Qual é a solução de refrigeração mais eficiente para pequenos centros de dados?

As soluções de refrigeração afetam a vida útil do hardware do data center, os custos operacionais e o tempo de atividade. Qual solução de refrigeração é mais adequada para pequenos data centers? Este artigo ajudará você a entender e escolher uma solução de refrigeração eficiente para o seu projeto, considerando o desempenho, o espaço disponível e o orçamento.

Opções de soluções de refrigeração para data centers

A solução de refrigeração adequada pode garantir a operação estável, a eficiência energética e a escalabilidade a longo prazo do seu pequeno data center. Dependendo da sua carga de TI, das restrições de espaço e do orçamento, diferentes opções de refrigeração apresentam vantagens e limitações distintas. Aqui está uma visão geral completa das soluções de refrigeração:

Soluções de resfriamento a ar

O resfriamento a ar é o método de resfriamento mais tradicional e amplamente utilizado em data centers. Ele utiliza principalmente o ar como meio de troca de calor. condicionadores de ar, fãs, e aberturas de ventilação para manter a temperatura estável no centro de dados. Os diferentes tipos podem ser classificados de acordo com a distância entre o local de instalação do equipamento de refrigeração e o gabinete:

Solução de resfriamento de ar para ambientes (sistemas CRAC e CRAH)

O resfriamento de ambientes é o método mais tradicional. Unidades de refrigeração são normalmente instaladas ao redor do perímetro do data center para regular a temperatura geral do ambiente. Sistemas de refrigeração comuns incluem condicionadores de ar para salas de servidores (CRAC) e unidades de tratamento de ar para salas de servidores (CRAH).

Como funcionaO sistema de refrigeração fornece ar frio para toda a sala, fazendo-o circular pelos racks de servidores. O ar quente retorna à unidade de refrigeração para ser resfriado. Os sistemas CRAC geralmente utilizam compressores para resfriamento por expansão direta. As unidades CRAH utilizam serpentinas de água gelada para resfriar o ar.

Prós:

• Investimento inicial menor
• Design mais simples e fácil instalação.
• Adequado para adaptação de espaços existentes.

Contras:

• A mistura de ar quente e frio causa menor eficiência.
• Menor eficiência para racks de alta densidade
• Maior consumo de energia ao longo do tempo
• É difícil controlar o fluxo de ar com precisão.

AplicaçõesEsta solução de refrigeração é muito adequada para aplicação em salas de servidores pequenas, ambientes de baixa densidade ou instalações com orçamentos limitados.

Solução de resfriamento em linha

O sistema de refrigeração em linha é instalado diretamente no meio ou em ambas as extremidades do rack de servidores. Isso permite que o resfriamento fique mais próximo da fonte de calor, aumentando a eficiência da refrigeração. Você pode combiná-lo com o confinamento de corredor frio/quente para uso posterior.

Como funcionaUm dispositivo de refrigeração captura o ar quente das prateleiras adjacentes e o resfria. Em seguida, o dispositivo devolve o ar para o corredor frio. Isso pode ajudar a minimizar a mistura do ar.

Prós:

• Maior eficiência energética do que sistemas instalados em ambientes fechados.
• Melhor controle do fluxo de ar e consistência de temperatura
• Design escalável e modular
• Redução de pontos críticos

Contras:

• Custo mais elevado do que o resfriamento a ar tradicional.
• Requer planejamento cuidadoso do layout.
• Ocupam espaço valioso nas prateleiras.

AplicaçõesVocê pode aplicar essa solução de resfriamento em ambientes de média densidade, data centers de pequeno ou grande porte. Se você precisa de instalações com maior eficiência de resfriamento sem uma reformulação completa, pode usar essa solução.

Solução de resfriamento baseada em rack

As soluções de refrigeração baseadas em racks são integradas diretamente a uma única unidade de rack. Elas fornecem principalmente refrigeração local para seus equipamentos específicos. Esse método de refrigeração para data centers também é chamado de refrigeração acoplada.

Como funcionaA unidade de refrigeração opera ao nível do rack. Ela remove o calor da fonte antes que ele se espalhe pelo ambiente.

Prós:

• Alta eficiência de resfriamento
• Controle preciso de temperatura
• Menor complexidade com gerenciamento de fluxo de ar

Contras:

• Custo operacional mais elevado
• Adequação limitada para implantações em larga escala.
• Requerem manutenção em várias unidades distribuídas.

AplicaçõesO resfriamento baseado em rack é adequado para aplicações em data centers de borda, micro data centers e racks de alta densidade em espaços limitados. Para um ambiente modular e confinado, um sistema de resfriamento baseado em rack também é a escolha ideal.

Soluções de resfriamento líquido

O resfriamento líquido baseia-se no princípio de que os líquidos possuem maior condutividade térmica e capacidade de aquecimento do que o ar. O resfriamento líquido apresenta maior eficiência na transferência de calor do que o resfriamento a ar, permitindo o resfriamento eficiente de racks de alta densidade. Isso reduz a necessidade de fluxo de ar e o alto consumo de energia dos ventiladores em pequenos data centers.

Solução de Trocadores de Calor de Porta Traseira (RDHx)

Como funcionaÉ necessário instalar um trocador de calor com refrigeração líquida na porta traseira do rack de servidores. O ar quente sai do rack e passa por um trocador de calor, onde a água de refrigeração em circulação remove o calor.

Prós:

• Fácil integração em sistemas de refrigeração a ar existentes.
• Conseguir alterações mínimas nos equipamentos de TI
• Redução das necessidades de refrigeração ao nível do ambiente
• Menor risco (em comparação com sistemas de injeção direta de líquidos)

Contras:

• Parcialmente dependente do fluxo de ar
• Eficiência limitada (em comparação com o resfriamento direto do chip)
• Requer infraestrutura de água gelada

AplicaçõesEssa solução de refrigeração é ideal se você não puder modificar a organização do fluxo de ar em uma sala de servidores de um pequeno data center. Além disso, ela pode ser aplicada em racks de média a alta densidade ou em projetos onde o tempo para modificações é limitado.

Solução de resfriamento líquido/resfriamento por placa fria diretamente no chip

Como funcionaO líquido refrigerante é fornecido diretamente à placa fria instalada no componente de alta temperatura (CPU, GPU). O calor é absorvido e dissipado através do sistema de circulação de líquido. Essa solução de resfriamento normalmente requer uma unidade de distribuição de líquido refrigerante (CDU) para isolar os lados primário e secundário.

Prós:

• Resfriamento de altíssima eficiência e precisão.
• Suporte para racks de altíssima densidade
• Reduz o uso da ventoinha do servidor e o consumo de energia.
• PUE mais baixo

Contras:

• Servidores modificados necessários
• Custo inicial mais elevado
• Instalação e manutenção mais complexas

AplicaçõesEste método de resfriamento é adequado para cargas de trabalho de IA e clusters de GPUs. Também pode ser aplicado em data centers de computação de alto desempenho e alta densidade.

Solução de resfriamento por imersão

Como funcionaO resfriamento por imersão requer que você submerja seu servidor em um líquido não condutor. O calor é transferido diretamente do componente para o líquido, que é então resfriado por um trocador de calor. O resfriamento por imersão é dividido em imersão monofásica (o líquido permanece líquido o tempo todo) e imersão bifásica (o líquido ferve e condensa para remover o calor).

Prós:

• Máxima eficiência de resfriamento
• Capaz de lidar com densidades extremamente altas
• Sem ventiladores e com gerenciamento de fluxo de ar.
• Sem ruído

Contras:

• Custo elevado e infraestrutura especializada
• Manutenção complexa
• Requisitos elevados para servidores personalizados
• Compatibilidade limitada com hardware padrão

AplicaçõesEste método de resfriamento é aplicado principalmente em data centers de última geração ou data centers com espaço limitado e implantação de alta densidade. Para data centers pequenos, pode não ser adequado.

Soluções de resfriamento gratuitas

O resfriamento gratuito é uma das maneiras mais eficientes em termos de energia para gerenciar o calor em pequenos data centers. Ele não depende de refrigeração mecânica, mas utiliza água ou ar resfriados naturalmente pelo ambiente externo para dissipar o calor. Isso reduz o consumo de energia e os custos operacionais do seu data center. No entanto, sua viabilidade depende das condições climáticas locais.

Solução de resfriamento direto sem ar

Como funcionaO ar frio externo é aspirado para dentro do centro de dados. Após ser filtrado, esse ar é utilizado para resfriar os equipamentos de TI. Em seguida, o ar quente é removido do ambiente.

Prós:

• Economizando energia
• Baixo custo operacional
• Não há necessidade de compressores.

Contras:

• Requisito de filtragem avançada
• Controle de umidade difícil
• Risco de introdução de poluentes
• Não aplicável em todos os climas.

Solução de resfriamento evaporativo

Como funcionaResfriar o ar usando um meio saturado de água. A evaporação reduz a temperatura do ar antes de entrar no centro de dados.

Prós:

• eficiência energética
• Muito eficaz (em clima seco)

Contras:

• Aumente os níveis de umidade.
• Necessidade de abastecimento e tratamento de água

O resfriamento gratuito é mais adequado para pequenos centros de dados em climas mais frios ou quando é necessário reduzir os custos de energia. Você também pode integrar o resfriamento gratuito com outros métodos de resfriamento para melhorar a eficiência.

Principais fatores que influenciam a eficiência do seu sistema de refrigeração

Carga de TI e Densidade de Potência

Densidades mais altas exigem métodos de resfriamento mais eficientes. Capacidade de resfriamento insuficiente ou distribuição inadequada do fluxo de ar podem causar pontos quentes. Seu método de resfriamento precisa ser compatível com a densidade do seu rack.

Projeto e posicionamento do sistema de refrigeração

O tipo, o layout e o posicionamento do dispositivo de refrigeração afetarão a eficiência de resfriamento do data center. Incompatibilidades entre os tipos e layouts dos sistemas do data center podem degradar o desempenho.

Condições ambientais

As condições ambientais dentro e fora do data center influenciam a eficiência do resfriamento, incluindo temperatura e umidade. Altas temperaturas externas aumentam a necessidade de refrigeração. Além disso, a eficiência do resfriamento gratuito depende do clima.

Idade do equipamento

Equipamentos mais antigos em data centers geralmente geram mais calor. Isso aumenta a necessidade de refrigeração. Portanto, a eficiência energética precisa ser levada em consideração ao escolher opções de refrigeração.

Como escolher a solução de refrigeração mais eficiente para pequenos centros de dados?

Avaliar a densidade de carga de TI

É necessário calcular a carga do equipamento do rack (kW). Normalmente, o resfriamento ambiente é suficiente para racks de baixa densidade. Para racks de densidade média, pode-se optar por resfriamento em linha. Já para racks de alta densidade, pode-se escolher resfriamento baseado no rack ou resfriamento líquido.

Avaliar restrições de espaço

Pequenos data centers geralmente têm espaço físico limitado. Isso afeta diretamente o fluxo de ar de refrigeração e o projeto do sistema. Se o data center tiver espaço limitado no piso, você pode considerar soluções de refrigeração baseadas em racks ou em fileiras. Se não houver piso elevado, você precisa evitar sistemas que dependem do fluxo de ar sob o piso. Se o ambiente for compacto, a refrigeração de acoplamento fechado é uma escolha melhor.

Analise seu orçamento

O custo da solução de refrigeração inclui tanto o custo inicial quanto o custo operacional. Se o seu orçamento for limitado, você pode optar por um método de refrigeração com custos iniciais mais baixos. Se o seu orçamento for suficiente, você deve se concentrar mais no valor a longo prazo.

Considere as condições ambientais locais

O clima afeta diretamente o desempenho e a eficiência do resfriamento de data centers. Climas frios são mais adequados para resfriamento gratuito. Climas quentes e úmidos dependem mais de sistemas híbridos ou equipamentos de resfriamento convencionais.

Plano para o crescimento futuro

Seu sistema pode se expandir no futuro. Portanto, as necessidades de refrigeração do data center também aumentarão proporcionalmente. Considerando essas necessidades futuras, você pode priorizar sistemas modulares e escaláveis para manter uma eficiência de refrigeração estável.

Escolha o tipo de refrigeração mais adequado à sua aplicação.

Se você escolher uma solução de refrigeração para uma sala de servidores pequena, o resfriamento baseado na sala com otimização do fluxo de ar é uma boa opção. Já para um data center pequeno em crescimento, você pode optar pelo resfriamento em linha. De modo geral, sua solução de refrigeração deve atender às necessidades da sua aplicação.

Melhores práticas para melhorar a eficiência do resfriamento

Muitos data centers de pequeno porte podem reduzir o consumo de energia e melhorar o desempenho do sistema de refrigeração de algumas maneiras. Por exemplo, a implementação de contenção de corredores quentes/frios melhora a eficiência do sistema de refrigeração e evita a mistura do ar de refrigeração. Além disso, é possível usar uma vedação com painel cego para controlar o fluxo de ar.

Para pequenos centros de dados, também é possível monitorar e gerenciar as condições ambientais usando sensores e softwares. Além disso, é possível melhorar a eficiência do resfriamento utilizando ventiladores de velocidade variável e controles inteligentes, otimizando o gerenciamento de cabos e realizando manutenções regulares.

Perguntas frequentes

Será que melhorar o fluxo de ar por si só pode reduzir os custos de refrigeração?

Sim. Melhorar o fluxo de ar pode reduzir os custos de refrigeração em 10%-30%. Um fluxo de ar otimizado elimina pontos quentes, impede a mistura de ar quente e frio e garante uma distribuição eficiente do ar. Isso ajuda a reduzir o consumo de energia e a melhorar a eficiência da refrigeração.

O resfriamento líquido é muito complexo para pequenos centros de dados?

A complexidade do resfriamento líquido depende da sua aplicação. Por exemplo, os modernos sistemas de resfriamento líquido direto no chip são mais modulares e fáceis de implementar. No entanto, sua implementação ainda é mais complexa do que a do resfriamento a ar. Para data centers de alta densidade, uma maior eficiência de resfriamento é mais importante do que a complexidade.

Quais ferramentas de monitoramento são usadas para otimização do resfriamento?

As ferramentas de monitoramento incluem sensores de temperatura e umidade, sensores de fluxo de ar, software DCIM, BMS e muito mais. Essas ferramentas permitem a otimização do resfriamento com base em dados, melhorando o desempenho e reduzindo o consumo de energia.

Quais são as tecnologias atuais de resfriamento sustentável para data centers?

As tecnologias atuais de resfriamento sustentável para data centers priorizam a manutenção do desempenho, ao mesmo tempo que reduzem o consumo de energia e o impacto ambiental. As principais tecnologias incluem soluções de resfriamento baseadas em inteligência artificial, sistemas de resfriamento modulares, chillers resfriados a ar com refrigerantes de baixo GWP (Potencial de Aquecimento Global), sistemas de resfriamento híbridos e muito mais.

Considerações finais

A KDM é uma fabricante profissional de personalização de gabinetes elétricos. Nosso compromisso é fornecer uma variedade de soluções personalizadas. gabinetes elétricos e acessórios relacionados para a construção do seu data center e infraestrutura de TI. Além disso, oferecemos serviços personalizados. Entre em contato conosco hoje mesmo para discutir suas necessidades de gabinetes e refrigeração personalizados.