“A principal estratégia para elevar a eficiência de um data center é o confinamento dos corredores”

É sabido que os data centers são grandes consumidores de energia e água, o que obriga os profissionais envolvidos em projetos e instalações a usarem todo o seu conhecimento para otimizarem ao máximo todas as utilidades de cada empreendimento. Neste sentido, a revista Abrava + Climatização & Refrigeração conversou, via email, com um dos mais respeitados profissionais da área, Marcos Santamaria Alves Corrêa, da engenharia de aplicação das Indústrias Tosi.

Revista Abrava + Climatização & Refrigeração: Qual o estado da arte em climatização de data centers visando o menor consumo energético e de água possível?

Santamaria: Um projeto híbrido de liquid cooling + climatização complementar a ar, com uso de chillers a ar de alta eficiência energética operando com temperatura de água gelada acima de 18ºC e, se possível, com uso de drycoolers adiabáticos para resfriamento da água de facilities de alimentação das CDUs – Cooling Distribution Units.

A+CR: Quais são as métricas de desempenho para data centers e o que elas significam?

Santamaria: PUE – Power Usage Efectiveness = Energia elétrica total consumida em um data center ao longo de um ano dividida pelo consumo de energia elétrica no mesmo ano dos equipamentos de TI.

WUE – Water Usage Efectiveness = Uso total de água ao longo de um ano dividida pelo consumo de energia elétrica no mesmo ano dos equipamentos de TI.

A+CR: Quais as estratégias a serem aplicadas em instalações de data centers visando elevar sua eficiência?

Santamaria: A principal estratégia para elevar a eficiência de um data center é o confinamento dos corredores (quentes ou frios). Uma vez segregado o ar frio de alimentação dos servidores do ar quente por eles rejeitado, é possível aumentar a temperatura de insuflação e este aumento aumentará a eficiência dos CRAC – Computer Room Air Conditioner (expansão direta com self de precisão) ou o aumento da temperatura de suprimento de água gelada pelos chillers para os CRAH – Computer Room Air Handler (expansão indireta por fancoil de precisão).

A+CR: Como o projeto de arquitetura pode impactar na redução do consumo energético na climatização de data centers?

Santamaria: A arquitetura tem uma influência limitada na redução do consumo energético de climatização de data centers. Quase 100% do calor a ser removido é proveniente dos equipamentos de TI. Ainda assim, espaços que permitam o uso de free cooling, seja direto ou indireto (nos chillers por exemplo) e salas de servidores com pés direitos altos podem contribuir para uma redução no consumo de energia.

A+CR: O que é liquid cooling e quais as tecnologias nele empregadas?

Santamaria: Temos 3 tipos de liquid cooling: direct to chip, immersion cooling de fase única e immersion cooling de dupla fase.

No modelo direct to chip, como o próprio nome diz, iremos resfriar com líquido o chip (processador), substituindo o dissipador de calor utilizado na refrigeração a ar por um trocador de calor em que circulará o líquido de resfriamento do chip.

No modelo immersion cooling, seja ele de fase única ou de dupla fase, toda a placa eletrônica do servidor é mergulhada em fluido dielétrico (não conduz corrente elétrica), e este líquido deve ser resfriado para manter estável a temperatura da placa eletrônica.

Em ambos os casos (direct to chip ou immersion cooling) utiliza-se um equipamento intermediário chamado CDU – Cooling Distribution Unit para separar o fluido que irá refrigerar o equipamento de TI do fluido do sistema de facilities que tanto pode ser a água gelada produzida por um chiller como água morna resfriada por um sistema de dry cooler ou torre fechada. Este equipamento possui um trocador a placas e bombas de água para o circuito do fluido que irá refrigerar os equipamentos de TI. Fazendo uma analogia, é como se este equipamento separasse um circuito primário chamado facility water, do circuito secundário de resfriamento dos servidores.

A+CR: Quando utilizar o liquid cooling em cada uma das suas tecnologias e quando utilizar o air cooling?

Santamaria: O liquid cooling deve ser usado quando a densidade dos racks ultrapassa um determinado valor, na faixa entre 20kW a 30 kW, quando o sistema de air cooling sozinho passa a se tornar inviável. De qualquer forma, no caso do liquid cooling direct to chip ainda existirá o air cooling complementar para remoção do calor dos demais componentes da placa eletrônica e outros equipamentos.

A+CR:  Quando utilizar o free cooling em instalações de data centers e como essa estratégia opera?

Santamaria: É possível utilizar o free cooling direto sempre que a temperatura local for cerca de 2,0ºC abaixo da temperatura de retorno do ar nos corredores quentes. Em data center com corredores confinados, esta temperatura pode chegar entre 35ºC e 40ºC de forma que teremos muitas horas por ano com temperaturas locais abaixo destas temperaturas.

Já o free cooling indireto através dos chillers pode entrar em operação quando a temperatura do local for cerca de 5,0ºC inferior a temperatura de retorno da água gelada. Nos data center mais modernos esta temperatura de retorno tem ficado na faixa dos 28ºC. Logo, com temperaturas abaixo de 23ºC o free cooling já começa a entrar em funcionamento, ainda que de forma parcial.

Muitos ainda pensam em free cooling apenas a 100%, mas o grande potencial para o Brasil, especialmente, é o free cooling parcial, que já reduz o consumo de energia, ainda que tenhamos que complementar o resfriamento com o uso dos sistemas de refrigeração.

A+CR: E em se tratando de retrofit, quais soluções podem ser empregadas com vistas a elevar a eficiência sem paralisar as atividades?

Santamaria: Como já mencionado antes, a primeira solução a ser empregada é o confinamento dos corredores (quentes ou frios), é a partir da segregação do ar de alimentação dos servidores do ar expurgado por eles que conseguimos elevar a eficiência energética. A partir daí entram o aumento dos setpoints sejam dos equipamentos CRAC ou CRAH ou da água gelada dos chillers. Outro ponto importante é se repensar o controle de umidade para que não existam equipamentos em conflito, alguns umidificando e outros desumidificando em um mesmo ambiente.

A+CR: Como evitar que o ar frio “escape” pelas frestas de pisos elevados?

Santamaria: Existem dispositivos para vedar as passagens dos cabos pelo piso elevado que são essenciais para evitar o escape de ar frio quando não desejado (corredores quentes).

A+CR: Como funciona a contenção de corredores e qual seu impacto na redução do consumo energético?

Santamaria: A distribuição dos racks em um data center deve ser feita em corredores com os dois lados à frente dos servidores (alimentação do ar frio – corredor frio) e outros em que temos a traseira dos servidores (expurgo do ar quente – corredor quente). Ao se fechar estes corredores, com portas nos dois lados e com teto, fazemos a contenção dos corredores. Conforme já mencionado, estas contenções permitem operar com setpoints mais altos que reduzem significativamente o consumo energético.

A+CR: O que é uma unidade CRAH (Computer Room Air Handler), como ela funciona e por que é importante na climatização de data centers?

Santamaria: Como já mencionado, CRAH – Computer Room Air Handler é o que conhecemos como fancoil de precisão. Funciona como um fancoil de conforto, mas com temperaturas de operação diferentes, maior vazão de ar por unidade de refrigeração, usam ventiladores radiais EC de alta eficiência e incorporam CLP – Controlador Lógico Programável, além de válvulas de controle, podendo, inclusive, já serem válvulas de balanceamento e controle independente de pressão. São estes equipamentos que irão absorver o calor dos servidores removidos pelo ar e transferir para a água gelada que deverá ser resfriada pelos chillers.

A+CR: Levando em conta o custo de investimento e desempenho, quais os tipos de chillers mais indicados para operarem em data centers?

Santamaria: O tipo de chiller mais indicado para operar em data center, levando em conta o custo de investimento e desempenho, são os chillers a ar com compressores de velocidade variável, especialmente os com compressores centrífugos com mancais magnéticos.