Scopri come funziona un data center

Capire il funzionamento della climatizzazione di un data center

EOLIOS è esperta nella dissipazione del calore per i 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 diventa sempre più cruciale. Un guasto in questo ambito può sospendere tutte le attività dell'azienda e comportare gravi perdite. Una delle condizioni principali per un funzionamento stabile dei server è il mantenimento della temperatura ottimale dell'aria nel volume delle sale server, ottenuto mediante sistemi basati su una climatizzazione di precisione.

La gestione di un data center è energivora: il sistema di raffreddamento consuma spesso tanta (o più) energia quanto i computer che serve.

In questo articolo esamineremo alcune delle tecnologie di raffreddamento dei data center più comunemente utilizzate, nonché i nuovi approcci della simulazione CFD.

Progettazione di corridoio freddo / corridoio caldo

Si tratta di una disposizione dei rack del data center che utilizza file alternate di tipo « corridoi freddi » e « corridoi caldi ».

Davanti ai rack sono disposte diffusioni di aria fredda (generalmente tramite griglie) affinché i server aspirino l'aria; i corridoi caldi evacuano il calore dal retro dei server. I condotti di ventilazione sono generalmente collegati a un controsoffitto che preleva l'aria calda dai corridoi caldi per raffreddarla, quindi l'aria raffreddata viene immessa nei corridoi freddi, tramite un pavimento sopraelevato o dei condotti.

I rack server vuoti devono essere riempiti con pannelli di chiusura, per evitare il surriscaldamento e ridurre la quantità di aria fredda sprecata. Infatti, il vuoto creato dall'assenza di server può comportare trasferimenti d'aria parassiti vista la differenza di pressione tra zona calda e fredda; questo movimento d'aria parassita è energia persa.

Sistema ad acqua refrigerata

Questa tecnologia è la più comunemente utilizzata nei data center di dimensioni medio-grandi.

L'aria nel data center viene immessa da sistemi di trattamento dell'aria, noti come sistemi di trattamento dell'aria della sala informatica (CRAH), e l'acqua refrigerata (fornita da un sistema di raffreddamento esterno all'impianto) viene utilizzata per abbassare la temperatura dell'aria.

Qual è la differenza tra le unità CRAC e CRAH?

Unità CRAC

Le unità CRAC funzionano come i condizionatori delle abitazioni. Hanno un sistema a espansione diretta e compressori integrati direttamente nell'unità. Assicurano il raffreddamento soffiando aria su uno scambiatore riempito di refrigerante; il refrigerante mantiene il suo stato freddo grazie a un compressore interno, e il calore in eccesso viene espulso tramite una miscela di glicole, acqua o aria. Mentre la maggior parte delle unità CRAC fornisce solo un volume costante (funzionamento on/off), sono in fase di sviluppo nuovi modelli che consentono variazioni del flusso d'aria.

Esistono diversi modi di posizionare le unità CRAC, ma generalmente sono installate in posizione opposta ai corridoi caldi di un data center. Lì, rilasciano aria raffreddata attraverso le perforazioni del pavimento sopraelevato (griglie o perforazioni delle piastre del pavimento), raffreddando i server informatici.

Unità CRAH

Le unità CRAH funzionano come unità di trattamento dell'aria ad acqua refrigerata installate nella maggior parte degli edifici per uffici. Assicurano il raffreddamento soffiando aria su uno scambiatore riempito di acqua refrigerata. L'acqua refrigerata è generalmente fornita da «'+nb+'gruppi refrigeratori d'acqua'+nb+'» — altrimenti noti come centrale di acqua refrigerata. Le unità CRAH possono regolare la velocità del ventilatore per mantenere una pressione statica definita, garantendo che i livelli di umidità e la temperatura restino stabili.

La produzione di acqua refrigerata può essere realizzata per espansione diretta o tramite dry cooler di tipo raffrescamento adiabatico, molto più efficienti dal punto di vista energetico.

Qual è la temperatura ottimale di un data center?

Le sale server contengono una miscela di aria calda e fredda: i ventilatori del server espellono l'aria calda durante il funzionamento, mentre la climatizzazione apporta aria fresca per contrastare l'aria di scarico calda. Il mantenimento del giusto equilibrio tra aria calda e aria fredda è sempre stato fondamentale per la disponibilità dei data center. Se un data center diventa troppo caldo, le apparecchiature corrono un rischio di guasto più elevato — con conseguenti tempi di inattività, perdita di dati e perdita di ricavi.

Negli anni 2000, l'intervallo di temperatura consigliato era di 20-24 °C: la gamma raccomandata dall'ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) come ottimale per una disponibilità e una durata di vita massime dell'hardware, con un margine di sicurezza sufficiente in caso di guasto della climatizzazione.

Dal 2005 sono comparsi nuovi standard e apparecchiature migliori, con tolleranze migliorate per intervalli più elevati: l'ASHRAE raccomanda ora un intervallo di funzionamento accettabile di 18-27 °C.

L'aumento delle temperature in ingresso al server rende anche l'uso del free cooling o del free chilling (utilizzare l'aria esterna per immettere aria fresca in sala o raffreddare l'acqua, al posto del gruppo di produzione di acqua refrigerata) molto più interessante, in particolare in regioni temperate come la Francia. Con set point di 25 °C in sala invece di 15 °C, i periodi durante i quali il free cooling può essere utilizzato senza attivare la climatizzazione si allungano notevolmente — il che genera importanti risparmi energetici e migliora il PUE (Power Usage Effectiveness). Lo stesso vale per il free chilling, utilizzabile più frequentemente per raffreddare i circuiti d'acqua (set point a 15 °C invece di 7 °C).

Le problematiche di un set point di temperatura troppo elevato

Purtroppo, temperature di funzionamento più elevate possono ridurre il tempo di reazione in caso di aumento rapido dovuto a un guasto dell'unità di raffreddamento. Un data center i cui server funzionano a temperature più elevate rischia di subire istantaneamente guasti hardware simultanei. Le recenti normative ASHRAE sottolineano l'importanza di un monitoraggio proattivo della temperatura all'interno delle sale server.

Cosa succede se fa troppo caldo?

Quando la temperatura all'interno del data center aumenta troppo, le apparecchiature possono facilmente surriscaldarsi, il che può danneggiare i server. I dati potrebbero andare persi, causando gravi problemi alle aziende che si affidano ai servizi del data center. Per questo tutti i data center devono disporre di sistemi di raffreddamento che permettano di superare un periodo di crisi o di manutenzione.

Cosa succede in caso di guasto dei sistemi di climatizzazione?

In funzione della densità di potenza installata, l'aumento delle temperature dell'aria all'interno della sala server può essere estremamente rapido. Osserviamo generalmente, durante le simulazioni di guasto di tipo blackout, un aumento dell'ordine di 1 °C al minuto. Ne deriva un rischio importante di degrado dell'hardware e di perdita di dati se i sistemi di ridondanza e di sicurezza non sono correttamente dimensionati. Inoltre, il tempo di riavvio e di attivazione a pieno regime dei compressori è una sfida per le sale più esigenti. Per ritardare gli effetti, esistono sistemi a inerzia che permettono di accumulare energia termica per alcuni minuti al fine di smussare la curva di aumento della temperatura.

Perché realizzare 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 informatico e il personale del sito possono ottimizzare l'efficienza del flusso d'aria e massimizzare la capacità di raffreddamento.