Climatización del Data Center Departamento de Informática
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Climatización del Data Center •
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Aunque algunos espacios de apoyo para el data center, tales como como el cuarto de baterías y UPS, tienen requerimientos especiales de aire acondicionado, el foco principal en el diseño del sistema sistema de climatización del D.C. es el cuarto de computadoras. Los cuartos modernos de computadoras no están diseñados para proporcionar confort a las personas. •
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Las temperaturas, velocidades del aire y niveles de ruido a menudo exceden los niveles de confort de las personas. Los altos niveles de energía están llevando a los los D.C. Hacia niveles niveles industriales. industriales.
Operación Normal vs Pérdida de Control Ambiental •
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Las condiciones de operación normales existen cuando el sistema sistema de climatización proporciona el aire acondicionado suficiente para mantener el cuarto de computadoras dentro de las especificaciones. Los equipos de TI de alta densidad producen excesivas cantidades de calor calor ponien poniendo do en riesgo riesgo el funci funciona onamie miento nto de los los equi equipos pos.. •
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Un adecuado diseño puede enfriar correctamente gabinetes de alta densidad.
La pérdida del sistema de enfriamiento, sea por pérdida de energía o por falla de los equipos, en data centers de densidad media puede también provocar altas temperaturas en el ambiente y en la toma de aire de los equipos.
Diseño integrado El diseño apropiado del sistema de climatización del DC requiere la coordinación en el planeamiento del cableado de energía y redes y la ubicación de los equipos. • Los requerimientos de energía determinan los de climatización. • El cableado, sea superior o por debajo del piso, necesita ser hecho de modo que no restrinja el paso del aire frio o el retiro de aire caliente. • La ubicación de los equipos de TI tanto dentro de la habitación (ej. arreglo de pasillo frio caliente) como dentro del gabinete, necesitan ser realizados con la prioridad del flujo de aire frio en mente.
Diseño del Sistema de Climatización El control de las condiciones ambientales dentro de la áreas de procesamiento de datos así como las áreas de apoyo tal como la sala eléctrica, es crítico para el funcionamiento de los equipos de cómputo. El diseño del sistema de climatización debería considerar y proveer lo siguiente: • Controles para temperatura y humedad en las entradas de los equipos de cómputo. • Adecuada filtración y ventilación. • Patrones de flujo de aire para la disipación de calor dentro del cuarto • Evitar la recirculación de aire caliente. • La redundancia en los sistemas de enfriamiento para el cumplimiento de la Clasificación de clase. • Características arquitectónicas tales como barreras para vapor o humedad.
Consideraciones Generales del Sistema de Climatización. Diversos factores influyen en las necesidades de climatización del cuarto de computadoras. Entre otras tenemos: Tamaño del cuarto de cómputo. • Densidad de enfriamiento en su • totalidad: se recomienda usar la carga operativa real en lugar de la señalada en las placas. kW máximo por gabinete o módulo. • Carga total en equipos de TI dentro • del cuarto de computadoras. Número y capacidad de equipos • de climatización. Requerimiento de clase • /confiabilidad.
Consideraciones Generales del Sistema de Climatización. •
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Ubicación del cuarto en relación con los espacios de soporte mecánico y el exterior del edificio. La altura del techo. Ausencia o presencia de piso elevado. Altura del piso elevado. Necesidades de expansión futura. Personal de Mantenimiento disponible. Clima
Consideraciones Generales del Sistema de Climatización. Febrero 2014: 31.8°C
Setiembre 2013: 13.4°C
Fuente: http://www.senamhi.gob.pe/?p=0701
Consideraciones Generales del Sistema de Climatización.
Mayor esfuerzo de los Sistemas de enfriamiento Mayor consumo de energía Mayor probabilidad de corte de energía Mantenimientos Preventivos Monitoreo de los Facilities : 24 x 7 Pruebas de Contingencia completas
Metas ambientales del Cuarto de Cómputo. •
Un control preciso de la temperatura y humedad en el cuarto de cómputo puede conseguirse si se mantienen las condiciones en las entradas de aire de los equipos dentro de la siguiente guía. Temperatura de Operación Recomenda da
Cambio de Humedad Temperatur Relativa a por hora Recomenda da
Máximo Punto de Condensaci ón
ANSI/TIA942 NEBS
Recomienda ASHRAE 18~27°C
Recomiend Recomienda a ASHRAE ASHRAE 30°C 55%
Recomienda ASHRAE 28°C
ASHRAE
18~27°C
5°C
15°C
60%
Metas ambientales del Cuarto de Cómputo. (TIA 942) 6.3 Energy efficient design 6.3.1 General
Recomienda: ASHRAE, Best Practices for Datacom Facility Energy Efficiency, Second Edition (2009). ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating, and AirConditioning Engineers / Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado.- Fundada en 1894, ASHRAE es una asociación de tecnología para edificios con más de 50.000 miembros mundialmente. La asociación y sus miembros se enfocan en los sistemas de edificios, la eficiencia energética, la calidad del aire interior y la sostenibilidad dentro de la industria.
Guías de Temperatura y Mezcla de Aire Caliente/Frío. •
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Para los D.C., tanto la salida de aire caliente de los equipos, como la salida de aire frío de los CRAC´s (Computer Room Air Conditioning), se encuentran fuera de los límites recomendados por ASHRAE. Las condiciones de la salida de aire de los equipos están a menudo alrededor de 38°C y 20% H.R.. Un CRAC típico entrega aire entre 13~16°C, y cerca de 90% H.R. Para conseguir 18~27°C en la entrada de aire de los equipos, debe ocurrir una mezcla de aire en las proporciones correctas, y el aire resultante distribuida uniformemente alrededor de los servidores. Los puntos de medición de temperatura del aire en la entrada de los gabinetes deberían ser seleccionados de acuerdo con las recomendaciones de ASHRAE.
Guías de Temperatura y Mezcla de Aire Caliente/Frío.
Diferencias de Temperaturas. •
La elevación de temperatura a través de los servidores no es constante puesto que la mayoría de servidores utilizan ventiladores de velocidad variable para balancear la temperatura, pero es común 17°C.
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Los CRAC´s trabajan con una diferencia de temperatura, basada en la carga, normalmente de 8°C
Consideraciones Especiales de Diseño. •
El diseño difiere principalmente del diseño de un sistema general en que el foco principal son las condiciones en la entrada de aire de los equipos, por ejemplo, en la parte frontal de los gabinetes y racks.
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Los sensores de temperatura que están incorporados en los CRAC´s se encuentran usualmente ubicados en la entrada de aire de retorno y no representan la temperatura en la entrada de los equipos.
Se puede solicitar sensores sincronizados entre la entrada de Aire a los servidores con los CRAC’s
Sensores de Temperatura. •
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Deben ser seleccionados según las recomendaciones de ASHRAE. Los sensores de medición de temperatura deben ser calibrados regularmente. De preferencia se deben usar los sensores de temperatura de los servidores o los integrados en los PDU´s de los gabinetes.
Cálculo de la carga térmica del Cuarto de Cómputo •
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Una vez que se conocen las condiciones térmicas para el cuarto de cómputo, el siguiente paso en el diseño del sistema de climatización es el cálculo de carga térmica. Lea el calor generado en el cuarto de cómputo, asumiendo que no hay paredes ni ventanas externas, depende de la disipación térmica de sus componentes, incluyendo: • Equipos de TI • Equipos de Iluminación • Equipos de Distribución de Energía
Transformador Iluminación Equipos de TI
Cálculo de los Requerimientos de Enfriamiento de los Equipos de TI •
Los equipos de TI del cuarto de cómputo generan la mayor carga térmica al convertir prácticamente toda la potencia que consumen en calor, el cual se necesita eliminar. • •
Consumo de energía de TI = Disipación térmica de TI Si la potencia de los equipos de TI es 100kw, entonces estos 100kw necesitan considerarse como la contribución a la carga térmica de los equipos TI.
Disipación Térmica de la Iluminación Para calcular la disipación térmica del sistema de iluminación, se necesita conocer el área en mt2. • •
La disipación térmica en watts = 21.53W x m2 Si el DC es de 100 mt2, la carga térmica de iluminación será 2.15kw
Elección de la Arquitectura de Climatización •
Una vez que se conocen los requerimientos para el cuarto de cómputo, se deben tomar decisiones sobre el tipo de equipos que se usarán.
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Las arquitecturas básicas para la climatización son: • •
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Distribución por debajo del piso elevado Distribución elevada Distribución horizontal: upflow o inrow
Distribución por Debajo del Piso Elevado •
El diseño más común para la climatización de DC utiliza el piso elevado para la entrega de aire frio a través de baldosas perforadas.
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Este sistema permite flexibilidad en la entrega de aire al modificar la ubicación de la baldosa perforada.
Ventajas de la Distribución de Aire por debajo del Piso Elevado •
Ubicación flexible de los equipos
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Menos límites de ubicación a las unidades de CRAC Más compatible con drenaje del condensado No requiere ductería superior obstruyendo el camino de retorno de aire o interfiriendo con la iluminación con los cabezales de los sprinklers o el sistema de distribución de energía superior. Permite el uso de prácticamente cualquier tecnología de enfriamiento independientemente de la configuración.
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Desventajas de la Distribución de Aire por debajo del Piso Elevado •
El espacio debajo del piso elevado sirve para la distribución de aire por lo que todo el cableado debe cumplir con: • •
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Estar instalado en canastillas Ser aprobado para procesamiento de dato Ser LSZH (Low Smoke Zero Halogen)
Un mal planeamiento de los servicio bajo el piso pueden resultar en el bloqueo del aire y un pobre desempeño del enfriamiento. Un mal manejo en la apertura de los cables puede generar un menor flujo de aire en las baldosas perforadas.
Enfriamiento Bajo el Piso: Retorno del Aire •
El retorno del aire se hace normalmente a través del cuarto en ese tipo de sistemas donde los CRACs pueden tener extensiones de ductos de aire incorporados sobre ellos.
La Altura del Piso Elevado La elección del piso debería estar basada en las diferentes necesidades del flujo de aire, distribución de energía, cableado de comunicaciones y redes y distribución de tuberías de agua donde sea aplicable. •
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Alturas del piso elevado mayores a 90 cm introducen costos adicionales al sistema del piso y no mejoran significativamente la distribución del aire para densidades de potencia menores de 1350 w/m2 Para DCs con densidades de potencia de 1610 a 2150 w/m2 se debería considerar alturas de 1mt.
Especiales Consideraciones en Climatización por el Piso Elevado •
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El plenum del piso se debe mantener limpio y libre de obstrucción en los pasillos fríos. La distribución de aire frio puede no ser uniforme a lo largo del cuarto debido a la dificultad de conseguir presión de aire uniforme debajo del piso elevado. La distribución de aire frio dentro de un rack particular puede no ser parejo ya que los equipos más altos en el rack pueden estar sujetos a la recirculación de aire caliente si la altura del techo no es la suficiente.
Distribución Aérea •
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Se elige en ocasiones cuando no está disponible el piso elevado. Normalmente limita la elección del equipo de aire, permite que el aire frio sea descargado en el pasillo frío. Los ductos de aire deberían entr egar el aire sólo en el pasillo frío, no lateralmente o en los pasillos calientes.
Consideraciones Especiales de la Distribución Aérea •
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Se debe trabajar siempre con configuración de pasillo frio y caliente. Se debe prestar atención al camino de retorno de aire. Se debe dejar suficiente espacio entre el rack y el techo para asegurar un área para que el aire caliente pueda retornar hacia las tomas de aire. No es fácil de redirigir el aire cuando los equipos son reubicados. La ductería aérea debe ser coordinada de cerca con la iluminación, sprinklers y cableado de energía y red en caso que también sean aéreos. Ducterías mayores a 1.2 mt necesitan que los sprinklers se ubiquen debajo de ellas.
Distribución Aérea y Retorno de Aire •
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Una altura de al menos 3 mt entre el techo y el piso elevado permitirá un efectivo camino de retorno de aire caliente por encima de los racks y gabinetes. Para DCs con áreas de servidores de alta densidad, se recomiendan techos con alturas mayores a 3 mt.
Mejores Prácticas • •
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Los CRACs deberían soportar fuentes de doble entrada. Cada cuarto de cómputo debería tener al menos un CRAC redundante. No setear los set points por debajo o por encima de lo necesario para mantener: • • •
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Temperatura en la toma de aire del equipo entre 18 y 27° C. Humedad relativa hasta 60% Setear todos los CRACs con el mismo punto de humedad y usar una banda muerta del 5% en el set point de la humedad
En los Dcs con piso elevado, los CRACs deberían tener una base independiente de modo que no transmitan las vibraciones al sistema de piso elevado
Ubicación del CRAC Los CRACs y los ductos de aire deberían estar ubicados para mejorar el funcionamiento adecuado de los pasillos calientes y fríos. •
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Si los CRACs no están totalmente entubados tanto para el retorno de aire como para la descarga, deberían estar perpendiculares a las filas de los equipos. Los ductos de entrada de aire deberían estar ubicados en los pasillos calientes. Las baldosas perforadas o las baldosas con parrillas deberían estar ubicadas en los pasillos fríos (no se deben usar ambos tipos de baldosas a la vez) Los ductos de toma de aire caliente de los CRACs deberían estar ubicados tan altos como sean posibles en el techo y estar alineados con los pasillos calientes.
Equipos INROW Las unidades de enfriamiento pueden estar ubicadas dentro de las filas de los racks de equipos para los casos en que estos tomen aire frío por enfrente y descarguen aire caliente por atrás. •
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Estas unidades están diseñadas para tomar el aire caliente por detrás y descargar el aire frío directamente al pasillo frío frente a los gabinetes. La posibilidad de que el aire caliente y frio se mezclen es menor debido a que las unidades están cerca de la fuente de calor. No se necesita un sistema de piso elevado. Ésta configuración puede trabajar bien para densidades de carga baja a media. Aplicable en techos de baja altura. Potencia del ventilador puede ser inferior, y la capacidad y la eficiencia puede ser mayor debido a la temperatura del aire de retorno superiores a las unidades de refrigeración
Equipos INROW
Redundancia y Confiabilidad del Sistema de Climatización La redundancia de un sistema de climatización de un DC estará dado en función de la Clase esperada. • •
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La energía eléctrica debería tener un back up con generador. Los DCs con cargas de alta densidad deberían tener alguna previsión para evitar que los equipos calienten durante el encendido del generador, tales como tener ventiladores alimentados por el UPS. El sistema de control de los CRACs deberían tener alimentadores de energía del back up. La alimentación de energía a os equipos de climatización deberá igualar a la clase de confiabilidad mecánica.
Análisis Termo gráfico del Cuarto de Computadoras Analizar el distribución del piso Técnico del centro de Datos y el consumo de energía y carga de calor
90ºF= 32.22ºC
Calcular los requisitos de flujo de aire de distribución de refrigeración 75ºF= 23.89ºC Establecer un modelo CFD ( Data Center Computational Fluid Dynamics) línea de base Calibrar el modelo CFD basado en mediciones de flujo de aire y temperatura. Proponer soluciones a los problemas de refrigeración identificadas por el modelo y el campo de estudio de CFD
60ºF= 15.56ºC
