a densidade de potência, as restrições orçamentais e os objectivos de eficiência energética.
Arrefecimento livre: utilização de ar exterior e permutadores de calor
O arrefecimento livre explora as condições climáticas externas para arrefecer os centros de dados, reduzindo a dependência dos sistemas de arrefecimento mecânicos tradicionais. Esta abordagem pode ser implementada de duas formas:
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Arrefecimento livre direto: Quando oar exterior está suficientemente frio, é filtrado para remover partículas indesejadas e injetado diretamente nas salas dos servidores. Este método é eficaz quando a temperatura exterior é inferior à temperatura interior desejada, geralmente cerca de 25°C. No entanto, exige uma monitorização rigorosa da qualidade e humidade do ar para evitar qualquer impacto negativo no equipamento.
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Free cooling indireto: Nesta configuração, oar exterior arrefece um fluido intermédio (como aágua) através de um permutador de calor. Este fluido circula então no interior do centro de dados para absorver o calor do equipamento sem que oar exterior entre em contacto direto com oambiente interno. Este método proporciona um melhor controlo da humidade e da qualidade do ar, ao mesmo tempo que aproveita os benefícios energéticos do arrefecimento livre.
Aeficácia do arrefecimento livre depende muito das condições climáticas locais. Em regiões com Invernos frios, esta técnica pode cobrir uma grande parte das necessidades de arrefecimento, enquanto que em climas mais quentes, a sua utilização será mais limitada.
Arrefecimento adiabático e evaporação
O arrefecimento adiabático baseia-se no princípio da evaporação da água, que absorve o calor doar ambiente, reduzindo a sua temperatura. Num centro de dados, esta técnica é implementada através dahumidificação do ar que entra ou através de permutadores de calor adiabáticos, em que aevaporação da água arrefece um fluido em circulação.
Este processo é particularmente eficaz em climas secos, onde oar tem uma elevada capacidade de absorção de humidade, optimizando o arrefecimento.
Ao reduzir a dependência de chillers e sistemas mecânicos de ar condicionado, reduz o consumo de energia emelhora o PUE(Power Usage Effectiveness) do centro de dados.
No entanto, a sua eficácia diminui quandoa humidade ambiente é elevada, o que limita a sua utilidade em certas regiões.
Um dos principais desafios do arrefecimento adiabático é a gestão da humidade. A humidade excessiva no ar pode levar à condensação, afectando o equipamento de TI e aumentando o risco de corrosão dos componentes electrónicos. Consequentemente, é necessário um controlo preciso da humidade para evitar qualquer desequilíbrio térmico.
Outro aspeto a ter em conta é o consumo de água, que pode ser significativo em função da configuração do sistema. Esta utilização acrescida de água levanta questões ambientais e regulamentares, nomeadamente em relação às ICPE(Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) e ao risco de TAR(Taxe sur les Activités Polluantes liées aux Rejets d’Eau). Estes condicionalismos exigem uma gestão rigorosa do tratamento dos resíduos e das águas, bem como o cumprimento da regulamentação local, o que faz com que o arrefecimento adiabático só seja adequado em determinadas condições bem controladas.
Soluções avançadas e inovações para a refrigeração de centros de dados
Arrefecimento híbrido: combinação ar/água
Os sistemas de arrefecimento híbridos combinam as vantagens dos sistemas de arrefecimento livre e de arrefecimento mecânico para otimizar a eficiência energética. Por exemplo, um sistema híbrido pode utilizar o arrefecimento livre quando as condições exteriores são favoráveis e mudar para o arrefecimento mecânico quando a temperatura exterior aumenta. Esta flexibilidade reduz o consumo de energia, ao mesmo tempo que garante uma temperatura estável no interior do centro de dados.
Outro exemplo de um sistema híbrido é autilização de refrigeradores adiabáticos combinados com unidades de refrigeração mecânica. Neste caso, oar é primeiro arrefecido por evaporação e depois um sistema mecânico ajusta a temperatura para atingir os níveis desejados. Esta abordagem reduz a carga dos sistemas mecânicos, prolongando a sua vida útil e reduzindo os custos de funcionamento.
Arrefecimento líquido: imersão e contacto direto
À medida que adensidade de potência do equipamento de TIaumenta, o arrefecimento a ar está a atingir os seus limites em termos de eficiência. O arrefecimento por líquido oferece uma alternativa, utilizando fluidos para absorver o calor diretamente dos componentes. São utilizados dois métodos principais:
- Arrefecimento por imersão: Os servidores ou componentes são imersos num líquido dielétrico não condutor. Este líquido absorve o calor gerado, que é depois dissipado através de permutadores de calor. Este método elimina a necessidade de ventoinhas e reduz consideravelmente o ruído e o consumo de energia associados ao arrefecimento. Permite também uma maior densidade de potência, optimizando o espaço disponível.
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Arrefecimento direto ao chip: As placas frias são instaladas diretamente em componentes críticos, como os processadores. Um fluido circula através destas placas, absorvendo o calor e transportando-o para um permutador de calor. Esta abordagem oferece um controlo preciso da temperatura dos principais componentes e pode ser integrada nas infra-estruturas existentes com modificações mínimas.
O arrefecimento líquido oferece vantagens significativas em termos deeficiência térmica e redução do consumo de energia. No entanto, requer um investimento inicial mais elevado e manutenção especializada para gerir os fluidos e garantir a estanquicidade dos sistemas.
Arrefecimento no chip e tecnologias emergentes
O arrefecimentodireto ao chip é uma técnica avançada em que os microcanais são integrados diretamente nos chips ou módulos do processador. Um fluido de arrefecimento circula através destes microcanais, absorvendo o calor na própria fonte da sua geração. Este método oferece uma dissipação de calor extremamente eficiente, essencial para aplicações de elevado desempenho, como a computação intensiva ou servidores dedicados à inteligência artificial.
As tecnologias emergentes incluem também sistemas de arrefecimento de duas fases, em que o fluido de arrefecimento muda de estado à medida que absorve o calor, oferecendo uma capacidade superior de dissipação de calor. Está também em curso investigação para desenvolver materiais de mudança de fase e nanofluidos.
Análise comparativa dos métodos de arrefecimento
Escolhe o melhor método de arrefecimento
Aeficiência energética eo impacto ambiental dos centros de dados dependem em grande medida dos sistemas de arrefecimento utilizados. Esta secção analisa os diferentes métodos de arrefecimento de acordo com critérios como a eficácia da utilização de energia (PUE), o consumo de energia, apegada ecológica, as restrições técnicas, os custos associados e a segurança.
Segurança e fiabilidade dos sistemas de refrigeração
Aviso de segurança :
A segurança é um critério fundamental na gestão de um centro de dados, onde qualquer avaria, sobreaquecimento ou falha pode levar a interrupções de serviço dispendiosas e pôr em causa a integridade dos dados. A escolha do sistema de arrefecimento deve, portanto, garantir a fiabilidade do equipamento e limitar os riscos associados a avarias térmicas.
Um dos principais riscos é o sobreaquecimento dos componentes, que pode levar à degradação prematura do equipamento e causar paragens inesperadas. Uma temperatura excessiva pode paralisarum servidor ou, no pior dos casos, danificar irreversivelmente peças sensíveis, como processadores ou unidades de armazenamento. Para evitar estes incidentes, os sistemas de refrigeração devem ser concebidos com mecanismos de redundância que permitam compensar qualquer falha através da ativação de um circuito de reserva.
Para além da gestão térmica, é necessário ter em conta os riscos associados às fugas de líquido, nomeadamente nos sistemas de arrefecimento por líquido. Aintrodução de um fluido de transferência de calor na proximidade de componentes electrónicos exige um controlo rigoroso e infra-estruturas adequadas para evitar acidentes. Os sensores de fuga e os sistemas de contenção são frequentemente integrados para detetar qualquer anomalia eevitar que o líquido danifique os equipamentos sensíveis.
Simulação da subida de temperatura - estudo de deteção de incêndios
Comparação de riscos :
Os métodos de arrefecimento baseados no ar, embora menos eficientes em termos energéticos, apresentam um menor risco de segurança. Evitama exposição direta dos servidores a líquidos e reduzem o risco de acidentes devido a falhas mecânicas. No entanto, requerem uma manutenção regular dos filtros e dos sistemas de ventilação para evitar aacumulação de poeiras e garantir uma circulação de ar óptima.
Por último, as tecnologias emergentes, como o arrefecimento adiabático e o arrefecimento livre, têm de ser avaliadas em termos do seu impacto na segurança global do centro de dados.O aumento dos níveis de humidade devido ao arrefecimento evaporativo pode apresentar riscos de condensação, que devem ser geridos utilizando dispositivos de controlo da humidade. Da mesma forma, autilização de ar exterior para o arrefecimento livre exige uma maior monitorização da qualidade do ar para evitar a infiltração de partículas e poluentes que possam danificar os componentes internos.
Critérios de desempenho energético
O Power Usage Effectiveness (PUE) é oprincipal indicador para medir aeficiência energética de um centro de dados. Calcula-o dividindo o consumo total de energia do centro de dados pela energia utilizada apenas pelo equipamento de TI. Uma PUE de 1,0 indica uma eficiência óptima, em que toda a energia é dedicada ao equipamento de TI. Em França, a PUE média é de 1,36, o que significa que uma parte significativa da energia é consumida pelos sistemas auxiliares, em particular o arrefecimento.
Os diferentes métodos de arrefecimento têm uma influência direta na PUE:
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Arrefecimento do ar: Tradicionalmente utilizado, pode resultar numa PUE mais elevada devido ao consumo de energia dos aparelhos de ar condicionado e das ventoinhas.
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Arrefecimento líquido: Este método proporciona uma dissipação de calor mais eficiente, reduzindo a necessidade de sistemas de ar condicionado que consomem muita energia. Estudos mostram que aintrodução do arrefecimento líquido pode melhorar a PUE em mais de 15%.
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Arrefecimento livre: Ao utilizar oar exterior quando as condições climáticas o permitem, esta técnica reduz consideravelmente o consumo de energia associado ao arrefecimento, melhorando assim o PUE.
Impacto ambiental
Apegada ecológica dos centros de dados é fortemente influenciada pelo seu consumo de energia eágua. Os sistemas de refrigeração desempenham um papel crucial neste domínio:
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Consumo de energia: Os sistemas tradicionais de arrefecimento a ar consomem muita energia, contribuindo para uma maior pegada de carbono. Por outro lado, soluções como o arrefecimento líquido ou o arrefecimento livre consomem menos energia, reduzindo as emissões de gases com efeito de estufa.
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Consumo de água: Algumas técnicas, como o arrefecimento adiabático, utilizam água para arrefecer o ar. Embora este método seja eficiente em termos energéticos, aumenta o consumo de água, o que pode ser problemático em regiões onde este recurso é limitado.
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Reciclagem de calor: Algumas instalações recuperam o calor gerado para aquecer edifícios adjacentes, melhorando a eficiência energética global e reduzindo a pegada ambiental.
Ilustração de plumas térmicas em vários edifícios de centros de dados, durante uma onda de calor e durante um reinício de emergência de sistemas do tipo gerador.
Restrições e limitações técnicas
Uma escolha estratégica influenciada por vários factores:
Cada método de arrefecimento utilizado nos centros de dados tem vantagens específicas, mas também restrições e limitações técnicas que é essencial ter em conta antes de os implementar. A escolha do sistema depende de muitos factores, incluindo a configuração do centro de dados, as condições climáticas locais, os custos de instalação e funcionamento e os requisitos de eficiência energética.
Arrefecimento por ar, uma solução comprovada mas que consome muita energia:
O arrefecimento por ar, historicamente o método mais difundido, baseia-se nautilização de aparelhos de ar condicionado oude sistemas de circulação forçada de ar para eliminar o calor gerado pelos servidores. A sua principal vantagem reside na sua fiabilidade e acessibilidade, uma vez que se trata de uma tecnologia testada e comprovada, amplamente implantada e relativamente simples de instalar. Além disso, os custos iniciais de instalação são moderados, o que o torna uma solução atractiva para infra-estruturas de pequena e média dimensão.
No entanto, esta abordagem tem limitações significativas, nomeadamente a eficiência térmica reduzida quando se trata de arrefecer equipamento de alta densidade. Quanto maior for a carga de TI, maior será a procura do sistema de arrefecimento a ar, o que conduz a um aumento significativo do consumo de energia. Esta dependência dos sistemas mecânicos de ventilação e ar condicionado tem um impacto direto napegada de carbono e nos custos operacionais dos centros de dados.
Arrefecimento líquido, eficiência térmica óptima, mas custo elevado:
Dadas estas limitações, o arrefecimento por líquido está a emergir como uma alternativa mais eficiente, particularmente para infra-estruturas com elevadas densidades de computação. Este processo, que envolve a utilização de um fluido de transferência de calor para absorver o calor diretamente nos componentes, oferece uma eficiência térmica muito superior à do arrefecimento a ar. Não sómelhora a dissipação de calor, como também reduz o consumo geral de energia, uma vez que a circulação de líquidos termicamente condutores é mais eficiente do que oar na transferência de calor.
Além disso, algumas instalações utilizam este calor residual para alimentar outros sistemas, como o aquecimento urbano, optimizando assim a eficiência energética de toda ainfraestrutura.
No entanto, esta tecnologia apresenta também desafios significativos. Os custos de instalação são consideravelmente mais elevados, devido às infra-estruturas específicas necessárias para a circulação e gestão dos fluidos. Além disso, a manutenção destes sistemas é mais complexa do que a das soluções pneumáticas, e os riscos de fugas de líquidos devem ser rigorosamente controlados para evitar danos nos equipamentos electrónicos sensíveis.
Arrefecimento livre, dependente das condições climáticas :
O free cooling é uma solução interessante para reduzir o consumo de energia associado ao arrefecimento, explorando diretamente o ar exterior quando as condições climáticas o permitem. Este sistema limita a utilização de dispositivos mecânicos que consomem muita energia, resultando numa melhoria da eficácia da utilização de energia (PUE) e numa redução dos custos de funcionamento.
No entanto, a sua eficácia depende muito das caraterísticas climáticas da localização do centro de dados. Em regiões onde as temperaturas exteriores são demasiado elevadas durante grande parte do ano, acontribuição do free cooling é limitada, exigindo aintegração de outros sistemas de arrefecimento para garantir a continuidade do serviço.
Além disso, este processo requer ainstalação de sistemas de filtragem avançados para impedir a entrada de partículas e contaminantes nas salas dos computadores, o que pode tornar a sua implementação mais complexa.
Arrefecimento adiabático, consumo de água a controlar :
Finalmente, o arrefecimento adiabático representa uma alternativa que combina eficiência energética e custos de funcionamento reduzidos. Baseado naevaporação da água para arrefecer o ar ambiente, este sistema oferece um excelente desempenho, nomeadamente em ambientes secos, onde oefeito de arrefecimento é optimizado.
A sua principal vantagem é o baixo consumo de energia, o que o torna uma solução atractiva para reduzir a pegada de carbono dos centros de dados.
No entanto, esta tecnologia depende dautilização de água, o que levanta questões em termos de gestão dos recursos hídricos, nomeadamente em regiões sujeitas a restrições hídricas.
Além disso, a sua eficácia diminui quandoa humidade ambiente é demasiado elevada, o que limita a sua utilização em certas zonas geográficas.
Tabela de comparação
O quadro seguinte resume as principais caraterísticas dos diferentes métodos de arrefecimento :
Em suma, cada método de arrefecimento apresenta um equilíbrio entre o desempenho, o custo e as restrições operacionais. A escolha da solução ideal depende das necessidades específicas do centro de dados, das condições ambientais e dos objectivos em termos de sustentabilidade eeficiência energética.
Otimizar a refrigeração dos centros de dados com EOLIOS
Uma abordagem global à otimização da refrigeração dos centros de dados
A otimização dos sistemas de refrigeração é uma questão fundamental para os centros de dados modernos, ondea eficiência energética e a gestão térmica têm um impacto direto nos custos operacionais, na sustentabilidade da infraestrutura e noimpacto ambiental.
Paramelhorar o desempenho das instalações, a EOLIOS apoia os intervenientes do sector, oferecendo uma abordagem integrada baseada em ferramentas digitais avançadas de simulação, como a CFD (Computational Fluid Dynamics).
Esta tecnologia permiteanalisar eotimizar a dissipação docalorno interior das salas de computadores, bem como aevacuação do calor para o exterior, garantindo uma refrigeração mais eficiente e segura.
Reduzir o consumo de energia através da otimização dos fluxos de calor
Uma das principais formas de melhorar aeficiência energética dos centros de dados éotimizar o fluxo de ar ede calordentro das salas de TI. Uma má gestão do fluxo de ar pode dar origem a pontos quentes, exigindo um consumo excessivo de energia para compensar os desequilíbrios térmicos.
A EOLIOS intervém através da realização de estudos CFD internos, que permitem mapear com precisão a circulação do ar eidentificar as ineficiências dos sistemas de refrigeração.
Estas análises podem ser utilizadas para implementar uma série de acções:
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Otimização dos corredores quentes e frios para limitar a recirculação do ar quente e melhorar a distribuição da refrigeração.
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Melhorar a disposição das unidades CRAC e CRAH em função das necessidades reais do equipamento informático.
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Identificação de pontos quentes e recomendações para os atenuar através de uma melhor gestão do fluxo de ar.
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Integração de soluções de contenção do ar, tais como separadores físicos entre corredores quentes e frios ou pavimentos perfurados para uma melhor distribuição do arrefecimento.
Estas acções reduzem significativamente o consumo de eletricidade dos sistemas de ar condicionado, maximizando a eficiência do arrefecimento e limitando a sobrecarga térmica do equipamento informático.
Dissipação de calor interno utilizando a simulação CFD
Num centro de dados, o calor libertado pelos servidores tem de ser eficientemente removido para manter uma temperatura estável e evitar o risco de avarias.
A EOLIOS realiza internamente simulações CFD, que permitem uma visualização detalhada dos fluxos de calor e dos gradientes térmicos dentro das salas de computadores.
Estas análises permitem compreender em profundidade o comportamento térmico das infra-estruturas eotimizar um certo número de aspectos essenciais:
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Reduz a recirculação de ar quente, que tem um impacto negativo naeficiência do arrefecimento.
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Validação e otimização de sistemas de refrigeração, testando virtualmente diferentes cenários antes da implementação.
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Melhoria do desempenho das unidades de tratamento de ar, ajustando a sua configuração para uma dissipação de calor mais uniforme.
Autilização de simulações CFD garante que as decisões se baseiam em dados precisos e fiáveis, permitindo reduzir os custos de energia e melhorar a fiabilidade e a segurança das infra-estruturas de TI.
Dissipação de calor externo e impacto ambiental
Aevacuação do calor produzido pelos centros de dados não se limita à gestão interna das salas de TI. Depois de extraído do equipamento de TI, o calor deve ser dissipado de forma eficiente para oexterior, a fim de evitar qualquer acumulação térmica que possaafetar o desempenho dos sistemas de refrigeração.
A EOLIOS realiza simulações externas de CFD paraotimizar a dissipação de calor das infra-estruturas, tendo em conta vários factores ambientais:
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Estudo das descargas de calor para o ambiente exterior, para evitar a acumulação de calor à volta dos edifícios.
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Otimizar a localização dos permutadores de calor e dos chillers paramelhorar a dispersão do calor e limitar o impacto nos sistemas de ventilação.
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Análise dos fluxos de ar exterior para minimizar os efeitos de recirculação e maximizar a eficiência dos sistemas de arrefecimento passivos, como o arrefecimento livre.
Ao incorporar estas análises CFD na conceção efuncionamento dos centros de dados, é possível reduzir o impacto ambiental das instalações, melhorando simultaneamente a sua eficiência térmica global.
Segurança da infraestrutura graças à gestão térmica avançada
Para além de melhorar simplesmente a eficiência energética, a segurança térmica é uma questão importante nos centros de dados. Uma gestão de arrefecimento ineficaz pode levar a avarias, perda de dados e interrupções de serviço dispendiosas.
A EOLIOS integra a segurança térmica como parâmetro chave nos seus estudos CFD, permitindoantecipar e prevenir os riscos associados ao mau funcionamento dos sistemas de refrigeração. Graças a simulações precisas, é possível :
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Identifica potenciais pontos de falha associados a variações de temperatura.
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Avalia o impacto de um mau funcionamento do sistema de arrefecimento, de modo a implementar soluções de redundância adequadas.
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Optimiza a gestão do fluxo de ar em caso de corte parcial de energia, paraevitar o aquecimento rápido do equipamento.
Estas análises dão aos operadores de centros de dados uma visão preditiva dos riscos térmicos e permitem-lhes implementar estratégias de gestão proactivas para garantir a continuidade do serviço e proteger o equipamento crítico.
Rumo a centros de dados mais eficientes e sustentáveis
Graças a uma abordagem que combina a análise energética, a simulação CFD interna e externa e a otimização da segurança, a EOLIOS é capaz de ajudar os intervenientes da indústria a encontrar soluções de refrigeração mais eficientes e sustentáveis.
Ao integrar estas ferramentas avançadas de engenharia na fase de conceção ou durante a fase operacional, é possível :
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Reduzir o consumo de energia e melhorar o PUE das infra-estruturas.
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Optimiza a disposição do equipamento de refrigeração para maximizar a eficiência.
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Limitar o impacto ambiental do calor residual através do controlo da dissipação de calor.
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Aumenta a segurança das instalações antecipando as falhas térmicas.
A otimização térmica dos centros de dados já não se limita a uma simples escolha tecnológica. Graças aos estudos CFD e àexperiência da EOLIOS, os operadores podem transformar a sua gestão térmica numa alavanca de eficiência e desempenho, garantindo um funcionamento ótimo e seguro das suas infra-estruturas de TI.
