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Dez soluções de arrefecimento para suportar a implementação de servidores de alta densidade

Introdução 2

1. Fazer um "exame médico" 3

2. Manter o sistema de arrefecimento

4

3. Instalar painéis cegos 5

4. Remover bloqueios da sub-base 7

5. Separar os bastidores de alta densidade

8

6. Configurar as alas quentes / alas frias

9

7. Alinhar as CRACs1 com as alas quentes

10

Conclusão 16

Os servidores de alta densidade proporcionam uma vantagem significativa em termos de desempenho por watt. No entanto, dependendo da implementação, estes podem representar um desafio considerável em termos de arrefecimento. Os fornecedores estão actualmente a conceber servidores que podem necessitar de mais de 40 kW de arrefecimento por bastidor. Dado que a maioria dos centros de dados foi concebida para arrefecer uma média não superior a 2 kW por bastidor, é necessário utilizar estratégias inovadoras para o arrefecimento correcto dos equipamentos de alta densidade. Este documento inclui dez abordagens que visam aumentar a eficiência e a capacidade de arrefecimento, bem como a densidade de potência, dos centros de dados existentes.

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White Paper 42 Revisão 4

Por Peter Hannaford

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Dez Soluções de Arrefecimento para Suportar a Implementação de Servidores de Alta Densidade

Schneider Electric – Data Center Science Center White Paper 42 Rev 4 2

Os servidores blade utilizam menos energia do que os servidores tradicionais (por exemplo, 1U). No entanto, quando estão alojados de forma compacta num único bastidor (Diagrama 1), a potência necessária aumentada e o calor dissipado dá origem a pontos quentes dentro de alguns centros de dados. É pouco provável que um centro de dados tradicional, com aparelhos de ar condicionado para salas com computadores (CRAC) a fornecerem um fluxo de ar através de um sistema de distribuição num piso elevado, tenha uma capacidade de arrefecimento superior a 3 kW para qualquer bastidor, independentemente da quantidade e capacidade dos aparelhos CRAC (Computer Room Air Conditioning - Ar condicionado para salas com computadores), bem como da profundidade do chão. A capacidade máxima de arrefecimento conseguida num único bastidor será ainda menor para salas com distribuição de ar recirculado sem chão falso.1 Neste momento estão a surgir soluções de arrefecimento baseadas em bastidor que elevam a capacidade de arrefecimento a mais de 10 kW por bastidor. Ao conceber o sistema de arrefecimento de um centro de dados, o objectivo consiste em deixar um caminho livre desde a fonte de ar refrigerado até aos pontos de entrada dos servidores. De igual modo, é necessário deixar um caminho livre desde a saída de ar quente dos servidores até à conduta de ar recirculado do aparelho de ar condicionado (CRAC). No entanto, existe uma série de factores que pode afectar de modo negativo o cumprimento deste objectivo. Este documento descreve os factores principais que reduzem a eficiência de funcionamento, bem como a capacidade de densidade de potência de um centro de dados, e apresenta soluções para evitar estes problemas. Também fornece algumas soluções que permitem aos centros de dados enfrentarem necessidades além da capacidade de concepção sem grandes remodelações. As próximas dez secções descrevem soluções para lidar com as causas originais da ineficiência e da falta de capacidade de arrefecimento. As dez soluções são apresentadas por ordem de classificação, com as soluções mais simples e eficientes em termos de custo em primeiro lugar. Se o objectivo for conseguir uma densidade de potência do centro de dados além dos 6 kW por bastidor numa área contínua, nesse caso será mais adequado passar directamente para soluções mais extremas, tal como as descritas nas secções 9 ou 10, ignorando as soluções iniciais.

1 Para mais informações acerca das arquitecturas de distribuição de ar, consulte a Aplicação técnica 55,

Arquitecturas de distribuição do ar para instalações cruciais.

Introdução

Diagrama 1 Exemplos de compactação de servidores



Tal como um automóvel rende mais com uma assistência técnica regular, um centro de dados tem de ser mantido a funcionar com a eficiência máxima, de modo a sustentar os processos empresariais que dependem dele e a evitar problemas no futuro. Antes de se lançar em actualizações dispendiosas do centro de dados para resolver os problemas de arrefecimento, deve efectuar verificações para identificar potenciais falhas na infra-estrutura de arrefecimento. Estas verificações diagnosticam a saúde do centro de dados de modo a evitar falhas relacionadas com a temperatura no equipamento de TI. Também permitem avaliar a disponibilidade da capacidade de arrefecimento adequada no futuro. O estado actual deve ser comunicado e um ponto de partida estabelecido para fazer com que as acções correctivas posteriores resultem em melhorias. Uma verificação de um sistema de arrefecimento deve incluir os seguintes itens: • Capacidade máxima de arrefecimento. Se não houver combustível suficiente no

depósito para alimentar o motor, não há qualquer ajuste possível que possa melhorar a situação. Verifique a capacidade de arrefecimento global para se certificar de que esta não está a ser excedida pelo equipamento de TI no centro de dados. Lembre-se de que 1 Watt de potência consumido requer 1 Watt de arrefecimento. O excesso de procura em relação à oferta implica uma grande reengenharia ou a utilização de soluções de arrefecimento de alta densidade autónomas, posteriormente descritas na solução 10.

• Aparelhos de ar condicionado para salas de computadores (CRAC). As temperaturas medidas de ar insuflado e recirculado e os níveis de humidade têm de ser consistentes com os valores planeados. Verifique os valores de referência e reponha-os, se necessário. Uma temperatura de ar recirculado consideravelmente abaixo da temperatura ambiente pode indicar a existência de um curto-circuito no caudal de ar insuflado, fazendo com que o ar refrigerado contorne o equipamento de TI e volte directamente para o aparelho CRAC. Verifique se todas as ventoinhas estão a funcionar devidamente e se os alarmes estão activos. Certifique-se de que todos os filtros estão limpos.

• Circuito refrigerador de água/condensador. Verifique o estado dos refrigeradores e/ou condensadores externos, sistemas de bombagem e circuitos de arrefecimento principais. Certifique-se de que todas as válvulas estão a funcionar correctamente. Se utilizar sistemas DX, verifique se estão totalmente carregados.

• Temperatura ambiente. Verifique a temperatura ambiente em posições estratégicas nas alas do centro de dados. Estas posições de medição devem centrar-se geralmente entre as filas de equipamentos e espaçadas entre cada quatro bastidores.

• Temperatura dos bastidores. Os pontos de medição devem situar-se nos pontos de admissão de ar, nas secções inferior, central e superior de cada bastidor. Estas temperaturas devem ser registadas e comparadas com as temperaturas de admissão recomendadas pelos fabricantes para o equipamento de TI.

• Velocidade do ar nas lajes do piso técnico. Se o chão falso for utilizado como sistema de arrefecimento em sobrepressão, a velocidade do ar deve ser uniforme em todos os ladrilhos perfurados ou grelhas de ventilação no chão.

• Estado das sub-bases. Toda a sujidade e poeira presente sob o chão falso é expulsa através de ladrilhos ventilados do chão e aspirada para dentro do equipamento de TI. Os obstáculos sob o chão falso, como, por exemplo, os cabos de rede e de alimentação, obstruem o fluxo de ar e têm um efeito adverso sobre o fornecimento de ar arrefecido aos bastidores.

1. Fazer um “exame médico”

Arquitecturas de distribuição de ar para instalações cruciais

Link para a fonte White Paper 55

http://www.apc.com/wp?wp=55



• Fluxo de ar no interior dos bastidores. Espaços livres entre bastidores (espaço de bastidor não utilizado sem painéis cegos, ranhuras de blade vazias sem blades cegas, aberturas de cabos não seladas) ou cablagem em excesso afectarão o desempenho de arrefecimento.

• Disposição dos ladrilhos e das alas. A utilização eficiente da sub-base como sistema de arrefecimento em sobrepressão depende em larga medida da disposição das grelhas de ventilação do chão e do posicionamento dos aparelhos CRAC.

Para obter uma descrição mais detalhada, consulte a Aplicação técnica 40, Auditoria na área de arrefecimento para identificação de potenciais problemas de arrefecimento em centros de dados. O Uptime Institute2 informou que encontrou deficiências operacionais em mais de 50% dos centros de dados visitados. Embora tenham sido identificadas globalmente como “refrigeração medíocre”, algumas deficiências foram causadas por sistemas de manutenção inadequados ou insuficientemente executados. Seguem-se algumas das deficiências detectadas: • Serpentinas sujas ou entupidas obstruindo o fluxo de ar

• Sistemas DX com carga insuficiente

• Pontos de controlo incorrectamente localizados

• Sensores não calibrados ou danificados

• Tubagem de ar insuflado e recirculado invertida

• Válvulas defeituosas

• Bombas defeituosas

• Bombas a funcionarem desnecessariamente

• Sistemas de refrigeração livres não iniciados

Uma assistência técnica regular e uma manutenção preventiva são essenciais para manter o centro de dados a funcionar com o máximo desempenho. Se já tiver passado algum tempo desde a última prestação de assistência técnica ao sistema, deve pedir imediatamente outro serviço de assistência. Deve ser implementado um sistema de manutenção regular para cumprimento das directrizes recomendadas pelos fabricantes dos componentes de arrefecimento. Para obter mais informações, contacte a empresa responsável pela manutenção, o consultor de AVAC (Aquecimento, ventilação e ar condicionado) ou a Schneider Electric.

2 http://www.upsite.com

Auditoria na área de arrefecimento para identificação de potenciais problemas de arrefecimento em centros de dados


2. Manter o sistema de arrefecimento

http://www.upsite.com/




O espaço vertical não utilizado nas montagens em bastidor faz com que a exaustão de ar quente do equipamento entre em “curto-circuito” de volta para a entrada do equipamento. Esta reciclagem ilimitada de ar quente provoca o sobreaquecimento desnecessário do equipamento. Um manual de instalação de um servidor HP3 refere: Este conselho é frequentemente ignorado, sendo uma das causas mais importantes dos problemas de sobreaquecimento. A instalação de painéis cegos impede o ar refrigerado de contornar as entradas dos servidores e impede a reciclagem do ar quente. A Diagrama 24 mostra o efeito dos painéis cegos.

3 Manual de instalação do servidor Proliant DL360 de 3ª geração da HP, http://www.hp.com 4 Experiência laboratorial – Aplicação técnica 44, Melhoria do desempenho de bastidores através

de painéis cegos

3. Instalar painéis de obturação e implementar um sistema de gestão de cabos

ATENÇÃO: Utilize sempre painéis cegos para preencher todos os espaços em U vazios no painel frontal do bastidor. Esta disposição assegura uma circulação de ar adequada. Se utilizar um bastidor sem painéis , pode dar origem a uma refrigeração inadequada que pode provocar danos térmicos.

90°F (32°C) Lado Lado

Painel Cego

80°F (27°C)

83°F (28°C)72°F (22°C)

70°F (21°C)

95°F (35°C)

Temperaturade Entradado Servidor

79°F (26°C)73°F (23°C)

73°F (23°C)72°F (22°C)

70°F (21°C)

73°F (23°C)

Temperaturade Entradado Servidor

Diagrama 2 Efeito da instalação de painéis cegos na temperatura da entrada de ar dos servidores 2A. (esquerda) Sem painéis cegos 2B. (direita) Com painéis cegos

http://www.hp.com/



O fluxo de ar no interior do bastidor também é afectado pela disposição desorganizada da cablagem. Com a progressiva instalação de equipamento de TI num único bastidor, surgem novos problemas com a gestão da cablagem. A Diagrama 3 ilustra o modo como uma cablagem desorganizada pode limitar a saída de ar do equipamento de TI. A cablagem desnecessária ou não utilizada deve ser removida. Os cabos de dados devem ser cortados com o comprimento certo e os painéis de ligação utilizados sempre que for apropriado. A alimentação do equipamento deve ser assegurada por PDUs (Power Distribution Unit - Unidade de distribuição de energia) montadas em bastidores através de cabos cortados com o comprimento correcto. Pode encontrar mais informações sobre os acessórios para bastidores destinados a resolver problemas de cablagem no Web site da APC.

Diagrama 3 Exemplo de cablagem desorganizada

Melhoria do desempenho de bastidores através de painéis de obturação


http://www.apc.com/




No caso dos centros de dados com um piso elevado, a sub-base é utilizada como sistema de refrigeração em sobrepressão, ou conduta, de forma a fornecer uma passagem para o ar refrigerado entre os aparelhos CRAC e os ladrilhos ventilados do chão (ladrilhos perfurados ou grelhas de ventilação do chão), situados na parte da frente dos bastidores. Geralmente, esta sub-base permite veicular outros serviços como, por exemplo, corrente, tubagens de arrefecimento, cablagem de rede e, em alguns casos, sistemas de extinção e detecção de incêndios e/ou água. Durante a fase de concepção do centro de dados, os técnicos especificam uma profundidade do chão suficiente para fornecer ar aos ladrilhos ventilados com o caudal necessário. Se adicionar bastidores e servidores posteriormente, terá de instalar mais cabos de alimentação e de rede. Muitas vezes, quando se desloca ou substitui servidores e bastidores, a cablagem antiga é abandonada por baixo do chão. Este facto é especialmente verdade nos casos de alojamentos Web e de servidores (Hosting & Housing) com elevados níveis de mobilidade dos clientes. Os dispositivos de melhoria da distribuição de ar, tais como o dispositivo mostrado na Diagrama 12 podem aliviar o problema do fluxo de ar limitado. A cablagem suspensa pode evitar que este problema nem sequer ocorra. Se a cablagem passar por baixo do chão, tem de ser deixado espaço suficiente para permitir o fluxo de ar necessário para um arrefecimento correcto. Idealmente, os caminhos de cabos na sub-base devem passar num “nível superior” por baixo do chão de modo a manter o nível inferior livre para agir como sistema de refrigeração em sobrepressão.

Os ladrilhos que faltam no chão devem ser colocados de novo de modo a não haver mais espaços livres. Os roços feitos no chão para os cabos provocam a maioria das fugas de ar indesejadas e devem ser vedados à volta dos cabos utilizando ilhós (Diagrama 4). Os ladrilhos com roços não utilizados devem ser substituídos por ladrilhos inteiros. Os ladrilhos junto a bastidores vazios ou em falta também devem ser substituídos por ladrilhos inteiros.

4. Remover bloqueios da sub-base e vedar o chão

> Vedar os roços para a cablagem Os roços feitos para os cabos num ambiente de chão falso provocam a maioria das fugas de ar indesejadas e devem ser vedados. Baseado nas medidas efectuadas em vários centros de dados, 50 a 80% do tão importante ar condicionado não chega à entrada de ar do equipamento de TI devido à existência destas aberturas no chão que não se encontram vedadas. O ar perdido, conhecido como fluxo de ar desviado, contribui para a existência de pontos quentes no equipamento de TI, ineficiências de arrefecimento e aumento de custos com a infra-estrutura. Muitos centros de dados acreditam que o seu problema está numa capacidade de arrefecimento inadequada e respondem ao sobreaquecimento instalando unidades de arrefecimento adicionais. Uma alternativa para minimizar o custo da capacidade de arrefecimento adicional é vedar os roços destinados à cablagem. A instalação de ilhós no chão falso aumenta a pressão estática por baixo de um chão falso. O fluxo de ar frio através de ladrilhos perfurados e grelhas no chão pode igualmente ser melhorado. Os centros de dados podem agora optimizar a eficácia da infra-estrutura de arrefecimento existente e gerir as crescentes cargas de calor.

Diagrama 4 Ilhós para roços de cablagem



Quando os bastidores de alta densidade se encontram agrupados, a maioria dos sistemas de arrefecimento torna-se ineficiente. Se repartir estes bastidores pela área total do chão, reduz as probabilidades de ocorrência deste problema. O exemplo seguinte ilustra a eficácia desta estratégia. Características de concepção do centro de dados: Área do chão falso: 5000 pés ² (465 m²) Profundidade do chão falso: 30 polegadas (762 mm) Carga da UPS: 560 kW Superfície média do bastidor: 1250 pés ² (116 m²) Quantidade de bastidores: 200 Densidade de potência média do centro de dados: 112 watts / pés ² (1204 watts / m²) Densidade de potência média por bastidor: 2800 watts Deixando espaço para as alas e para os aparelhos CRAC e supondo que os bastidores ocupam um quarto da superfície do piso do centro de dados, a densidade média por bastidor seria de 2,8 kW. Com uma profundidade de chão falso de 30 polegadas (762 mm) e deixando espaço para a cablagem de alimentação e de dados necessária na sub-base, características de fluxos de ar de CRAC, etc., a capacidade máxima de arrefecimento não deve exceder os 3 kW por bastidor a não ser que utilize dispositivos adicionais com ventoinhas. Na Diagrama 5, supomos que cinco dos 200 bastidores são de alta densidade e que estão reunidos numa fila. Supondo que cada um dos cinco bastidores de alta densidade tem uma carga de 10 kW e que os restantes 195 têm uma carga de 2,6 kW, a média global por bastidor seria de 2,8 kW por bastidor, abaixo do limite de arrefecimento teórico. No entanto, a carga média para a fila de alta densidade seria de 10 kW por bastidor, carga que a infra-estrutura de arrefecimento seria incapaz de suportar a não ser que se adoptassem soluções autónomas ou “de limpeza” (consulte as soluções 9 e 10 deste documento).

Diagrama 5 Centro de dados com todos os bastidores de alta densidade reunidos

5. Separar os bastidores de alta densidade

= bastidor com 10 kW, os outros com 2,6 kW



Uma solução alternativa será repartir os bastidores de alta densidade de modo a manter as médias de arrefecimento, como se mostra na Diagrama 6. O motivo fundamental pelo qual é eficaz repartir as cargas de alta densidade deve-se ao facto de os bastidores de alta potência isolados poderem “pedir emprestada” a capacidade de arrefecimento subaproveitada aos bastidores circundantes. No entanto, isto não pode funcionar se os bastidores circundantes já estiverem a utilizar toda a capacidade disponível. Com poucas excepções, a maioria dos servidores montados em bastidor são concebidos de forma a aspirar ar na parte da frente e a esvaziá-lo pela parte de trás. A Diagrama 7 ilustra uma sala com todas as filas alinhadas na mesma direcção. Utilizando esta configuração, o ar quente da fila 1 é esvaziado para a ala adjacente, onde se mistura com o ar insuflado ou interior, entrando em seguida na parte da frente dos bastidores situados na fila 2. À medida que o ar circula através de cada fila consecutiva, os servidores são sujeitos à entrada de ar mais quente. Se todas as filas estiverem dispostas com as entradas de ar viradas para a mesma direcção, como aqui ilustrado, o mau funcionamento do equipamento é inevitável. Este efeito ocorre tanto em ambientes com chão falso como em ambientes com pavimento de pedra. O procedimento recomendado é a configuração do equipamento em alas “quentes” e “frias” alternadas, tal como indicado na Diagrama 8. As alas frias contêm os ladrilhos ventilados do chão e os bastidores são dispostos de modo a que todas as frentes dos servidores (entradas de ar) estejam viradas para uma ala fria. As saídas de ar quente são efectuadas para a ala quente, que não contém ladrilhos ventilados do chão.

6. Configurar as alas quentes/ alas frias

Diagrama 6 Centro de dados com os bastidores de alta densidade distribuídos

Fila 4 Fila 3 Fila 2 Fila 1

Diagrama 7 Disposição dos bastidores sem separação das alas quentes ou frias

= bastidor com 10 kW, os outros com 2,6 kW



CRAC

CR

AC

CRAC

ALA

FRIA

ALA

QU

ENTE

ALA

FRIA

ALA

QU

ENTE

ALA

FRIA

CR

AC

Esta disposição em alas quentes/frias aplica-se igualmente a ambientes com pavimento de pedra. Consulte a Aplicação técnica 55, Arquitecturas de distribuição do ar para instalações cruciais. Os aparelhos CRAC têm de estar alinhados com as alas quentes para optimizar a eficiência de arrefecimento. A Diagrama 9 mostra a disposição típica de uma sala onde os aparelhos

CRAC foram colocados uniformemente à volta do perímetro da sala para apoiar a disposição em alas quentes/alas frias. Neste exemplo, os aparelhos CRAC colocados ao longo das paredes laterais estão demasiado perto da ala fria, fazendo com que o fluxo de ar contorne as grelhas de ventilação do chão nessa ala. Estes aparelhos CRAC ficariam melhor posicionados ao longo das paredes superior e inferior, melhorando o fluxo de ar ao longo das alas. Na Diagrama 10 os aparelhos CRAC foram deslocados para as paredes superior e inferior e estão agora alinhados com as alas quentes. O senso-comum apontaria para a colocação dos aparelhos CRAC nas alas frias, de modo a gerar um fluxo de ar até às grelhas de ventilação do chão. No entanto, a análise de CFD (computational fluid dynamics - dinâmica dos fluidos computacional) demonstrou que o ar quente das alas quentes atravessa os bastidores até à ala fria quando volta para os aparelhos CRAC, provocando uma mistura de ar quente e frio que aumenta a temperatura do ar insuflado na parte da frente dos bastidores.

Resumindo, com um sistema de arrefecimento com chão falso, é mais importante alinhar os aparelhos CRAC com o caminho de retorno do ar (alas quentes) do que com o caminho de fornecimento de ar da sub-área (alas frias).

Arquitecturas de distribuição de ar para instalações cruciais


Fila 4 Fila 3 Fila 2 Fila 1

Diagrama 8 Disposição dos bastidores em alas quentes/alas frias

7. Alinhar as CRACs com as alas quentes

CRAC CRAC

CRAC CRAC

ALA

FR

IA

ALA

QU

EN

TE

ALA

FR

IA

ALA

QU

EN

TE

ALA

FR

IA

Diagrama 9 CRAC típico

Diagrama 10 CRACs alinhados com as alas




O fluxo de ar nos bastidores e a disposição destes últimos são elementos chave para maximizar o desempenho de arrefecimento. No entanto, a localização inadequada das grelhas de ventilação no chão pode provocar a mistura do ar de arrefecimento com a saída de ar quente antes de atingir o equipamento de carga, aumentando os problemas de desempenho e custos anteriormente descritos. As grelhas de ventilação de ar insuflado ou recirculado mal localizadas são muito comuns e podem anular quase todas as vantagens de uma disposição em alas quentes/alas frias. A solução para as grelhas de ventilação de ar insuflado consiste em colocá-las o mais perto possível das entradas de ar do equipamento, o que maximiza a conservação do ar frio nas alas frias. No caso da distribuição de ar através da sub-base, isto significa a existência de ladrilhos ventilados apenas nas alas frias. A distribuição suspensa pode ser tão eficiente quanto uma distribuição através da sub-base mas, mais uma vez, a solução consiste em posicionar as grelhas de ventilação apenas sobre as alas frias e de forma a que as grelhas encaminhem o fluxo de ar directamente para baixo, para a ala fria (e não na lateral com uma grelha difusora). Tanto nos sistemas suspensos como nos sistemas de sub-base, todas as grelhas de ventilação existentes em locais em que o equipamento não esteja operacional devem ser tapadas dado que estas fontes acabam por recircular o ar para o aparelho CRAC a temperaturas inferiores, o que aumenta a desumidificação e diminui o desempenho do CRAC. As grelhas de ventilação do chão situadas demasiado próximo dos aparelhos CRAC produzem uma pressão negativa, fazendo com que o ar da sala seja recirculado novamente para debaixo do chão, tal como mostrado na Diagrama 11. Um simples dispositivo de medida da velocidade do ar pode ser utilizado para determinar as localizações dos ladrilhos de ventilação que asseguram a pressão estática correcta. Nota: A orientação dos bastidores pode diferir em alguns centros de dados. O exemplo mostrado acima é diferente do anteriormente ilustrado na Diagrama 10, mas foi incluído para demonstrar o padrão de fluxo de ar acima descrito. A solução para as grelhas de ventilação do ar recirculado consiste em colocá-las o mais perto possível das saídas de ar do equipamento, para maximizar a recolha de ar quente das alas quentes. Em alguns casos, utiliza-se um sistema de refrigeração em sobrepressão suspenso no tecto para recolher o ar quente, o que facilita o alinhamento das grelhas de ventilação do ar recirculado com as alas quentes. Quando se tem um tecto alto e aberto, a melhor estratégia consiste em localizar as saídas de ar recirculado do aparelho CRAC o mais alto possível no tecto e, onde for possível, repartir o ar recirculado utilizando condutas na tentativa de alinhar as saídas de ar recirculado com as alas quentes. Um sistema de refrigeração em sobrepressão imperfeito com apenas algumas grelhas de ventilação do ar recirculado incorrectamente alinhadas com as alas quentes é mesmo assim preferível a uma recirculação do ar em massa na parte lateral da sala. Para salas menores sem chão falso nem condutas, os aparelhos CRAC com fluxo de ar ascendente ou descendente encontram-se geralmente colocados num canto ou ao longo de uma parede. Nestes casos, pode ser difícil alinhar as saídas de ar frio com as alas frias

8. Gerir grelhas de ventilação do chão

Diagrama 11 Movimento de ar relativo em sistemas de alta velocidade colocados por baixo do chão

Armário de bastidores CRAC ou

CRAH



e o ar quente recirculado com as alas quentes. Nestas situações o desempenho pode ficar afectado. No entanto, é possível melhorar o desempenho destes sistemas da seguinte forma: • No caso dos aparelhos com fluxo de ar ascendente, posicione o aparelho junto

à extremidade de uma ala quente e acrescente condutas para transportar o ar frio para pontos sobre as alas frias, o mais longe possível do aparelho CRAC.

• No caso dos aparelhos com fluxo de ar descendente, posicione o aparelho na extremidade de uma ala fria orientado de modo a insuflar ar para a ala fria e acrescente um sistema de refrigeração do ar recirculado no tecto ou suspenda condutas com grelhas de ventilação de ar recirculado por cima das alas quentes.

Um estudo sobre pontos de fornecimento e recirculação incorrectamente posicionados revela uma das causas originais mais importantes: a inclinação do pessoal de que algumas alas são quentes e outras frias; o pessoal assume que isto não pode acontecer e tenta resolver a situação, deslocando as grelhas de ventilação de ar frio para as alas quentes e as saídas de ar quente recirculado para as alas frias. O verdadeiro objectivo que um centro de dados bem concebido tenta alcançar, a separação do ar quente e frio, é assumido como um defeito pelo pessoal que resolve misturar o ar, afectando o desempenho e aumentando os custos do sistema. É suposto as alas quentes estarem quentes. Nos casos em que a capacidade de arrefecimento média global é adequada, mas em que foram criados pontos quentes devido à utilização de bastidores de alta densidade, é possível aumentar as cargas de arrefecimento nos bastidores colocando dispositivos com ventoinhas, que melhoram o fluxo de ar e podem aumentar a capacidade de arrefecimento entre 3 kW e 8 kW por bastidor. Dispositivos como, por exemplo, a ADU (Air Distribution Unit - Unidade de distribuição de ar) “roubam” efectivamente o ar dos bastidores adjacentes (Diagrama 12). Como com todos os dispositivos de limpeza do ar, tem de ter cuidado quando posicionar o dispositivo de forma a que o ar retirado do espaço contíguo não sobreaqueça os bastidores circundantes. Estes dispositivos devem ser alimentados através de UPS para evitar o encerramento térmico do equipamento durante os cortes de energia. Em ambientes de alta densidade, a sobrecarga térmica pode ocorrer durante o tempo que o gerador alternativo de segurança leva a arrancar.

9. Instalar dispositivos com fluxo de ar adicional



Os dispositivos com ventoinha como, por exemplo, as unidades de distribuição de ar (ADU), encaixam nos espaços inferiores em U do bastidor e direccionam o fluxo de ar na vertical para criar uma "cortina" de ar frio entre a porta da frente e os servidores. Tem de utilizar painéis de obturação (consulte a solução 3 deste documento) para garantir a integridade do sistema de refrigeração em sobrepressão recentemente criado.

No caso de densidades mais altas, é possível retirar a porta de trás do armário e substituí-la por um dispositivo de deslocação de ar como, por exemplo, uma unidade de remoção de ar (ARU - Air Removal Unit). O ar quente proveniente da exaustão que habitualmente seria expelido para a ala quente é recolhido e enviado no sentido ascendente, onde é canalizado para o sistema de ar recirculado. Isto elimina a recirculação no bastidor e melhora a eficiência e a capacidade do CRAC. É obrigatório utilizar painéis de obturação e painéis laterais de bastidor com estes dispositivos.

Diagrama 12 Unidade de fornecimento de ar totalmente canalizado e com montagem em bastidor

Diagrama 13 Unidade de recirculação de ar totalmente canalizado e com montagem em bastidor



Dado que as necessidades de potência e de arrefecimento dentro de um bastidor aumentam, torna-se cada vez mais difícil fornecer um fluxo consistente de ar frio às entradas de ar de todos os servidores baseado num fluxo de ar proveniente de ladrilhos ventilados do chão (consulte a Aplicação técnica 46, Estratégias de arrefecimento para bastidores de densidade ultra elevada e servidores blade para mais informações sobre as limitações da distribuição de ar frio para aplicações de alta densidade). Uma arquitectura de arrefecimento com base em filas concentra-se na remoção de calor e elimina o problema da correcta distribuição de ar frio proveniente de ladrilhos do chão. Ao colocar o equipamento de arrefecimento na fila, o calor é capturado e neutralizado antes de se misturar com o ar da sala. Isto proporciona um arrefecimento mais previsível do equipamento de TI. A Aplicação técnica 130, Vantagens das arquitecturas de arrefecimento orientadas para filas ou para bastidores em centros de dados detalha as diferenças e as vantagens desta abordagem sobre as estratégias de arrefecimento de centros de dados tradicionais. A Diagrama 14 ilustra um exemplo desta arquitectura de arrefecimento baseada em filas.

Com o objectivo de aumentar ainda mais a eficiência e a previsibilidade de um sistema baseado em filas, podem ser adicionados sistemas de contenção baseados em bastidores ou em filas. Estes sistemas de arrefecimento de alta densidade autónomos foram concebidos de forma a serem instalados num centro de dados sem interferirem com outros bastidores ou com sistemas de arrefecimento existentes. Estes sistemas são “neutros” a nível térmico, retiram o ar quente do equipamento de TI e espalham ar frio para a sala, ou para um armário fechado.

10. Instalar uma arquitectura de arrefecimento com base em filas

Estratégias de Refrigeração para Bastidores de Densidade Ultra Elevada e Servidores Blade


Vantagens das Arquitecturas de Arrefecimento Orientadas Para Filas ou Para Bastidores


Diagrama 14 Arquitectura de arrefecimento com base em filas

Vantagens das Arquitecturas de Arrefecimento Orientadas Para Filas ou Para Bastidores em Centros de Dados





A contenção do ar quente do equipamento de TI aumenta as temperaturas do ar recirculado para os dispositivos de arrefecimento baseados em filas, aumentando a eficiência do sistema. De igual modo, elimina completamente a mistura de ar quente, aumentando a previsibilidade do sistema baseado em filas. Dois exemplos destes sistemas são ilustrados na Diagrama 15 e na Diagrama 16.

Diagrama 15 Sistema de contenção de ala quente (zona de alta densidade)

Em zonas de alta densidade, pode ser instalado um sistema de contenção de ala quente (HACS) para efectuar a contenção da ala quente. Os painéis no tecto fecham a zona superior da fila, ao passo que um conjunto de portas de extremidade são utilizadas para conter a zona final da ala quente. O ar quente dos servidores (até um máximo de 60 kW por bastidor) é esvaziado para a ala quente delimitada e aspirado através da unidade de arrefecimento para ser novamente libertado na sala à temperatura ambiente.

Num sistema de contenção de ar montado em bastidor (RACS), os sistemas de arrefecimento baseados numa ou em várias filas estão intimamente ligados ao compartimento de TI, assegurando eficácia máxima na remoção do calor e no fornecimento de ar frio ao equipamento montado no bastidor. (Até 60 kW por bastidor)

Diagrama 16 Sistema de contenção de ar montado em bastidor (suporta até dois bastidores de TI)



A instalação da tecnologia mais recente de servidores blade apresenta muitas vantagens. No entanto, estes servidores, se instalados de forma tão compacta quanta a permitida pelo respectivo tamanho, necessitam de duas a cinco vezes mais potência por bastidor do que os servidores tradicionais e geram uma dissipação térmica que pode facilmente causar encerramentos térmicos se não forem utilizadas estratégias de arrefecimento proactivas. Para evitar falhas imediatas no equipamento, abrandamentos inexplicáveis e uma redução do período de vida útil do equipamento, torna-se crítico implementar um sistema regular de ”exames médicos” para assegurar que o equipamento de arrefecimento está a funcionar dentro dos valores planeados de capacidade, eficiência e redundância. As soluções descritas neste documento ajudam a manter o centro de dados a funcionar com a máxima eficiência, de modo a suportar os processos empresariais que dependem dele e a evitar problemas futuros. As directrizes indicadas nas soluções 1-8 ajudam a manter um centro de dados típico a funcionar dentro dos respectivos limites de concepção originais. A solução 9 mostra como os dispositivos suplementares podem ser utilizados para melhorar a distribuição de ar e a solução 10 aborda uma nova arquitectura de arrefecimento escalável que pode ser implementada para responder às necessidades de aplicações de arrefecimento de alta densidade.

Conclusão

Agradecimentos especiais a Peter Hannaford pela autoria do conteúdo original deste white paper white paper.

Agradecimentos



Arquitectura de distribuição de ar para instalações cruciais White Paper 55

Auditoria na área de arrefecimento para identificação de potenciais problemas de arrefecimento em centros de dados White Paper 40

Melhoria do desempenho de bastidores através de painéis cegos White Paper 44

Estratégias de Refrigeração para Bastidores de Densidade Ultra Elevada e Servidores Blade White Paper 46

Vantagens das Arquitecturas de Arrefecimento Orientadas Para Filas ou Para Bastidores em Centros de Dados White Paper 130

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