Otimizando sistemas HVAC para data centers: principais considerações

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A crescente demanda por armazenamento e processamento de dados levou ao rápido crescimento dos data centers em todo o mundo. Essas instalações exigem sistemas eficientes de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) para manter as condições operacionais ideais e garantir a longevidade dos equipamentos sensíveis alojados. Esta postagem de blog explorará os desafios exclusivos associados ao projeto HVAC para data centers e fornecerá informações sobre as melhores práticas para criar soluções HVAC eficientes, confiáveis ​​e sustentáveis.

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I. Os desafios exclusivos de HVAC dos data centers

A. Altas cargas de calor

Os data centers geram uma quantidade significativa de calor devido à operação de vários servidores, dispositivos de armazenamento e equipamentos de rede. Como esses dispositivos processam e armazenam dados continuamente, seus componentes produzem calor como subproduto, o que pode levar a altas temperaturas internas. Gerenciar e dissipar esse calor com eficiência é crucial para evitar o superaquecimento do equipamento, o que pode resultar em desempenho reduzido, falhas do sistema ou até mesmo danos permanentes.

B. Requisitos críticos de controle de temperatura e umidade

Manter os níveis ideais de temperatura e umidade em um data center é essencial para garantir a operação eficiente e a longevidade do equipamento de TI. A Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE) estabeleceu diretrizes para ambientes de data center, recomendando uma faixa de temperatura de 64,4°F a 80,6°F (18°C a 27°C) e uma faixa de umidade relativa de 20% a 80%. Desvios dessas diretrizes podem levar ao aumento das taxas de falha do equipamento, corrosão e outros efeitos adversos no desempenho e na vida útil do hardware.

C. Redundância e confiabilidade

Além de manter as condições ambientais ideais, os sistemas HVAC do data center devem ser projetados com redundância e confiabilidade em mente. Espera-se que os data centers operem 24 horas por dia, 7 dias por semana, com tempo de inatividade mínimo. Uma falha no sistema HVAC pode levar a um efeito dominó de mau funcionamento do equipamento, perda de dados e tempo de inatividade dispendioso. Para minimizar esses riscos, os sistemas HVAC do data center devem incorporar componentes redundantes e sistemas de backup para garantir a operação contínua em caso de falha do equipamento ou necessidade de manutenção.

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D. Eficiência energética e preocupações com a sustentabilidade

Os data centers consomem uma quantidade significativa de energia, com os sistemas HVAC respondendo por uma parte substancial desse consumo. À medida que os custos de energia e as preocupações ambientais continuam a aumentar, há uma pressão crescente sobre os operadores de data center para implementar soluções HVAC sustentáveis ​​e eficientes em termos de energia. Isso inclui a adoção de tecnologias de resfriamento inovadoras, como resfriamento gratuito e resfriamento líquido, além de otimizar o projeto e a operação do sistema HVAC para minimizar o consumo de energia e reduzir a pegada de carbono geral da instalação.


II. Principais considerações para o projeto do sistema HVAC em data centers

A. Cálculos de carga e dimensionamento de equipamentos

Cálculos de carga adequados e dimensionamento de equipamentos são essenciais para projetar um sistema HVAC eficiente e eficaz para data centers. A avaliação precisa da carga de resfriamento, que é determinada principalmente pelo calor gerado pelo equipamento de TI, é essencial para selecionar os componentes HVAC corretos, como resfriadores, torres de resfriamento e unidades de tratamento de ar. Equipamentos superdimensionados podem levar a um maior consumo de energia e aumento dos custos operacionais, enquanto equipamentos subdimensionados podem se esforçar para manter as condições ambientais necessárias, resultando em baixo desempenho e falha do equipamento. Também é importante considerar o potencial de expansão futura e o aumento das cargas de calor ao dimensionar o sistema HVAC, permitindo flexibilidade e escalabilidade à medida que o data center evolui.

B. Estratégias de distribuição aérea

A distribuição eficaz do ar é crucial para manter os níveis adequados de temperatura e umidade dentro de um data center. Existem várias estratégias de distribuição de ar que podem ser empregadas para otimizar o desempenho de resfriamento e a eficiência energética do sistema HVAC:

1. Contenção de corredor quente/frio

Essa estratégia envolve organizar os racks de servidores em fileiras alternadas, com as frentes dos racks voltadas uma para a outra para criar um “corredor frio” e as costas dos racks voltadas uma para a outra para formar um “corredor quente”. O corredor frio é abastecido com ar frio do sistema HVAC, que é puxado pelos racks de servidores e exaurido para o corredor quente. Esta abordagem ajuda a evitar a mistura de ar quente e frio, melhorando assim a eficiência do sistema de refrigeração e reduzindo o consumo de energia.

Configuração do corredor quente/corredor frio do Data Center

2. Piso elevado e distribuição de ar suspensa

A distribuição de ar em piso elevado envolve o fornecimento de ar frio através de ladrilhos perfurados, permitindo que ele suba pelos racks do servidor e seja exaurido na parte superior dos racks. Essa estratégia é comumente usada em conjunto com a contenção de corredor quente/frio para melhorar ainda mais a separação de ar quente e frio. A distribuição de ar superior, por outro lado, envolve o fornecimento de ar frio através de dutos superiores, permitindo que ele seja puxado para os racks de servidores por cima. Essa abordagem pode ser mais eficiente energeticamente em alguns casos, pois aproveita a tendência natural do ar quente de subir, promovendo melhor fluxo de ar e reduzindo a necessidade de potência adicional do ventilador. As estratégias de distribuição de ar suspensa e de piso elevado têm suas vantagens e devem ser cuidadosamente consideradas com base nas necessidades e restrições específicas do data center.

Distribuição de ar em piso elevado – Datacenter

C. Opções do sistema de resfriamento

Selecionar o sistema de resfriamento mais apropriado para um data center é crucial para manter o desempenho ideal e a eficiência energética. Existem várias opções de sistemas de refrigeração disponíveis, cada uma com suas próprias vantagens e limitações. Aqui estão três opções comuns de sistema de refrigeração para data centers:

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1. Sistemas refrigerados a ar

Os sistemas refrigerados a ar usam o ar como meio primário para a troca de calor. Esses sistemas geralmente consistem em unidades de tratamento de ar e unidades de telhado que aspiram o ar externo, o resfriam e o distribuem por todo o data center. Os sistemas refrigerados a ar são geralmente mais simples e diretos de instalar e manter em comparação com outras opções de resfriamento. No entanto, sua eficiência é altamente dependente da temperatura do ar ambiente e pode ser menos eficaz em regiões com altas temperaturas externas.

2. Sistemas refrigerados a água

Os sistemas refrigerados a água usam água ou uma mistura de água e glicol como meio primário para a troca de calor. Esses sistemas geralmente incluem resfriadores, torres de resfriamento e trocadores de calor, que trabalham juntos para absorver o calor do data center e transferi-lo para o meio de resfriamento. Os sistemas refrigerados a água são geralmente mais eficientes do que os sistemas refrigerados a ar, pois a água tem uma maior capacidade de calor e pode efetivamente remover mais calor com menos consumo de energia. No entanto, os sistemas refrigerados a água podem ser mais complexos, exigir mais manutenção e ter custos iniciais mais elevados em comparação com os sistemas refrigerados a ar.

Sistema HVAC refrigerado a ar vs refrigerado a água

3. Resfriamento evaporativo e economizadores

Os sistemas de resfriamento evaporativo, também conhecidos como resfriadores de pântano, usam o processo de evaporação para resfriar o ar. Esses sistemas funcionam puxando o ar externo quente e seco e passando-o por um meio úmido, o que faz com que a água evapore e esfrie o ar. Os sistemas de resfriamento evaporativo são mais eficazes em climas secos e podem ser uma opção altamente eficiente em termos de energia para o resfriamento do data center.

Conceito de resfriamento evaporativo
Os economizadores, por outro lado, aproveitam as condições externas favoráveis ​​para reduzir a necessidade de resfriamento mecânico. Existem dois tipos principais de economizadores: economizadores do lado do ar, que trazem o ar externo frio diretamente para o data center, e economizadores do lado da água, que usam o ar externo frio para resfriar a água no sistema de resfriamento. Os economizadores podem reduzir significativamente o consumo de energia e os custos operacionais quando as condições externas são favoráveis, mas sua eficácia depende do clima local e pode não ser adequada para todos os locais.
Controle de umidade do ar com unidade de tratamento de ar (AHU)

D. Controle de umidade

A manutenção dos níveis adequados de umidade nos data centers é crucial para evitar danos a equipamentos sensíveis e garantir o desempenho ideal. Os níveis de umidade altos e baixos podem causar problemas, como corrosão, acúmulo de eletricidade estática e condensação, o que pode levar à falha do equipamento ou diminuição da eficiência. Para manter os níveis de umidade adequados, os sistemas HVAC do data center devem estar equipados com mecanismos eficazes de controle de umidade, como umidificadores e desumidificadores. Esses dispositivos funcionam em conjunto com o sistema de resfriamento para manter os níveis de umidade relativa desejados no data center, geralmente variando de 40% a 60%.

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E. Integração com sistemas de automação predial (BAS)

Um sistema HVAC bem projetado para data centers deve ser perfeitamente integrado ao sistema de automação predial (BAS) para monitoramento e controle centralizados. O BAS permite que os gerentes de instalações gerenciem e otimizem com eficácia o desempenho do sistema HVAC, monitorem condições críticas, como temperatura e umidade, e façam os ajustes necessários para manter as condições operacionais ideais. Além disso, a integração com o BAS permite recursos avançados, como ventilação de controle de demanda, manutenção preditiva e gerenciamento de energia, que podem ajudar a melhorar a eficiência geral e a confiabilidade do sistema HVAC do data center. Ao integrar o sistema HVAC com o BAS, os operadores de data center podem garantir que suas instalações estejam funcionando sem problemas, com eficiência e confiabilidade, minimizando o risco de tempo de inatividade e danos ao equipamento.


Conclusão

À medida que a demanda por armazenamento e processamento de dados continua crescendo, a necessidade de sistemas HVAC eficientes e confiáveis ​​em data centers torna-se cada vez mais importante. Compreendendo os desafios exclusivos associados aos ambientes de data center e implementando as melhores práticas para projeto de HVAC, engenheiros e gerentes de instalações podem criar soluções sustentáveis ​​e com baixo consumo de energia que garantem o desempenho e a longevidade da infraestrutura crítica de TI.

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