Che cosa significa ora il condizionamento di precisione dell’aria? Ed è ancora una necessità per gli spazi IT?

Recentemente, un paio di anni fa, la necessità di mantenere un controllo preciso della temperatura e dell’umidità in uno spazio IT era una priorità assoluta per i responsabili dei data center e un fattore motivante principale alla base dell’acquisto di un sistema di condizionamento di precisione dell’aria. Negli ultimi anni, tuttavia, l’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) ha allentato le proprie raccomandazioni e ampliato gli intervalli di temperatura e umidità ritenuti accettabili in ambienti che ospitano apparecchiature IT sensibili, tra cui data center, sale server, armadi di rete, sale tecnologiche o altri spazi come suite di apparecchiature mediche, laboratori e centri di telecomunicazione. Di conseguenza, il raffreddamento di precisione nel suo senso più letterale non è più visto come la necessità assoluta di un tempo.

Tuttavia, una corretta gestione termica IT rimane certamente una priorità critica. Sono ancora necessari sistemi di condizionamento di precisione, o sistemi di raffreddamento di tipo data center, anche se non sono più obbligatori setpoint precisi di temperatura e umidità (entro 1 o 2 gradi). In parte, ciò è dovuto al fatto che anche se lo spettro delle temperature ammissibili nello spazio IT si è ampliato, lo stesso vale per la quantità di calore generata dai server sempre più sofisticati necessari per supportare le applicazioni odierne ad alta intensità di energia e dati, tra cui Internet of Things (IoT), intelligenza artificiale (AI) e altri. E la corretta gestione di questo calore è la chiave per garantire che le apparecchiature IT funzionino a livelli ottimali.

Inoltre, le conseguenze del superamento delle soglie di calore consigliate sono gravi come mai prima d'ora. Il calore eccessivo può avere ripercussioni sulle apparecchiature, causando guasti ai componenti o talvolta lo spegnimento completo del sistema, e tutto ciò può accadere in pochi minuti. I guasti alle apparecchiature IT spesso si traducono in tempi di inattività non pianificati per un’azienda, il che comporta un costo estremamente elevato che supera il costo dei danni alle apparecchiature e include perdita di opportunità di guadagno, interruzione del servizio clienti e danni alla reputazione che possono persistere molto tempo dopo la riparazione delle apparecchiature e il ripristino dell’attività.

Per aiutare a prevenire minacce potenzialmente disastrose alla continuità business-critical, il condizionamento di precisione dell’aria, o ciò che Vertiv chiama più comunemente Thermal Management, è ancora una necessità molto importante nei data center e negli spazi IT.

La costruzione di sistemi di condizionamento dell’aria può raffreddare le apparecchiature IT sia sistemi di condizionamento dell’aria di precisione?

In alcuni spazi IT, come le sale server o tecnologiche situate in un edificio amministrativo, i responsabili delle strutture spesso si affidano al sistema di raffreddamento comfort dell’edificio per mantenere l’ambiente nello spazio IT. È vero che una soluzione AC commerciale può svolgere un ruolo nel controllo della temperatura, dell’umidità e della qualità dell’aria in queste sale. Tuttavia, i sistemi mancano in molti modi, a partire dal fatto che il raffreddamento confortevole per gli spazi delle persone e il raffreddamento di precisione per gli spazi IT sono progettati specificamente per scopi molto diversi.

Pensateci così: auto e camion condividono tutti gli stessi componenti di base (motori, ruote, freni, ecc.), ma non scegliereste una berlina per un’escursione fuoristrada. In altre parole, i veicoli sono destinati ad applicazioni molto diverse. Lo stesso vale per i sistemi di condizionamento di precisione o di thermal management.

Nello specifico, queste soluzioni di raffreddamento speciali sono progettate per:

• Gestisce l’esclusivo carico termico concentrato generato dalle apparecchiature IT. Le sofisticate apparecchiature IT odierne generano una notevole quantità di calore. E se si considera il continuo aumento del settore nelle densità medie dei rack abbinato alla crescita di siti edge più piccoli, diventa chiaro che i sistemi di condizionamento dell’aria di un edificio commerciale non sono attrezzati per accogliere carichi di calore elevati e concentrati. Inoltre, molti spazi utilizzati oggi per l’IT non sono stati originariamente progettati per alloggiare apparecchiature critiche, creando condizioni ambientali inferiori all’ideale che possono introdurre ulteriori sfide di raffreddamento che rendono le soluzioni di raffreddamento comfort ancora meno efficaci.
  Le soluzioni di raffreddamento per data center, invece, sono progettate specificamente per controllare il calore in questi spazi. Questi sistemi di thermal management sono progettati per raccogliere il calore in spazi piccoli e densi e rifiutarlo in uno dei vari metodi, a seconda del tipo di sistema selezionato.
• Funziona 24 ore al giorno, 365 giorni all’anno, indipendentemente dalla temperatura esterna. Quando fuori è freddo, gli edifici degli uffici non richiedono AC. Ma gli spazi IT lo fanno ancora. Proprio come un negozio di alimentari ha bisogno di apparecchiature speciali per mantenere i piselli congelati anche quando sono al di sotto dello zero all’esterno, i data center e altri spazi IT hanno bisogno di un modo per rimuovere il calore indipendentemente dalla temperatura esterna. Tuttavia, la maggior parte dei sistemi di raffreddamento sono progettati per funzionare solo quando le temperature sono superiori a circa 55 gradi Fahrenheit all’esterno. Inoltre, indipendentemente dalla temperatura esterna, alcuni sistemi AC commerciali si spengono fuori orario o durante i fine settimana, lasciando apparecchiature informatiche sempre attive senza protezione.
  I sistemi di raffreddamento di tipo data center superano questi problemi e sono progettati appositamente per funzionare in qualsiasi momento, anche quando le temperature esterne scendono fino a 30 F o sono le 2 di domenica mattina. Ciò assicura che le apparecchiature siano sempre raffreddate correttamente.
• Dedica la maggior parte della loro capacità al controllo della temperatura ambiente. Con un tipico sistema di raffreddamento dell’edificio, la capacità è suddivisa tra le attività di raffreddamento della stanza e la rimozione dell’umidità (umidità) dall’aria per mantenere le persone a proprio agio durante le parti più calde dell’anno. Fino al 40% della capacità complessiva di un sistema può essere incanalato per gestire l'umidità. In tal caso, il rapporto termico sensibile è 0,60, il che significa che solo il 60% della capacità di raffreddamento è destinato a modificare la temperatura dell’aria.
  Negli spazi IT, ciò equivale a molti sprechi. Le apparecchiature IT tendono a produrre calore secco e intenso, quindi non richiedono quasi la stessa capacità per raggiungere l’umidità. In effetti, se si acquista un sistema di raffreddamento comfort da 100 kilowatt (kW) per raffreddare 100 kW di carico IT, la soluzione probabilmente si guasta poiché la capacità di raffreddamento IT del sistema sarà di soli circa 60 kW.
  La maggior parte dei sistemi di condizionamento di precisione odierni è progettata con un rapporto termico sensibile di almeno 0,90. ovvero il 90% della capacità di raffreddamento dedicata al raffreddamento delle apparecchiature IT e il restante 10% della capacità dedicata alla rimozione dell’umidità che può infiltrarsi nella stanza dall’esterno. Molti sistemi di thermal management Vertiv™ offrono un rapporto termico sensibile di 0,95.

Come funziona un sistema di thermal management di livello data center?

Anche se esistono diversi tipi di sistemi di condizionamento d'aria di precisione o di thermal management progettati per soddisfare le esigenze specifiche di una varietà di applicazioni, tutti i sistemi funzionano generalmente allo stesso modo. L’apparecchiatura fornisce una temperatura dell’aria ottimale ai ventilatori di ingresso dell’apparecchiatura IT utilizzando un’unità o unità installate nello spazio IT, sia al perimetro della stanza, nella fila, o nei rack o nel soffitto se lo spazio a pavimento è limitato. Queste unità interne utilizzano la refrigerazione o si affidano ad acqua fredda o refrigerante a base di glicole per raffreddare l’aria. Utilizzano ventilatori e flusso d’aria per guidare l’aria fredda verso i luoghi giusti.

Allo stesso tempo, l’aria calda generata dall’apparecchiatura viene raccolta e scartata dallo spazio IT. L'unità di dissipazione del calore del sistema di thermal management rimuove il calore in uno dei seguenti modi:

• Incanalandolo in un impianto ad acqua refrigerata dell'edificio. I sistemi di raffreddamento ad acqua refrigerata, come l’innovativo sistema Vertiv™ Liebert® CW, sono una buona scelta per i grandi data center che hanno accesso a un impianto ad acqua refrigerata. Per gli spazi più piccoli o gli spazi in edifici alti in cui non è possibile respingere l’aria esterna, una soluzione di raffreddamento perimetrale compatta, come Vertiv™ Liebert® PCW, o anche un sistema di raffreddamento di precisione montato a soffitto, come la versione ad acqua refrigerata di Vertiv™ Liebert® Mini-Mate a impronta zero, può raccogliere e inviare in modo efficiente il calore all’impianto ad acqua refrigerata dell’edificio tramite un comune circuito di tubazioni.
• Rifiutandolo all’aperto. I sistemi a espansione diretta raffreddati ad aria accoppiano un’unità di condizionamento dell’aria interna per sala computer (CRAC) a un’unità di dissipazione del calore esterna e utilizzano l’aria ambiente esterna per raffreddare il refrigerante. Questi sistemi, come Vertiv™ Liebert® DS, sono estremamente affidabili perché non dipendono da altri sistemi dell’edificio per raffreddare il calore scartato. Tuttavia, ogni unità richiede le proprie tubazioni e l’unità di dissipazione del calore esterna, che possono occupare spazio prezioso.
• Scartandolo in un circuito dell’acqua calda dell’edificio. I sistemi a espansione diretta raffreddati ad acqua, come Vertiv™ Liebert® PDX, collegano più unità CRAC interne a un circuito dell’acqua calda dell’edificio, solitamente un sistema a torre più fredda in cui il refrigerante viene raffreddato dall’acqua di processo. Le sale di piccole e medie dimensioni in strutture in cui esiste un sistema idrico per edifici sono buoni candidati per questa soluzione.
• Collegandosi a un raffreddatore di fluido esterno, ad esempio un raffreddatore a secco. I sistemi a espansione diretta raffreddati a glicole collegano più unità CRAC per interni a un circuito di raffreddamento a secco e a un sistema di pompaggio che fa circolare una soluzione di antigelo a glicole ad acqua calda per raffreddare il refrigerante. Le sale di piccole e medie dimensioni possono beneficiare di questi tipi di sistemi, ma deve esserci spazio sufficiente sul tetto per accogliere il raffreddatore a secco e le pompe.
• Utilizzando un liquido specifico per raffreddare direttamente l’apparecchiatura. Il raffreddamento a liquido sta emergendo come ulteriore opzione per il thermal management IT. Se hai mai bruciato male un dito, sai che l’aria (ad esempio soffiarci sopra) spesso non è sufficiente per alleviare l’ustione. Devi far scorrere il dito sotto l’acqua fredda per ottenere sollievo. I rivoluzionari sistemi di raffreddamento a liquido, come Vertiv™ Liebert® XDU e Vertiv™ Liebert® XDM, utilizzano liquidi, anziché aria, per raffreddare le apparecchiature IT e ottenere risultati migliori. Un liquido freddo viene fatto circolare negli scambiatori di calore a piastre fredde incorporati nelle apparecchiature IT. Ciò fornisce un raffreddamento estremamente efficiente, poiché il mezzo di raffreddamento va direttamente alle apparecchiature IT invece di raffreddare l’intero spazio. Tuttavia, richiede apparecchiature IT specializzate con scambiatori di calore liquidi/fluidi integrati. Il raffreddamento a liquido è più pratico per applicazioni di calcolo ad alta densità o ad alte prestazioni in cui il calore è più intenso.

Componenti aggiuntivi del sistema di Thermal Management

Oltre alle unità interne e ai componenti di dissipazione del calore, le soluzioni di thermal management spesso includono altri componenti critici o possono funzionare insieme ad altri componenti hardware e software per ottimizzare la strategia di raffreddamento. Questi componenti includono:

• Sistema di controllo: La maggior parte dei sistemi di thermal management è dotata di un livello di controllo di base che consente al personale del data center di impostare e monitorare temperatura, umidità e portata aria nello spazio IT. I controlli avanzati o intelligenti possono essere utilizzati per collegare in rete più unità in uno spazio per scopi sia di ridondanza che di efficienza. Quando le unità di condizionamento sono collegate in rete, non “combattono” né lavorano l’una contro l’altra, il che significa che alcune unità si riscaldano e si umidificano mentre altre si raffreddano e deumidificano, sprecando energia nel processo. Al contrario, le unità in rete lavorano insieme come un team per ottimizzare il raffreddamento e le prestazioni energetiche. Le unità in rete aumentano anche l’affidabilità del sistema. Se un’unità dovesse riscontrare problemi, le altre nel team non riusciranno a risolvere il problema, offrendo un ulteriore livello di protezione per le apparecchiature IT.
• Sensori: I posizionamenti strategici dei sensori negli spazi IT aiutano i responsabili dei data center a tenere sotto controllo la temperatura esatta dell’aria di alimentazione per le apparecchiature IT. Questi dati vengono utilizzati per garantire che il sistema di thermal management fornisca solo la quantità di raffreddamento necessaria, riducendo il consumo energetico e prevenendo un provisioning eccessivo.
• Monitoraggio e avvisi centralizzati e remoti: L’hardware e il software di monitoraggio adeguati mantengono il personale del data center aggiornato sulle condizioni delle sale IT, il che è particolarmente importante in caso di strutture remote o distribuite o quando il personale IT lavora fuori sede. Con la soluzione giusta, il personale IT può monitorare tutti i siti all’interno della propria rete da un’unica struttura centrale. Inoltre, molte soluzioni includono sistemi di notifica e allarme che avvisano i membri del team in caso di guasti dei componenti o condizioni ambientali che potrebbero uscire dall’intervallo operativo specificato, in modo che possano essere proattivi nell’affrontare le situazioni prima che si verifichi un problema.

Quali sono alcune delle caratteristiche più importanti di una soluzione di thermal management per data center?

Anche se i sistemi di raffreddamento devono funzionare in modo affidabile, ci si aspetta che funzionino nel modo più efficiente possibile. I sistemi di thermal management IT rappresentano circa il 38% del consumo energetico totale in un tipico data center. È imperativo scegliere un sistema di condizionamento di precisione o di thermal management progettato per garantire affidabilità ed efficienza.

Alcune caratteristiche da cercare sono:

• Ventilatori e compressori a capacità variabile. I componenti che possono adattarsi alle condizioni effettive della sala per fornire solo la quantità di raffreddamento e flusso d’aria necessaria sono fondamentali per controllare l’uso e la spesa dell’energia per garantire la sostenibilità. Ad esempio, le tecnologie dei ventilatori a velocità variabile possono modulare automaticamente su e giù, dal 25 al 100% a seconda del sistema. Abbinando l’uscita del flusso d’aria ai requisiti di carico nello spazio invece di operare al carico di picco il 100% del tempo, questi ventilatori possono ridurre il consumo energetico dei ventilatori fino al 76%.
• Doppi compressori e alimentazione elettrica per ridondanza. I sistemi di condizionamento d'aria o di gestione termica di precisione devono essere progettati per garantire un funzionamento 24 ore su 24 e per proteggere da potenziali guasti ai componenti. Cerca la ridondanza integrata per i componenti chiave. Le unità di networking insieme come team possono anche contribuire a garantire la disponibilità al 100% delle apparecchiature.
• Sistemi di economizzazione. I sistemi di economizzazione opzionali consentono alle unità di condizionamento di sfruttare le temperature dell’aria esterna del raffreddatore per soddisfare i requisiti di raffreddamento interno. Ad esempio, un economizzatore con refrigerante pompato può essere utilizzato su un sistema raffreddato ad aria, per cui una piccola pompa fa circolare il refrigerante freddo quando le temperature ambiente esterne sono sufficientemente basse. L’economizzazione è anche un’opzione nei sistemi a espansione diretta raffreddati ad acqua e raffreddati a glicole quando la temperatura dell’acqua o del glicole scende a causa delle temperature ambiente esterne fredde. Indipendentemente dal tipo di sistema, l’economizzazione riduce la quantità di raffreddamento meccanico o di refrigerazione necessaria, riducendo così significativamente il consumo energetico.
• Umidificatore opzionale. Per evitare scariche elettrostatiche che possono danneggiare i server o aumentare la capacità di raffreddamento quando si utilizza un sistema di raffreddamento evaporativo, un umidificatore può aggiungere l’umidità necessaria a un data center o a uno spazio IT.
• Filtrazione dell’aria ad alta efficienza. Ciò favorisce la pulizia dell’aria nello spazio e impedisce a polvere e detriti di compromettere le prestazioni delle apparecchiature IT sensibili.

Scegliere la soluzione di thermal management più adatta alla propria applicazione

Come illustrato in questo articolo, nella scelta di una soluzione di condizionamento di precisione o di gestione termica IT è necessario tenere conto di molti fattori. Tuttavia, nella maggior parte delle applicazioni, la scelta si riduce a tre fattori chiave:

1. Caricare nella sala. Il sistema di raffreddamento deve essere dimensionato per gestire il carico nella sala. Il carico è la somma di tutte le apparecchiature IT presenti nella sala, oltre alle luci e a qualsiasi carico causato dall’introduzione di aria esterna o dalla migrazione di calore attraverso le pareti esterne. Le apparecchiature di Thermal Management sono disponibili in diverse capacità. Vertiv offre sistemi da 2,5 a 400 kW per qualsiasi tipo di applicazione.
2. Dimensioni dello spazio e logistica. Il raffreddamento di un grande data center è ovviamente una sfida diversa rispetto al raffreddamento di un piccolo armadio di rete e lo spazio stesso determinerà il tipo di soluzione scelta. Grandi data center tradizionali con pavimenti sopraelevati possono accogliere unità di condizionamento dell’aria di precisione più grandi che possono essere installate sul perimetro della sala o nelle file. Le sale IT più piccole possono richiedere un’unità che può essere montata nel rack o sul soffitto.
3. Metodo di dissipazione del calore. Il modo in cui si rimuove il calore dallo spazio è solitamente il fattore determinante nella scelta del sistema di raffreddamento. L’opzione migliore dipende dai sistemi di costruzione disponibili (si può collegare a un impianto ad acqua refrigerata o a un sistema a torre frigorifera?) e dall’architettura della struttura (è possibile rifiutare il calore all’esterno?) Anche lo spazio a pavimento e lo spazio disponibile all’aperto e sul tetto sono importanti. Infine, se hai un’applicazione ad altissima densità, potrebbe valere la pena esaminare le soluzioni di raffreddamento a liquido emergenti che sono adatte a questi ambienti. Considerando tutti questi problemi, nonché l’efficienza, i costi operativi e le preoccupazioni ambientali, aiuterà a stabilire quale tipo di sistema di cooing di precisione o di gestione termica IT funzionerà meglio nel tuo spazio.

Il seguente grafico può aiutarvi a confrontare i diversi tipi di soluzioni disponibili e fornisce esempi di ciascuna di esse da prendere in considerazione:

Assumi il controllo del tuo ambiente IT

In ultima analisi, un sistema di thermal management completo offre molto più di un modo per raccogliere e rifiutare il calore in uno spazio IT. Anche se il controllo preciso della temperatura, mantenendo la temperatura entro uno o due gradi, non è il problema che un tempo era, il thermal management continua a svolgere un ruolo fondamentale nel funzionamento di qualsiasi data center o spazio IT. Il giusto sistema di thermal management, costituito da controlli intelligenti e sensori avanzati, funzionalità che migliorano l’efficienza e una soluzione di monitoraggio, offre al personale del data center la possibilità di gestire in modo efficiente l’ambiente e ottimizzare le prestazioni delle apparecchiature 24 ore su 24, proteggendo da guasti del sistema e costosi tempi di inattività per l’azienda.