Capire come funziona un Data Centre
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Capire come funziona il condizionamento dei data center
Con l’aumento della quantità di informazioni e del grado di informatizzazione dei processi di lavoro, la questione della sicurezza di queste informazioni durante il funzionamento ininterrotto dei server sta diventando sempre più pressante. Un guasto in questo settore può sospendere tutte le attività dell’azienda e causare gravi perdite. Una delle condizioni principali per un funzionamento stabile dei server è il mantenimento della temperatura ottimale dell’aria nelle sale server, che si ottiene utilizzando sistemi speciali basati su impianti di condizionamento di precisione.
Il funzionamento di un data center è ad alta intensità energetica e il sistema di raffreddamento spesso consuma tanta (o più) energia dei computer che supporta.
In questo articolo analizziamo alcune delle tecnologie di raffreddamento dei data center più utilizzate e inuovi approcci alla simulazione CFD.
Progettazione di corridoi freddi / corridoi caldi
Questa è la disposizione dei rack di un centro dati, che utilizza file alternate di “corridoi freddi” e “corridoi caldi”.
Davanti ai rack ci sono diffusori di aria fredda (di solito tramite griglie) che permettono ai server di aspirare l’aria, mentre i corridoi caldi rimuovono il calore da dietro i server. I condotti di ventilazione sono solitamente collegati a un controsoffitto che preleva l’aria calda dai “corridoi caldi” per raffreddarla, e poi l’aria raffreddata viene espulsa nei “corridoi freddi”, attraverso un controsoffitto o dei condotti (si vedano alcuni progetti sciolti).
I rack server vuoti dovrebbero essere riempiti con pannelli di copertura per evitare il surriscaldamento e ridurre la quantità di aria fredda sprecata. Infatti, il vuoto creato dall’assenza di server può portare a trasferimenti d’aria parassiti date le differenze di pressione tra le zone calde e fredde. Questo movimento di aria vagante è energia sprecata.
Sistema ad acqua refrigerata
Questa tecnologia è più comunemente utilizzata nei data center di medie e grandi dimensioni.
L’aria all’interno del data center è fornita da sistemi di trattamento dell’aria, noti come sistemi di trattamento dell’aria per sale computer (CRAH), e l’acqua refrigerata (fornita da un sistema di raffreddamento esterno alla struttura) viene utilizzata per raffreddare la temperatura dell’aria.
Qual è la differenza tra le unità CRAC e CRAH?
Unità CRAC
- Usa un refrigerante
- Richiede un compressore
Le unità CRAC funzionano come le unità di condizionamento dell’aria domestica . Hanno un sistema di espansione diretta e compressori integrati direttamente nell’unità. Il raffreddamento si ottiene soffiando l’aria su uno scambiatore riempito di refrigerante. Il refrigerante viene mantenuto freddo da un compressore all’interno dell’unità. Il calore in eccesso viene quindi espulso da una miscela di glicole, acqua o aria. Mentre la maggior parte delle unità CRAC fornisce generalmente un volume costante e modula solo il funzionamento on/off, si stanno sviluppando nuovi modelli che consentono variazioni del flusso d’aria.
Le unità CRAC possono essere posizionate in diversi modi, ma di solito vengono installatedi fronte ai corridoi caldi di un data center. Lì, attraverso le perforazioni del pavimento rialzato (griglie, o perforazioni delle piastrelle del pavimento), rilasciano aria raffreddata che raffredda i server dei computer.
Unità CRAH
- Usa acqua refrigerata
- Avere una valvola di controllo
Le unità CRAH funzionano come unità di trattamento dell’aria ad acqua refrigerata installate nella maggior parte degli edifici per uffici. Forniscono il raffreddamento soffiando l’aria su uno scambiatore riempito di acqua refrigerata. L’acqua refrigerata viene solitamente fornita da “refrigeratori d’acqua”, altrimenti noti come impianti di refrigerazione. Le unità CRAH sono in grado di regolare la velocità del ventilatore per mantenere una pressione statica impostata, assicurando che i livelli di umidità e la temperatura rimangano stabili.
L’acqua refrigerata può essere prodotta tramite espansione diretta o tramite sistemi di raffreddamento adiabatico DRY, che sono molto più efficienti dal punto di vista energetico.
Qual è la temperatura ottimale per un data center?
Le sale server e i data center contengono una miscela di aria calda e fredda: le ventole dei server espellono aria calda durante il funzionamento, mentre l’aria condizionata e altri sistemi di raffreddamento forniscono aria fredda per contrastare l’aria calda in uscita. Il mantenimento del giusto equilibrio tra aria calda e fredda è sempre stato fondamentale per mantenere la disponibilità dei data center. Se un data center si riscalda troppo, le apparecchiature sono più esposte al rischio di guasti. Questo guasto spesso comporta tempi di inattività, perdita di dati e di fatturato.
Negli anni 2000, l’intervallo di temperatura consigliato per il data center era compreso tra 20 e 24°C . Questo è l’intervallo raccomandato dall’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) come ottimale per la massima disponibilità e durata delle apparecchiature. Questa gamma ha permesso un migliore utilizzo e ha fornito uno spazio sufficiente in caso di guasto dell’aria condizionata.
Dal 2005 sono diventati disponibili nuovi standard e attrezzature migliori, così come tolleranze migliorate per intervalli di temperatura più elevati. ASHRAE ha attualmente raccomandato un intervallo di temperatura operativo accettabile compreso tra 18° e 27°C.
L’aumento delle temperature di ingresso dei server rende molto più interessante l’uso del free cooling o free chilling (sistemi che utilizzano l’aria esterna per soffiare aria fresca nella stanza o raffreddare l’acqua al posto del refrigeratore), in particolare nelle regioni temperate come la Francia. Infatti, con setpoint di temperatura ambiente di 25°C, anziché 15°C, i periodi dell’anno durante i quali è possibile utilizzare il free cooling, senza attivare la climatizzazione, sono notevolmente più lunghi. Ciò genera un notevole risparmio energetico e un miglioramento del PUE (Power Usage Effectiveness). Lo stesso vale per il free chilling, che può essere utilizzato più frequentemente durante tutto l’anno, per raffreddare i circuiti dell’acqua, i setpoint di temperatura sono ora impostati a 15°C invece dei 7°C per l’acqua.
Quali sono i problemi legati a una temperatura troppo alta in un data center?
Purtroppo, temperature di esercizio più elevate possono ridurre il tempo di risposta in caso di rapido aumento della temperatura dovuto a un guasto dell’unità di raffreddamento. Un data center contenente server che operano a temperature più elevate è a rischio di guasti hardware simultanei istantanei. Le recenti normative ASHRAE sottolineano l’importanza di monitorare in modo proattivo la temperatura ambientale all’interno delle sale server.
Cosa succede se si scalda troppo?
Quando la temperatura all’interno del data centre sale troppo, le apparecchiature possono facilmente surriscaldarsi. Questo può danneggiare i server. I dati potrebbero andare persi , causando gravi problemi alle aziende che fanno affidamento sui servizi di data center. Per questo motivo, tutti i data center devono disporre di sistemi di raffreddamento in grado di resistere a periodi di crisi o di manutenzione.
Cosa succede se i sistemi di condizionamento dell'aria si rompono?
A seconda della densità di potenza installata, l’aumento della temperatura dell’aria all’interno della sala server può essere estremamente rapido. Nelle simulazioni di interruzione dell’alimentazione, in genere si osserva un aumento della temperatura dell’ordine di 1°C al minuto. Ciò comporta un rischio significativo di degrado dell’hardware e di perdita di dati se i sistemi di ridondanza e di sicurezza non sono dimensionati correttamente. D’altra parte, il tempo di riavvio e l’attivazione a piena potenza dei compressori dei sistemi di climatizzazione rappresentano una sfida per le sale più esigenti. Per ritardare gli effetti dell’aumento della temperatura, esistono sistemi di inerzia che immagazzinano energia termica per alcuni minuti, in modo da smussare la curva di aumento della temperatura.
Perché effettuare una simulazione CFD di un data center?
La simulazione CFD fornisce informazioni sulla relazione tra il funzionamento dei sistemi meccanici e le variazioni del carico termico delle apparecchiature informatiche. Grazie a queste informazioni, il personale IT e di sede può ottimizzare l’efficienza del flusso d’aria e massimizzare la capacità di raffreddamento.
