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 quest’area può sospendere tutte le attività aziendali 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) in modo che i server possano aspirare aria, mentre i corridoi caldi evacuano il calore da dietro i server.
I condotti dell’aria sono generalmente collegati a un controsoffitto che preleva l’aria calda dai “corridoi caldi” per raffreddarla, quindi l’aria raffreddata viene evacuata nei “corridoi freddi”, tramite un controsoffitto o dei condotti (vedi i modelli sciolti).
I rack di 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 d’aria parassita è uno spreco di energia .
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 i condizionatori domestici.
Hanno un sistema di espansione diretta e compressori integrati nell’unità.
Forniscono il raffreddamento 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 poi espulso da una miscela di glicole, acqua o aria.
Mentre la maggior parte delle unità CRAC generalmente fornisce un volume costante e modula il funzionamento on/off, si stanno sviluppando nuovi modelli che consentono di variare il flusso d’aria.
Le unità CRAC possono essere posizionate in vari modi, ma in genere vengono installatedi fronte ai corridoi caldi di un data center.
In questo modo, rilasciano aria raffreddata attraverso le perforazioni del pavimento sopraelevato (griglie o perforazioni nelle piastrelle del pavimento), raffreddando i server dei computer.
Unità CRAH
- Usa acqua refrigerata
- Avere una valvola di controllo
Le unità CRAH funzionano come le unità di trattamento dell’aria ad acqua refrigerata installate nella maggior parte degli 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 stabilita, 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 gli altri sistemi di raffreddamento immettono aria fredda per contrastare l’aria calda in uscita.
Mantenere il giusto equilibrio tra aria calda e fredda è sempre stato fondamentale per mantenere i data center attivi e funzionanti.
Se un data center diventa troppo caldo, le apparecchiature corrono un rischio maggiore di guasti.
Questi guasti spesso causano tempi di inattività, perdita di dati e di profitti.
Negli anni 2000, la temperatura consigliata per i data center era compresa tra i 20 e i 24°C.
Si tratta dell’intervallo raccomandato dall’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) come ottimale per la massima disponibilità e durata delle apparecchiature.
Questo intervallo permetteva un migliore utilizzo e forniva uno spazio cuscinetto sufficiente in caso di guasti all’impianto di condizionamento.
Dal 2005 sono stati resi disponibili nuovi standard e apparecchiature migliori, così come sono state migliorate le tolleranze per intervalli di temperatura più elevati.
L’ASHRAE ha infatti raccomandato un intervallo di temperatura operativa accettabile compreso tra 18° e 27°C.
L’aumento delle temperature di ingresso ai server rende molto più interessante l’utilizzo 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.
Con la temperatura ambiente impostata a 25°C invece che a 15°C, i periodi dell’anno in cui è possibile utilizzare il free cooling senza attivare il sistema di climatizzazione sono molto più lunghi. Questo genera un notevole risparmio energetico e un miglioramento del PUE (Power Usage Effectiveness).
Lo stesso vale per il free-cooling, che può essere utilizzato più frequentemente durante l’anno per raffreddare i circuiti dell’acqua, con i set point di temperatura ora fissati a 15°C invece che a 7°C per l’acqua.
Quali sono i problemi legati a una temperatura troppo alta in un data center?
Purtroppo, temperature operative più elevate possono ridurre i tempi 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 corre il rischio di guasti hardware istantanei e simultanei.
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 center sale troppo, le apparecchiature possono facilmente surriscaldarsi.
Questo può danneggiare i server.
I dati potrebbero andare persi, causando gravi problemi alle aziende che si affidano ai servizi del data center.
Ecco perché tutti i data center devono avere sistemi di raffreddamento in grado di resistere a un periodo 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 di corrente, in genere osserviamo un aumento di circa 1°C al minuto. Il risultato è 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 necessario per riavviare e attivare la piena potenza dei compressori del sistema climatico è un problema per le sale più esigenti.
Per ritardare gli effetti dell’aumento delle temperature, esistono sistemi di inerzia che immagazzinano l’energia termica per alcuni minuti per attenuare 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 IT.
Grazie a queste informazioni, il personale IT e di sede può ottimizzare l’efficienza del flusso d’aria e massimizzare la capacità di raffreddamento.
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