Compreender o funcionamento de um centro de dados

Compreender o funcionamento da climatização de um centro de dados

A EOLIOS é especialista na dissipação das calorias dos centros de dados.

Com o aumento da quantidade de informação e o grau de informatização dos processos de trabalho, a questão da segurança dessa informação durante o funcionamento ininterrupto dos servidores torna-se cada vez mais aguda. Uma falha neste domínio pode suspender toda a atividade da empresa e provocar perdas graves. Uma das principais condições para um funcionamento estável dos servidores é a manutenção da temperatura ótima do ar no volume das salas de servidores, obtida com sistemas baseados numa climatização de precisão.

A exploração de um centro de dados é intensiva em energia: o sistema de refrigeração consome muitas vezes tanta (ou mais) energia do que os computadores que suporta.

Neste artigo, vamos analisar algumas das tecnologias de refrigeração de centros de dados mais utilizadas, bem como as novas abordagens da simulação CFD.

Conceção de corredor frio / corredor quente

Trata-se de uma disposição dos bastidores do centro de dados que utiliza filas alternadas do tipo «corredores frios» e «corredores quentes».

À frente dos bastidores são dispostas difusões de ar frio (geralmente através de grelhas) para que os servidores aspirem o ar; os corredores quentes evacuam o calor da parte traseira dos servidores. As condutas de ventilação estão geralmente ligadas a um teto falso que capta o ar quente dos corredores quentes para ser arrefecido, sendo depois o ar arrefecido evacuado para os corredores frios, através de um pavimento sobrelevado ou de condutas.

Os bastidores de servidores vazios devem ser preenchidos com painéis de obturação, para evitar o sobreaquecimento e reduzir a quantidade de ar frio desperdiçado. Com efeito, o vazio criado pela ausência de servidores pode originar transferências de ar parasita devido às diferenças de pressão entre a zona quente e a fria; este deslocamento de ar parasita é energia perdida.

Sistema de água gelada

Esta tecnologia é a mais utilizada nos centros de dados de dimensão média a grande.

O ar no centro de dados é fornecido por sistemas de tratamento de ar, conhecidos como sistemas de tratamento de ar da sala informática (CRAH), e é utilizada água refrigerada (fornecida por um sistema de refrigeração externo à instalação) para arrefecer a temperatura do ar.

Qual a diferença entre as unidades CRAC e CRAH?

Unidades CRAC

As unidades CRAC funcionam como as unidades de ar condicionado das casas. Possuem um sistema de expansão direta e compressores integrados diretamente na unidade. Asseguram a refrigeração soprando ar sobre um permutador cheio de fluido frigorígeno; o fluido mantém o seu estado frio graças a um compressor interno, e o excesso de calor é expulso por uma mistura de glicol, água ou ar. Enquanto a maioria das unidades CRAC só fornece um caudal constante (funcionamento ligar/desligar), estão em desenvolvimento novos modelos que permitem variações de caudal de ar.

Existem diferentes formas de posicionar as unidades CRAC, mas geralmente são instaladas em posição oposta aos corredores quentes de um centro de dados. Aí, libertam ar arrefecido através das perfurações do pavimento sobrelevado (grelhas ou perfurações das lajes de pavimento), arrefecendo os servidores informáticos.

Unidades CRAH

As unidades CRAH funcionam como unidades de tratamento de ar a água gelada instaladas na maioria dos edifícios de escritórios. Asseguram a refrigeração soprando ar sobre um permutador cheio de água gelada. A água refrigerada é geralmente fornecida por «grupos produtores de água gelada» — também conhecidos como central de água gelada. As unidades CRAH podem regular a velocidade do ventilador para manter uma pressão estática definida, garantindo que os níveis de humidade e a temperatura permanecem estáveis.

A produção de água gelada pode ser realizada por expansão direta ou por DRY coolers do tipo arrefecimento adiabático, muito mais económicos em energia.

Qual a temperatura ótima de um centro de dados?

As salas de servidores contêm uma mistura de ar quente e frio: os ventiladores do servidor expulsam o ar quente durante o funcionamento, enquanto o ar condicionado traz ar fresco para contrariar o ar de exaustão quente. Manter o bom equilíbrio entre ar quente e ar frio sempre foi primordial para a disponibilidade dos centros de dados. Se um centro aquece demasiado, o equipamento corre um risco de avaria mais elevado — provocando paragens, perda de dados e perda de receita.

Nos anos 2000, a gama de temperatura recomendada era de 20 a 24 °C: a gama aconselhada pela ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) como ótima para uma disponibilidade e uma vida útil máximas do material, com um espaço tampão suficiente em caso de avaria do ar condicionado.

Desde 2005, surgiram novas normas e melhores equipamentos, com tolerâncias melhoradas para gamas mais elevadas: a ASHRAE recomenda agora uma gama de funcionamento aceitável de 18 a 27 °C.

A subida das temperaturas na entrada do servidor torna também o uso do free cooling ou do free chilling (utilizar o ar exterior para soprar ar fresco na sala ou arrefecer a água, em vez do grupo de produção de água gelada) muito mais interessante, nomeadamente em regiões temperadas como Portugal. Com consignas de 25 °C na sala em vez de 15 °C, os períodos durante os quais o free cooling pode ser utilizado sem ativar o ar condicionado alargam-se consideravelmente — o que gera importantes poupanças de energia e melhora o PUE (Power Usage Effectiveness). O mesmo acontece com o free chilling, utilizável mais frequentemente para arrefecer os circuitos de água (consigna a 15 °C em vez de 7 °C).

As problemáticas de uma temperatura de consigna demasiado elevada

Infelizmente, temperaturas de funcionamento mais elevadas podem reduzir o tempo de reação em caso de aumento rápido devido a uma avaria da unidade de refrigeração. Um centro cujos servidores funcionam a temperaturas mais elevadas arrisca-se a sofrer instantaneamente avarias de material simultâneas. As recentes regulamentações ASHRAE sublinham a importância de uma vigilância proativa da temperatura no interior das salas de servidores.

O que acontece se ficar demasiado quente?

Quando a temperatura no interior do centro sobe demasiado, o equipamento pode facilmente sobreaquecer, o que pode danificar os servidores. Os dados poderiam ser perdidos, causando problemas graves às empresas que confiam nos serviços do centro de dados. É por isso que todos os centros devem dispor de sistemas de refrigeração que permitam ultrapassar um período de crise ou de manutenção.

O que acontece em caso de avaria dos sistemas de climatização?

Em função da densidade de potência instalada, o aumento das temperaturas do ar no interior da sala de servidores pode ser extremamente rápido. Observamos geralmente, nas simulações de falha do tipo corte de energia, uma subida da ordem de 1 °C por minuto. Daí resulta um risco importante de degradação do material e de perdas de dados se os sistemas de redundância e de segurança não estiverem corretamente dimensionados. Além disso, o tempo de rearranque e de ativação em plena potência dos compressores é um desafio para as salas mais exigentes. Para retardar os efeitos, existem sistemas de inércia que permitem armazenar energia calorífica alguns minutos a fim de suavizar a curva de subida em temperatura.

Porquê realizar 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 da carga térmica dos equipamentos informáticos. Graças a estas informações, o pessoal informático e o pessoal do site podem otimizar a eficiência do fluxo de ar e maximizar a capacidade de refrigeração.