Considerazioni sui sistemi di raffreddamento dei Data Center Lan & Wan Solutions

Considerazioni sui sistemi di raffreddamento dei Data Center

Le caratteristiche progettuali dei sistemi di raffreddamento installati nei Data Center non sono sostanzialmente cambiate dal lontano 1965, a differenza dei problemi che sono diventati sempre più pressanti dopo l’introduzione del concetto dell’alta densità. I sistemi di raffreddamento di oggi devono soddisfare principalmente i cinque requisiti elencati nella seguente Tabella.

I cinque requisiti principali dei sistemi di raffreddamento

RequisitoDescrizione
Scalabilità adattabilità Poiché i requisiti dei sistemi di raffreddamento sono difficili da prevedere, questi sistemi vengono spesso sovradimensionati nel tentativo di far fronte a ogni possibile esigenza futura anche perché è difficile potenziare la capacità di raffreddamento dopo l’installazione iniziale del sistema. Quindi, accade spesso che i carichi vengano modificati senza tener conto dell’effetto che ciò può avere sul sistema di raffreddamento.
UniformitàLa personalizzazione dei sistemi è un’operazione lunga e costosa, oltre a fatto che è spesso causa di problemi di prestazioni principalmente a causa del fatto che un’installazione tipica comprende generalmente unità di più produttori. Le operazioni di pianificazione e personalizzazione possono infatti richiedere da 6 a 12 mesi, ossia tempi inaccettabili per la maggior parte delle aziende. L’uso di sistemi personalizzati non ne semplifica la gestione, poiché maggiore è il livello di personalizzazione del sistema e più specifici sono i possibili problemi.
SemplificazioneI sistemi di raffreddamento complessi sono più suscettibili a interruzioni del servizio causate da errori umani soprattutto se le riparazioni richiedono operazioni lunghe e complesse. Inoltre, la pianificazione e la verifica della ridondanza diventa particolarmente complessa se si utilizzano sistemi di raffreddamento complessi.
Funzioni intelligentiLa differenza di temperatura tra la base e la parte superiore del rack possono raggiungere valori fino a 10°C e quindi esporre gli apparati IT a sollecitazioni particolarmente elevate che sono spesso causa di guasti prematuri.
GestioneI sistemi di gestione tradizionali non forniscono informazioni utili per la diagnosi dei guasti a livello di componenti, quindi è talvolta difficile risalire alle cause dei problemi utilizzando i dati disponibili. I dati relativi alle prestazioni si riferiscono talvolta alle singole unità CRAC, conseguentemente non forniscono alcuna indicazione sulle prestazioni complessive del sistema.

Al pari di quanto esposto per i sistemi di alimentazione, anche in questo caso sarà necessario modificare le caratteristiche progettuali, non solo aggiornando tecnologie e configurazioni, ma anche individuando mezzi più idonei per misurare e specificare i requisiti di raffreddamento per i Data Center. Infine, è importante ricordare che la standardizzazione e l’integrazione dei componenti dei sistemi di raffreddamento, e in particolare di quelli di distribuzione e ricircolo, possono contribuire significativamente a garantire la continuità di servizio dei Data Center nel tempo.

Sistemi di condizionamento tradizionali e di precisione

Il funzionamento ottimale delle apparecchiature elettroniche installate nei locali tecnici richiede necessariamente ambienti caratterizzati da stabilità e precisione. Gli apparati IT generano una quantità di calore incredibilmente alta in alcuni punti specifici ma sono, al tempo stesso, anche molto sensibili alle variazioni di temperature o umidità. I sistemi di condizionamento ad aria standard non sono particolarmente indicati per i Data Center perché provocano frequenti arresti e guasti.

I sistemi devono poter essere utilizzati con temperature comprese tra 22 e 24°C e con percentuali di umidità relativa comprese tra il 35 e il 50%. Le prestazioni degli apparati IT non sono solo influenzate dalle condizioni ambientali ma anche dall’eventuali variazioni di temperatura, che è anche uno dei motivi per cui questo tipo di apparecchiature viene normalmente lasciato in funzione anche quando non ci sono elaborazioni in corso. I sistemi di condizionamento sono progettati per mantenere una temperatura costante di 0,56°C e un’umidità relativa pari al 3-5%. I sistemi tradizionali invece sono progettati per mantenere temperature di 27°C e un’umidità relativa del 50%, con temperatura e umidità relativa esterne di 27°C e del 48%. Condizioni ambientali improprie possono avere un impatto negativo sull’elaborazione e l’archiviazione dei dati:

Temperature alte o basse: temperature troppo alte o troppo basse oppure brusche variazioni di temperatura possono interferire con l’elaborazione dei dati o addirittura provocare l’arresto dei sistemi. Le variazioni di temperatura possono alterare le caratteristiche elettriche e fisiche dei microchip e di altri componenti della scheda, provocando problemi di funzionamento o guasti. Questi problemi possono essere sia temporanei che protrarsi nel tempo e comunque difficili da diagnosticare e risolvere anche nel
caso in cui siano solo temporanei.

Umidità elevata: questa condizione può deteriorare i nastri o la loro superficie, danneggiare la testina, provocare la formazione di condensa o corrosione, impedire la corretta alimentazione della carta oppure causare la migrazione di particelle dorate e argentate capaci di danneggiare sia la scheda che i suoi componenti.

Umidità bassa: questa condizione contribuisce significativamente ad incrementare le scariche di elettricità statiche che possono a loro volta danneggiare i dati e i componenti hardware. I sistemi di condizionamento di precisione sono appositamente progettati per tenere costantemente sotto controllo temperatura e umidità. Inoltre, sono studiati per un uso continuo, sono facili da riparare, flessibili e offrono la ridondanza necessaria per garantire il funzionamento continuativo del Data center.

I sistemi di condizionamento di precisione sono appositamente progettati per tenere costantemente sotto controllo temperatura e umidità. Inoltre, sono studiati per un uso continuo, sono facili da riparare, flessibili e offrono la ridondanza necessaria per garantire il funzionamento continuativo del Data center.

Calcolo dei requisiti di raffreddamento per i Data Center

Per poter dimensionare un sistema di condizionamento di precisione, è indispensabile conoscere esattamente la quantità di calore prodotta dagli apparati IT e dalle altri fonti di calore presenti all’interno del Data Center. Questa quantità di calore viene generalmente misurata in BTU all’ora, tonnellate al giorno e Watt. Poiché l’uso di unità di misura così diverse è fonte di confusione sia tra gli utenti che i redattori di specifiche, la maggior parte degli enti normativi hanno fortunatamente deciso di adottare un unico riferimento: i Watt. Quindi, termini arcaici come BTU e tonnellate (che venivano utilizzate per misurare la capacità di raffreddamento del ghiaccio) finiranno probabilmente per non essere un ricordo del passato.
Poiché la potenza trasmessa dagli apparati IT tramite le linee dati è trascurabile, è soprattutto la potenza assorbita dalla rete CA ad essere convertita in calore. In questo documento si presuppone naturalmente che tutto il calore venga dissipato localmente, anche se i dispositivi Power over Ethernet (PoE) sono in realtà in grado di trasferire fino al 30% della loro potenza a terminali remoti. Il calore emesso dagli apparati IT può quindi essere espresso direttamente in Watt, al pari dei consumi. La quantità totale di calore generata da un sistema, che permette di stimare la capacità di raffreddamento necessaria, può essere espressa come somma del calore totale generato dai componenti, ossia dagli apparati IT e da altri elementi come i gruppi di continuità, i sistemi di distribuzione, i condizionatori ad aria, gli impianti di illuminazione e le persone. Fortunatamente il calore emesso da questi
elementi può essere facilmente calcolato utilizzando alcune semplici regole standard.
Il calore emesso da un gruppo di continuità e dai sistemi di distribuzione dell’alimentazione sono equivalenti alla somma di una perdita fissa e di una perdita proporzionale alla potenza di lavoro. Poiché queste perdite non variano sostanzialmente a livello di modelli e marche, è possibile stimarle senza errori significativi. Valori standard possono essere usati anche per stimare il calore emesso da impianti di illuminazione e persone. Gli unici parametri specifici per utente richiesti sono alcuni valori facilmente reperibili come la superficie dell’area e le caratteristiche elettriche del sistema di alimentazione.
Il calore elevato emesso dalle ventole e dai compressori dei condizionatori è irrilevante poiché viene scaricato all’esterno e non contribuisce a incrementare il carico termico del Data Center. Questa inevitabile perdita di energia incide però sull’efficienza del sistema di condizionamento e viene generalmente tenuto presente al momento del dimensionamento del sistema stesso.

Benché sia ovviamente possibile effettuare un’analisi termica dettagliata sulla base della quantità di calore emessa dai singoli componenti, è generalmente preferibile effettuare una stima approssimativa anche perché il margine di errore è pressoché equivalente a quello di un’analisi dettagliata. Le stime approssimative offrono l’ulteriore vantaggio di poter essere effettuate da qualsiasi persona, anche da quelle meno esperte e qualificate. La Tabella che segue consente di stabilire la quantità complessiva di calore generata da un Data Center in modo rapido e affidabile. Tuttavia, se le pareti o il tetto sono esposte all’irradiazione solare e ad altre fonti di calore ambientale, è generalmente consigliabile fare misurare il carico termico a un consulente HVAC.

Scheda per il calcolo dei carichi termici dei Data Center

ElementoDati richiestiCalcolo del calore prodottoSubtotale del calore prodotto
Apparati ITCarico totale degli apparati IT (somma delle potenze ingresso di tutti gli apparati IT)Equivalente al potenza
totale del carico IT
_________W
UPS con
batteria
Potenza nominale dei sistemi di alimentazione (specifiche dei gruppi di continuità esclusi i moduli ridondanti)(0,04 x specifiche
elettriche del sistema) +
(0,06 x potenza totale
del carico IT)
_________W
Distribuzione
della potenza
Potenza nominale del sistema di distribuzione(0,02 x specifiche
elettriche del sistema) +
(0,02 x potenza totale
del carico IT)
_________W
IlluminazioneSuperficie dell’area in metri quadri convertita in Watt2,0 x superficie dell’area
(sq ft) o
21,53 x superficie
dell’area (m2)
_________W
PersoneNumero massimo di persone presenti nel Data center convertito in Watt100 x numero di
persone
_________W
Totale_________W

Raffreddamento di ambienti con nodi di grandi dimensioni

L’introduzione dei blade server ha messo in evidenza i limiti dei sistemi di distribuzione dell’aria e della capacità di raffreddamento dei sistemi in uso. I cluster di server possono essere considerati l’elemento critico dei Data Center soprattutto perché i blade server richiedono l’adozione di sistemi di alimentazione e raffreddamento specifici in virtù delle loro dimensioni compatte. La Tabella qui sotto descrive cinque possibili strategie per un raffreddamento ottimale di questi ambienti.

Strategie per il raffreddamento di ambienti con nodi di grandi dimensioni

StrategiaDescrizione
Distribuzione
del carico
Selezionare parametri di alimentazione e raffreddamento inferiori al valore picco dell’armadio e distribuire il carico di tutti gli armadi il cui carico supera il valore medio di progetto, ripartendo gli apparati tra più armadi di rack.
Raffreddamento
basato su
regole
Selezionare parametri di alimentazione e raffreddamento medi inferiori al valore picco dell’armadio e usare regole specifiche per permette ai rack ad alta densità di acquisire la capacità di raffreddamento inutilizzata dai sistemi adiacenti.
Raffreddamento
supplementare
Selezionare parametri di alimentazione e raffreddamento medi inferiori al valore picco dell’armadio e usare eventuali unità aggiuntive per raffreddare i rack con densità superiori al valore medio di progetto.
Aree ad alta
densità dedicate
Selezionare parametri di alimentazione e raffreddamento medi inferiori al valore picco dell’armadio, delimitare un’area speciale con un’elevata capacità di raffreddamento e installare in quest’area solo gli armadi ad alta densità.
Raffreddamento
dell’intera area
Selezionare parametri di alimentazione e raffreddamento pari al valore picco atteso della densità degli armadi per ciascun rack.

Configurazione dei sistemi di distribuzione dell’aria

L’obiettivo del sistema di raffreddamento dei Data Center è quello di creare un percorso unico tra la fonte di aria fredda e i punti di presa dei server. Esistono sostanzialmente nove tipi di configurazioni di base che variano a seconda delle prestazioni, dei costi e della facilità di installazione. L’aria fredda e di ricircolo può essere distribuita tra le unità CRAC e il carico utilizzando uno dei seguenti tre metodi di base: (1) per espansione, (2) localmente tramite conduttore e (3) solo tramite condutture. La Tabella seguente illustra le nove configurazioni possibili.

Considerazioni sui sistemi di raffreddamento dei Data Center Lan & Wan Solutions

Prassi consigliate per risolvere i problemi di raffreddamento causati dalla presenza di installazioni ad alta densità

Dopo aver progettato e installato il sistema di raffreddamento, è necessario prevedere una serie di controlli successivi per verificare che il sistema funzioni correttamente. È particolarmente importante verificare che il percorso compreso tra la zona di scarico dell’aria calda dei server e il condotto di ritorno dell’aria dell’unità CRAC non sia ostruito. L’efficienza e la densità di potenza dei sistemi di raffreddamento esistenti possono essere influenzate da molti fattori. La Tabella qui sotto illustra le 10 operazioni consigliate, partendo da quella più semplice ed economica.

Le dieci prassi consigliate per risolvere i problemi di raffreddamento causati dalla distribuzione di
apparecchiature ad alta densità

PrassiDescrizione
Eseguire un controllo
generale del sistema
1) Verificare che il calore generato dagli apparati installati nel Data Center non superi la capacità di raffreddamento complessiva.
2) Verificare che tutte le ventole funzionino correttamente e che gli allarmi si attivino. Controllare che i filtri siano puliti.
3) Controllare lo stato dei chiller, dei condensatori esterni, dei sistemi di pompaggio e dei circuiti di raffreddamento principali.
4) Controllare la temperatura nei punti strategici dei corridoi del Data Center.
5)Prendere nota dei valori di temperatura dell’aria alimentata nelle sezioni inferiore, centrale e superiore di ciascun rack e confrontarli con le specifiche
del produttore.
6)Verificare che non ci siano spazi vuoti tra i rack (spazio inutilizzato non chiuso con pannelli di tamponamento, slot per blade server inutilizzati, fori per cavi non chiusi) o che il numero di cavi non influisca sulle prestazioni del sistema di raffreddamento.
Definire un programma di
manutenzione per il sistema
di raffreddamento
Verificare che la manutenzione dei sistemi venga effettuata in accordo a quanto previsto nel piano e in conformità con le linee guida consigliate dal produttore
Installare pannelli di
chiusura e un sistema di
gestione dei cavi
Lo spazio verticale inutilizzato negli armadi di rack favorisce il ricircolo dell’aria scaricata dagli apparati ai punti di alimentazione e provoca conseguente il surriscaldamento delle apparecchiature.
Rimuovere le eventuali
ostruzioni dall’area sotto al
pavimento e sigillare le
aperture
Le ostruzioni sotto al pavimento, come i cavi di rete e di alimentazione, ostruiscono il flusso dell’aria e impediscono all’aria fredda di essere alimentata ai rack.
Segregare i rack ad alta
densità
Il raggruppamento di più rack ad alta densità deteriora solitamente l’efficienza del sistema di raffreddamento.
Alternare corridoi di aria
calda/fredda
Se le file dei rack vengono disposte con i punti di presa orientati nella stessa direzione, l’aria tende a surriscaldarsi man mano che passa da un corridoio a un altro.
Allineare le unità CRAC con
i corridoi di aria calda
La capacità di raffreddamento è di gran lunga superiore se le unità CRAC sono allineate con i corridoi di aria calda, poiché questa configurazione permette di scaricare l’aria calda direttamente nelle conduttore di ritorno evitando che possa miscelarsi al flusso dell’aria fredda.
Prevedere aperture sul
pavimento
Le prestazioni del sistema di raffreddamento sono significativamente influenzate dal flusso di aria all’interno del rack e dal layout del rack stesso. Un posizionamento improprio delle aperture di alimentazione e ritorno può annullare tutti i benefici risultanti dall’alternanza di corridoi di aria calda/fredda.
Installare dispositivi per
potenziare il flusso di aria
Se la capacità di raffreddamento complessiva è adeguata ma i rack ad alta densità tendono a creare “punti caldi”, è possibile installare dispositivi per favorire la circolazione dell’aria e aumentare la capacità di raffreddamento nell’ordine di 3kW – 8kW per rack.
Installare dispositivi ad alta
densità indipendenti
Se le densità di potenza sono pari o superiori a 8kW, il flusso di aria fredda deve essere alimentato a tutti i livelli del rack e non solo dall’alto verso il basso per garantire una temperatura uniforme a tutti i livelli.

Se seguite, queste prassi consentono sia di massimizzare l’efficienza del Data Center che di garantire la continuità dei processi e prevenire possibili problemi futuri. Le prime otto linee guida consentono di mantenere il funzionamento di un Data Center tipico nell’ambito dei limiti di progetto originali. Le ultime due sono utili per potenziare la densità di raffreddamento di un Data Center tipico riprogettare o riposizionare le infrastrutture, poiché consentono di installare unità indipendenti per gestire le esigenze di raffreddamento dei server ad alta densità.

Certificazioni Lan & Wan Solutions

Lan & Wan Solutions

Lan & Wan Solutions frequentando il programma di formazione AMP ACT I – II – III ha conseguito la certificazione per l’installazione dei prodotti: TE Connectivity – Enterprise, con la qualifica di NDI Registered Designer & Installer.

Lan & Wan Solutions è pertanto abilitata ad installare, certificare i sistemi di cablaggio TE Connectivity Enterprise e rilasciare le garanzie previste dal Warranty Programme 2014.

Certificazioni

Lan & Wan Solutions ha completato i programmi di formazione APC by Schneider Electric ottenendo le qualifiche:

      • Premier Partner
      • Business Networks
      • Cooling
      • IT Power
      • Industry & Infrastructure Secure Power
      • Software

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