La Alta Tecnología le produce demasiado calor?

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1 La Alta Tecnología le produce demasiado calor? Los ambientes de alta tecnología requieren un enfoque diferente de enfriamiento El fl ujo de aire y el manejo térmico adecuados son los aspectos más críticos dentro del diseño y operación de un data center, y esto garantiza el tiempo en funcionamiento de las aplicaciones, el desempeño constante de TI y la efi ciencia en las operaciones. En el pasado los administradores de data centers proveían aire demasiado frío a una sala, con el objetivo de eliminar puntos de calor; se tenía la idea de que los data centers debían estar fríos. Las densidades de un rack típico eran de entre 3 y 5 kw en promedio, por lo que los requerimientos de enfriamiento eran moderados. Muy pocos administradores de data centers trataron de expandir la efi ciencia operativa para llevarla más allá de sus límites. Más bien solo suavizaban sus imperfecciones. Incrementos en densidad Los nuevos avances en tecnología como son la virtualización y el cómputo en nubes incrementan los requerimientos de potencia debido a la densidad del rack. Ya alcanzan entre 15 y 20 kw. Las aplicaciones de alta densidad incluso llegan a los kw y efectivamente, impulsan la utilización de cualquier servidor del 10% de su capacidad, para incrementarla entre 70-80%, incluso 90%. Como resultado, los requerimientos de la potencia de densidad y el fl ujo de aire se duplican o triplican. Y puede tratarse del mismo servidor, pero ahora su uso incrementa. A corto plazo los data centers cuentan con capacidad extra de cómputo; sin embargo hoy los servidores requieren más energía y mayor fl ujo de aire. Incrementar las densidades vuelve menos atractivo querer resolver el problema mediante un sobre-enfriamiento ya que este trae consigo un incremento considerable en el costo. Proveer más aire frío requiere que los ventiladores de las unidades de manejo de aire operen a mayor velocidad, consumiendo con ello más energía. Lineamientos térmicos de ASHRAE para los ambientes de procesamiento de datos, 2ed. Fig. 1.1 Energía A Una regla general es poder reducir el consumo de energía por enfriamiento entre 1% y 2% por cada grado de temperatura que se eleva en el aire. Por ejemplo, si Ud. eleva la temperatura del suministro de su data center de 62 F 72 F (16 C 22 C), podrá ahorrar aproximadamente un 20% en los costos por operación HVAC. Al evitar el sobre-enfriamiento, Ud. disminuye su consumo de energía y reduce sus costos operativos. Otro principio clave es ajustar el fl ujo de aire regulando las velocidades de ventilación HVAC; esto reditúa en ahorros por efi ciencia energética. Por ejemplo al reducir el fl ujo de aire un 20% logramos ahorros del 50% en el consumo de energía de los motores de ventilación. Esto se debe a que la electricidad que se requiere para operar un ventilador es proporcional a su velocidad al cubo. Advisory Services

2 Hace unos años lo común era tener un requerimiento de energía de 50 watts por pie cuadrado dentro del data center típico. Hoy el mínimo es de 150 watts por pie cuadrado y hay muchas instalaciones a las que se les designan 250 o 300 watts. Con el tiempo esta duplicación en la densidad de potencia ha provocado un incremento exponencial del calor que se genera dentro del data center. En lugar de enfocarse en sobre-enfriar, la American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), en sus lineamientos térmicos recomienda optimizar el data center para que opere con temperaturas más elevadas. Ahora como regla de oro, los sistemas HVAC son por lo general más efi cientes cuando se maximiza la diferencia entre el aire frío que se suministra y el aire tibio de retorno. La clave para optimizar un data center, sea antiguo o uno nuevo, es optimizar el ambiente térmico para lograr los ahorros máximos en energía mediante la aplicación de los Lineamientos Térmicos 2011 de ASHRAE. Esto se logra muchas veces realizando simulaciones en ambientes térmicos antes de implementar los cambios, para entonces determinar cuál es el escenario más óptimo que puede lograrse con un máximo de ahorros en energía. Aspectos básicos de la eficiencia térmica El verdadero problema de enfriar servidores y switches es el de propiciar la temperatura correcta al aire que ingresa a cada pieza de equipo, y también retirar el aire caliente. El primer paso es implementar los estándares de la industria y las mejores prácticas tanto en la sala como en los gabinetes. A nivel sala: 1. Implementar la configuración de pasillo caliente-pasillo frío (HA-CA). Asegúrese de que todas as entradas se alineen en uno de los lados y que los costados de salida del gabinete se ubiquen en el lado opuesto a la hilera. Configuración Pasillo Caliente Pasillo Frío Gabinete de Servidor Gabinete de Servidor Gabinete de Servidor Gabinete de Servidor CRAC CALIENTE FRÍO CALIENTE FRÍO CALIENTE CRAC Espacio del piso falso Bandejas Cable Telecom Cables de energía Bandejas Cable Telecom Losetas de piso perforadas Cables de energía Bandejas Cable Telecom Espacio del piso falso 2. Asegúrese de que las losetas del piso perforadas sólo se ubiquen en el pasillo frío. En muchas ocasiones la gente que trabaja en esto, instala en el pasillo caliente una loseta perforada para que enfríe y se olvida de remplazarla al terminar de trabajar en dicha área. Cada loseta que no se coloca frente al equipo que debe enfriar reduce la cantidad de aire frío que va hacia las demás losetas perforadas, con lo que se desperdicia el mismo aire frío que puede provocar desequilibrio en el data center y afectar la efi ciencia del uso energético. 3. Las losetas perforadas deben ser acordes al equipo. Colocar losetas perforadas en todo el pasillo frío es una estrategia protectora que puede ya sea provocar sobre-suministro de aire a gabinetes de baja densidad, o un sub-suministro de aire si se trata de gabinetes de alta densidad. Acomodar el fl ujo de aire en las losetas perforadas de modo que actúen sobre el equipo en los gabinetes, mantiene un fl ujo uniforme que reditúa en una efi ciencia energética máxima. 2

3 4. Alinear las unidades CRAC/CRAH al pasillo caliente. La confi guración óptima es la que alinea CRAC/CRAH con el pasillo caliente para presurizar en forma pareja los pisos falsos. Al alinear CRAC/CRAH con el pasillo frío lo que sucede es que el aire se apresura después de pasar algunas de las losetas perforadas, causando que el fl ujo de aire sea insufi ciente y pudiendo provocar puntos de calor. 5. Garantizar que el piso falso tenga la altura adecuada para un buen flujo de aire. Una altura insufi ciente en pisos falsos provoca que haya un volumen mucho menor de aire dando como resultado que se acumule un porcentaje mayor de aire en las losetas perforada, lo que probablemente desbalanceará el fl ujo de aire hacia otras losetas ya que el volumen de aire en el área del piso elevado será limitado, debido a su altura. Un piso falso alto puede proveer más volumen de aire con el cual crear un equilibrio en la sala para ofrecer el fl ujo de aire necesario y acorde a la densidad de los gabinetes. 6. Asegúrese de contar con buenas prácticas en la administración de cables. Los cables de mucho transito al frente de las entradas de TI, o en sus salidas, provocan que haya poco fl ujo de aire o que se eleven las temperaturas. Esto puede causar que se incrementen las velocidades de ventilación para enfriar el equipo, y a su vez este incremento de velocidad reducirá la efi ciencia en el uso de la energía. A nivel gabinetes 1. Uso de paneles ciegos. Dentro del gabinete existe la posibilidad de que el aire caliente de salida se recicle por la misma entrada de aire. Este reciclaje de aire caliente que va de salida y vuelve a entrar al equipo sucede principalmente cuando dicho aire caliente regresa por encima o por debajo del equipo. Tal situación es la causa de que el equipo sobrecaliente el data center. Al instalar paneles ciegos se minimiza este tipo de reciclaje pues se cierran los espacios abiertos de racks y por lo tanto se elimina la recirculación y se previene el desvío del fl ujo de aire que atraviesa los equipos. La altura adecuada en pisos falsos y las mejores prácticas en la administración de cables bajo pisos son necesarias para que haya suficiente flujo de aire. Recirculación de aire caliente 2. Sellos en los cortes de cables en pisos falsos, con cubre-filos de sellado de aire. Los cortes de los cables en pisos falsos pueden fi ltrar casi el mismo aire que fi ltra una loseta perforada. Un efecto colateral adverso de los cortes de cables sin sellar es que el aire caliente recircule en la parte superior del gabinete provocando puntos de calor en la parte frontal del equipo TI. Otro efecto es que la pérdida de aire, que se conoce como desviación de fl ujo de aire, contribuye a que se dé menor efi ciencia en el uso energético pues no se usa ese aire para enfriar el equipo de TI. El cubre-fi los de sellado de aire produce un sellado hermético que elimina la desviación del aire frío y la recirculación del aire caliente. 3

4 Aire caliente con techos más bajos Pasillo frío Pasillo caliente Desvío de aire frío (desperdicio) Pérdida de aire (pies cúbicos por minuto) en cortes no sellados (CFMs) 90,000 80,000 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 Costo electricidad anual Pérdida en pie cúbico por minuto (CFM) $30,000 $25,000 $20,000 $15,000 $10,000 $5,000 Costo anual de electricidad por pies cúbicos desperdiciados por minuto Espacio en piso falso Espacio de corte no sellado Número de disruptores Costo de cortes de cables sin sellar (presuposición 4.5" x 6.5" de espacio por cortes) Equipo para fl ujo de aire de lado a lado El equipo TI, los siwtches por ejemplo, con fl ujo de aire de lado a lado provoca puntos de calor dentro del gabinete aun cuando se esté suministrando aire desde el pasillo frío. Esto da la falsa sensación de que el equipo de TI se está enfriando, pero de hecho respira el aire caliente que se libera. La situación es que en las entradas se dan temperaturas más elevadas a las que recomiendan los Lineamientos Térmicos ASHRAE, y pueden causar el calentamiento del equipo dentro de ese mismo gabinete y de los gabinetes adjuntos. En vez de atraer aire con la temperatura del aire del pasillo frío, ahora la entrada del switch atrae el aire que ya se precalentó entre 30 y 40 grados F, dependiendo de qué tan cargado esté el switch. Para combatir esto se requiere crear separación entre la entrada y la salida del fl ujo de aire mediante un sistema de ductos de entrada. Este ducto tomará el aire proveniente del pasillo frío y lo dirigirá hacia la entrada del switch. También deberán instalarse paneles ciegos así como equipo de sellado al frente del gabinete, desde la parte posterior, de modo que la salida solo pueda dirigirse hacia la parte posterior del gabinete. El ducto más la adición de los paneles ciegos separa totalmente el aire que proviene de la entrada del switch, del aire más caliente que se esté liberando. Mediante esta solución, el switch opera a menor temperatura lo que permite que el ventilador a su vez reduzca su consumo de energía. Así se mejora la efi ciencia energética y se incrementa la confi abilidad del switch gracias a que los dispositivos electrónicos tendrán un ciclo de vida más largo al operar a temperaturas menores. 4 Recirculación dentro del gabinete Ducto de entrada al frente del gabinete

5 Administración de cables Con los switches, si no se siguen las adecuadas prácticas para la administración de cables, se puede bloquear el fl ujo de aire. En el caso de switches de gran tamaño que emplean aplicación de cobre, pueden bloquearse 100 pulgadas cuadradas, lo que evita totalmente que el aire frío alcance su entrada. Si los cables se corrieron a la derecha, la ruta del fl ujo de aire proveniente del pasillo frío hacia la entrada del switch puede sellarse completamente provocando un fl ujo de aire inadecuado. Soluciones para la Densidades de Alta Potencia Para densidades de alta potencia, con mayor aislamiento de aire frío/caliente y con reducción en la recirculación, se necesita trabajar bajo varios enfoques: Enfriamiento activo con una hilera o una arquitectura de racks Enfriamiento pasivo Se ha escrito mucho acerca de las soluciones de enfriamiento activo, sin embargo las soluciones de enfriamiento pasivo también brindan benefi cios. Existen dos soluciones de contención pasiva para aislar aún más el aire frío y el caliente y lograr con ello ahorros en la energía: Contención de aire caliente y contención de aire frío. Para aislar el aire caliente se puede emplear un sistema de salida vertical Para aislar el aire frío, se puede implementar un sistema de contención del pasillo frío Sin contención, el 33% del aire proveniente del pasillo frío se escapa y no alcanza a llegar a las entradas del equipo de TI. Asimismo, otro efecto adverso del pasillo sin contención es que el aire caliente rodea los extremos de las hileras y pasa sobre los gabinetes provocando que se formen puntos de calor en el pasillo frío. No se resuelve este problema suministrando aire frío. La contención del pasillo puede reducir el fl ujo de aire en el pasillo frío entre un 20% y 30%, lo que conlleva a mayor efi ciencia energética. 5

6 Sistema de salida de aire vertical Se puede evitar la recirculación del aire de salida mediante la contención del pasillo caliente, por medio del Ducto de Salida Vertical (VED), que emplea puertas sólidas en la parte posterior para atrapar el aire que va de salida, para que se forme una chimenea arriba del gabinete y el aire caliente salga por el techo hacia el pleno de retorno. El benefi cio de la efi ciencia energética es que el aire más tibio que alcanza el retorno se traduce en mayor efi ciencia energética en lo que se refi ere al enfriamiento del equipo. También la contención del aire caliente evita la recirculación y los puntos de calor no deseados dentro del data center, posibilitando mayores densidades de equipo dentro del gabinete. Contención del pasillo frío La contención del aire frío no solo separa el aire caliente del aire frío, sino que también reduce los requerimientos del fl ujo de aire que va hacia el pasillo frío entre un 20 y 30%. Esta reducción de aire puede ayudar a extender la vida de un data center ya existente y redituar en ahorros en costos, pues reduce las velocidades de ventilación para el enfriamiento de equipo. Al encerrar el pasillo frío mediante la contención también se elimina el entremezclado de aire y se posibilita el suministro uniforme de aire frío hacia las entradas del equipo TI, lo que vuelve el sistema más efi ciente. Contención del aire frío Unidad CRAC Pasillo Caliente Contención de Pasillo frío Pasillo Caliente Qué solución pasiva es la adecuada para su Data Center? Ambos sistemas alcanzan el mismo resultado: separan el aire caliente del aire frío. Es la separación lo que permite aprovechar las ventajas de los ahorros en HVAC. Al hacerlo se puede suministrar menos aire al data center, lo que reduce el uso de energía para ventilar. Puesto que no existe la desviación del aire frío que ingresa al sistema HVAC, el aire que llega a HVAC es más cliente. De hecho, la mayoría de los aires acondicionados no operan en forma efi ciente si hay temperaturas de aire de retorno elevadas. De los dos sistemas de enfriamiento pasivo, cuál es el que se ajusta mejor a su data center? Según los estudios realizados por investigadores Panduit y por las implementaciones ya hechas a nuestros clientes, hemos descubierto que ambos, tanto el de contención de pasillo caliente como el de contención de pasillo frío, ofrecen ahorros similares en gastos operativos. La opción adecuada se basa en su data center y en una variedad de factores. (Consulte la tabla de la página 8) 6

7 Altura de la sala El sistema de chimenea VED es de mejor desempeño y es fácil de instalar en data centers altos, donde hay amplio espacio entre piso y techos. El espacio debe ser el adecuado para usar chimenea; la chimenea debe poder proveer aire al plenum de retorno, y también contar con una ruta para que el aire regrese a la entrada. Si usted cuenta con un data center que sigue la confi guración típica de pasillo caliente-pasillo frío y requiere de una confi guración aleatoria, la separación que la chimenea ofrece es lo que podrá permitir que dicha confi guración ocurra. La chimenea elimina el pasillo caliente ; la sala entera se convierte entonces en un recinto de aire frío común. Se puede usar la contención de pasillo frío en salas de menor altura, donde el espacio entre piso y techo es limitado. La contención del pasillo frío también funciona bien si las aplicaciones que Ud. usa requieren amplios volúmenes de aire. En general, la contención de pasillo frío es en sí un gran sistema por lo que hay mayor espacio para bombear el aire hacia la contención sin restricciones en el lado de salida. El espacio es sufi ciente para que el aire caliente que va saliendo del equipo activo pueda retornar hacia el sistema HVAC. Estos son solo un par de ejemplos de las variables (consultar tabla en página 8) que van a determinar qué sistema funcionará mejor en su data center. Involucre a un experto que contemple cuáles son todas las variables y que entienda qué sistema funcionará mejor a largo plazo en su data center. Sentido común Existen muchas mejores prácticas que tienen que ver con el sentido común al implementar un manejo de aire y rendimiento térmico dentro de un data center. Éstas incluyen: El uso de paneles ciegos en racks Adecuada colocación de losetas perforadas Sellado de cables en puntos de entrada y salida Separación entre el aire caliente y el suministro de aire frío, lo que contribuye a garantizar que el equipo de TI tome el aire frío necesario y a maximizar el desempeño y mejorar la efi cacia térmica. Si los problemas térmicos persisten después de haber seguido estas mejores prácticas, tenga en mente que el Sistema de Asesoría Panduit se especializa en solucionar problemas térmicos dentro del data center y está califi cado para trabajar con HVAC, manejo térmico y enfriamiento de data centers, así como con consumo de energía. Contáctenos en AdvisoryServices@panduit.com. 7

8 Criterios de selección para el Sistema Térmico que mejor se adapta a su Data Center Criterios Confi guración pasillo Caliente-Frío estándar Contención pasillo caliente (ductos de salida vertical) Contención de pasillo frío Ruta de fl ujo de aire de retorno No requiere ningún aprovisionamiento especial para el retorno del aire caliente de salida Requiere techos altos con chimeneas altas, o techos falsos para ruta de fl ujo de aire de retorno Similar a HA/CA, no requiere de ningún aprovisionamiento especial para el retorno del aire caliente de salida Agua enfriada vs. sistema de frío de refrigeración Compatible con refrigeración y con sistemas de agua fría debido a las bajas temperaturas del aire de retorno Puede que los sistemas de refrigeración no sean compatibles con las altas temperaturas del aire de retorno que podrían producirse Ahorradores Compatible Mayores horas de uso ahorrador gracias a las altas temperaturas del aire de retorno Tolerancia de falla en el sistema de enfriamiento Altura de la sala Comodidad Retrofi tting/ Brownfi eld Supresión de incendios Iluminación El aire del pasillo caliente será atraído rápidamente al pasillo frío. La temperatura promedio de la sala interfi ere en el tiempo para que suenen las alarmas críticas del equipo TI. Requiere sufi ciente altura en piso falso o para ducto de suministro en techo El pasillo caliente es relativamente tibio debido a la mezcla de aire frío y caliente Desafíos mínimos pero limitados a la densidad térmica Dependiendo de los códigos locales, se pueden requerir menos aspersores que los de VED o los de contención de pasillo frío (CAC). Basta un sistema regular de iluminación en la sala Ofrece gran masa de aire frío en caso de falla en el fl ujo da aire del sistema Requiere altos techos para la chimenea y asignación para el plenum de retorno o estratifi cación del aire caliente La sala entera está a unos grados de la temperatura de aire de suministro (suponiendo que haya VED en todos los gabinetes) Puede ser desafi ante ajustar VED a las rutas ya existentes en techos (electricidad, cable estructurado, etc.). Puede que se requiera agregar techos falsos Dependiendo de los códigos locales, se pueden requerir aspersores en ambos pasillos, frío y caliente Las chimeneas evitan que la luz viaje entre pasillos. Es posible que se requieran lámparas de iluminación tanto en el pasillo caliente como en el frío Refrigeración basado en sistemas que no son compatibles con temperaturas de retorno de aire muy altas que puedan ser producidas. Mayores horas de uso ahorrador gracias a las altas temperaturas del aire de retorno Ofrece masa de aire frío relativamente pequeña en caso de falla en el fl ujo da aire del sistema Requiere sufi ciente altura en pisos falsos o en ductos de suministro en techos Todas las áreas fuera del pasillo frío tienen por lo general alta temperatura, la cual puede no ser una condición de trabajo aceptable Se puede construir en pisos falsos ya existentes, planteando desafíos mínimos Dependiendo de los códigos locales, se podrán requerir dispositivos de detección de incendios y aspersores, para penetrar cada sistema de contención Puede ser que las soluciones de contención bloqueen la luz que viene de las lámparas en techos. Se pueden requerir secciones transparentes o lámparas internas. Probablemente se requieran lámparas a ambos lados. Panduit Corp. Worldwide Headquarters Tinley Park, IL AdvisoryServices@panduit.com US and Canada: Europe, Middle East and Africa: Latin America: Asia Pacific: CPAT03--WW-SPA