O Guia Definitivo para Resfriamento de Racks de Servidores

A baixa eficiência de refrigeração dos racks pode causar tempo de inatividade, redução da vida útil dos equipamentos e aumento dos custos de energia. Este artigo ajuda integradores de sistemas e gerentes de infraestrutura de TI a entender os componentes e estratégias de refrigeração em nível de rack, auxiliando na seleção da solução de refrigeração adequada para o seu data center, considerando a densidade, as limitações das instalações e os objetivos operacionais de longo prazo.

O que é refrigeração de racks de servidores e por que isso é importante?

Rack de servidores O resfriamento é um sistema e método utilizado para remover o calor gerado por servidores e equipamentos de TI dentro do rack. Devido ao alto uso da CPU, ao espaço ocupado no rack e à alta densidade de componentes, a operação do seu servidor gera uma grande quantidade de calor. Portanto, você precisa encontrar uma solução de resfriamento adequada para manter uma temperatura estável e evitar o superaquecimento.

Por que isso importaO resfriamento eficaz dos seus racks de servidores previne falhas nos equipamentos, garante disponibilidade e confiabilidade, melhora a eficiência energética e também oferece suporte a implantações de alta densidade. Além disso, uma solução de resfriamento eficaz pode prolongar a vida útil dos seus equipamentos. Este é um fator crucial para garantir o desempenho, a confiabilidade e a relação custo-benefício do seu data center ou sala de servidores.

Tipos de refrigeração para racks de servidores

Resfriamento passivo

O resfriamento passivo depende da dissipação natural de calor, em vez de dispositivos mecânicos elétricos. Ele remove o calor dentro do rack do servidor por meio do projeto do fluxo de ar, condução térmica e convecção.

Esta solução de refrigeração não utiliza equipamentos de refrigeração e possui menos peças móveis, sendo, portanto, mais eficiente em termos energéticos e exigindo menos manutenção. Trata-se de uma solução de refrigeração para racks de servidores com melhor custo-benefício.

Embora seja mais econômico, sua capacidade de refrigeração é limitada, assim como sua precisão de controle. Pode ser aplicado em ambientes como pequenas salas de servidores, onde a geração de calor é relativamente baixa.

Resfriamento ativo

A solução de resfriamento ativo normalmente emprega sistemas de energia, como ventiladores, condicionadores de ar, ou bombas de líquido para remover ativamente o calor do rack de servidores. Os ventiladores ou unidades de refrigeração forçam a entrada de ar frio no rack, enquanto o ar quente é expelido ou resfriado através do sistema de troca de calor. Esta solução pode utilizar tecnologias baseadas em ar e em líquido.

Você pode usar esse método para lidar com cargas térmicas médias e altas, com altíssima eficiência de resfriamento. Ele também permite um controle preciso da temperatura e suporta maior densidade de racks, sendo amplamente aplicável na maioria dos data centers, data centers corporativos e racks de servidores de alta densidade.

No entanto, essa solução de refrigeração envolve maior consumo de energia e aumenta seus custos operacionais. Você também precisará fazer a manutenção dos equipamentos de refrigeração, como ventiladores., filtros e bombas.

O resfriamento em linha e em rack é outro método de implementação. O resfriamento em linha envolve a instalação do dispositivo de resfriamento entre os racks. O resfriamento baseado em rack integra o sistema de resfriamento dedicado dentro dos racks. Ambas as soluções de resfriamento podem reduzir a distância do fluxo de ar e melhorar a eficiência em ambientes de média e alta densidade, permitindo implementações modulares escaláveis.

Sistemas de refrigeração a ar

O resfriamento a ar é o método mais comum e econômico. O fluxo de ar controlado remove o calor do interior do equipamento, alcançando assim o efeito de resfriamento.

Ventiladores para montagem em rackEsta solução utiliza ventiladores montados em rack para puxar o ar frio da parte frontal do rack e expelir o ar quente da parte traseira. Além disso, fã O resfriamento é mais adequado para racks de baixa a média densidade, o que também facilita a instalação e a manutenção.

Configuração de corredor quente/corredor frioO método de resfriamento por corredor quente/corredor frio posiciona as entradas de ar frio em direção a um corredor e as saídas de ar quente em direção a outro. Esse método de separação reduz a mistura de ar quente e frio e melhora a eficiência do resfriamento dos racks de servidores.

Sistemas de contenção de corredoresA vedação é obtida através da adição de barreiras físicas, como portas e painéis, para separar o corredor quente do corredor frio. Este método pode melhorar o controle do fluxo de ar e reduzir o desperdício de energia. Comparado a um sistema de refrigeração de circuito aberto, este método de refrigeração permite que seu rack seja implantado com maior densidade.

Sistemas de refrigeração líquida

Se você opera em um ambiente de TI de alta densidade ou alto desempenho, o resfriamento líquido remove o calor com mais eficiência do que o resfriamento a ar.

Resfriamento direto no chipO líquido refrigerante pode ser fornecido diretamente aos componentes de alta temperatura para uma dissipação de calor eficiente, como CPUs e GPUs. Esse método é mais adequado para aplicações de alta densidade e HPC, mas também requer uma infraestrutura mais complexa.

Trocadores de calor da porta traseiraÉ necessário instalar a porta com refrigeração líquida na parte traseira do rack. O ar quente passa pelo trocador de calor, onde é resfriado antes de retornar à sala de servidores. Este método de refrigeração de rack é mais adequado para projetos de reforma, exigindo alterações mínimas nas configurações existentes.

Resfriamento por imersãoA imersão direta do servidor em líquido termicamente condutor proporciona uma eficiência de resfriamento extremamente alta. Essa abordagem permite implantações de altíssima densidade, mas exige custos mais elevados e manutenção profissional.

Componentes principais dos sistemas de refrigeração de racks de servidores

Unidades de Distribuição de Líquido Refrigerante (CDUs)

O sistema de refrigeração regula, circula e monitora o fluxo de fluido refrigerante entre as fontes de refrigeração do data center e os equipamentos de TI. A Unidade de Distribuição de Fluidos (CDU) garante que o fluido refrigerante seja fornecido na temperatura, pressão e vazão corretas, além de isolar o circuito do data center do abastecimento de água do prédio.

Unidades de refrigeração (CRAC/CRAH)

Os sistemas CRAC (Computer Room Air Conditioning) e CRAH (Computer Room Air Handler) são os principais sistemas de refrigeração disponíveis para o seu data center. O primeiro geralmente utiliza refrigeração por expansão direta com refrigerantes, enquanto o segundo utiliza sistemas de água gelada. Eles podem resfriar e circular o ar por toda a instalação, proporcionando controle consistente de temperatura e umidade. Também suportam o resfriamento em nível de sala, mas influenciam o desempenho dos racks.

Acessórios para gerenciamento de fluxo de ar

O painel de vedação preenche o espaço vazio do rack para evitar a recirculação de ar quente. O sistema de gerenciamento de cabos ajuda a organizar os cabos e evita o bloqueio do fluxo de ar. Os acessórios de vedação são usados para selar as aberturas do rack ou do piso, impedindo vazamentos de ar. Esses componentes otimizam o fluxo de ar e melhoram a eficiência da refrigeração.

Sensores de temperatura e umidade

Você pode instalar sensores de temperatura e umidade em dispositivos de monitoramento nas prateleiras e corredores. Eles podem acompanhar as condições ambientais em tempo real, ativar alertas e ajustar o sistema quando necessário. Você também pode integrar os sensores com o DCIM ou software de monitoramento.

Principais fatores a considerar na escolha de uma solução de refrigeração para racks de servidores

Carga térmica e densidade de potência

Quanto maior o consumo de energia no rack, mais calor será removido. Em um ambiente de baixa densidade, uma solução padrão de refrigeração a ar é suficiente. Se a densidade aumentar, será necessário utilizar equipamentos para fornecer refrigeração diretamente às unidades específicas do rack onde o calor está concentrado.

Dimensões e layout do rack

O tamanho do rack, incluindo altura (U) e profundidade, determina o fluxo de ar através dos equipamentos e onde o calor se acumula. Normalmente, um rack de 42U consegue um bom equilíbrio entre capacidade e fluxo de ar em uma configuração de densidade média. Um rack de 48U requer maior capacidade de refrigeração, mas também oferece mais espaço.

Além disso, o layout da estante também afeta o desempenho de refrigeração. Alinhar corretamente o corredor quente e o corredor frio pode direcionar o ar frio para a frente da estante de forma eficaz, sem misturá-lo com o ar quente expelido da parte traseira.

O mais importante é que o espaço no rack, a disposição dos cabos e a localização dos dispositivos de refrigeração afetam a circulação do ar. Um layout bem planejado permite um fluxo de ar consistente e facilita a integração de soluções de refrigeração locais. Isso possibilita um controle térmico mais preciso do seu data center ou infraestrutura de TI.

Requisitos de Eficiência Energética

A eficiência energética está diretamente relacionada aos seus custos operacionais a longo prazo. Os sistemas de refrigeração geralmente representam uma grande parte do consumo de energia do seu data center. Projetos ineficientes certamente levarão a altas despesas operacionais. Você pode concentrar a capacidade de refrigeração nas áreas onde ela é necessária, o que pode reduzir efetivamente o desperdício de energia.

Isso não só melhorará a eficiência operacional geral do seu sistema, como também reduzirá o custo total de propriedade ao longo do tempo.

Escalabilidade e Expansão Futura

Com o tempo, a carga de TI tende a aumentar ou evoluir. Soluções de refrigeração flexíveis permitem que sua empresa expanda a capacidade sem grandes alterações na infraestrutura. Você pode optar por sistemas modulares ou escaláveis, que evitam projetos que exigem grandes reformulações para atualizações.

Custo (CAPEX vs OPEX)

Equilibrar o investimento inicial (CAPEX) e o custo operacional (OPEX) é fundamental para avaliar o custo do resfriamento de racks de servidores. O CAPEX inclui os investimentos iniciais em equipamentos de refrigeração, instalação e atualizações de infraestrutura, enquanto o OPEX cobre os custos contínuos, como consumo de energia, manutenção e operação do sistema ao longo do tempo.

Os sistemas tradicionais de refrigeração a ar exigem um investimento inicial relativamente baixo, mas apresentam baixa eficiência na gestão do fluxo de ar e maior consumo de energia. As soluções de refrigeração localizada, por sua vez, exigem um custo inicial mais elevado, porém oferecem maior eficiência de refrigeração e reduzem os custos operacionais totais ao longo de todo o ciclo de vida do sistema.

Com o aumento da densidade de racks, você pode investir antecipadamente em tecnologias de refrigeração eficientes e oferecer suporte a soluções de implantação modular. Mesmo com a expansão gradual da sua empresa, você consegue equilibrar CAPEX e OPEX.

Como calcular os requisitos de refrigeração de um rack de servidores?

Carga térmica determinada

Primeiramente, determine o consumo total de energia de todos os dispositivos em seu rack e, em seguida, converta-o em um valor de dissipação de calor. Como regra geral, 1 kW de consumo de energia de equipamentos de TI gera aproximadamente 3.412 BTU/h de carga térmica. Você pode usar essa fórmula para definir uma meta clara para suas necessidades de capacidade de refrigeração.

No ambiente operacional real, as perdas do seu UPS, a iluminação ou equipamentos próximos também podem gerar cargas adicionais. Inclua esses fatores no cálculo para evitar subestimar as necessidades de refrigeração.

Adicione uma margem de segurança.

Para verificar se seu equipamento pode operar de forma estável, recomenda-se adicionar uma margem de segurança de 20% à carga térmica total calculada, para levar em consideração a expansão futura, picos de carga e variações ambientais.

Avaliar os requisitos de fluxo de ar

É necessário garantir a diferença de temperatura entre os pontos de entrada e saída do rack. Essa condição determina o fluxo de ar. A diferença de temperatura geralmente varia de 10 °C a 20 °C. Um fluxo de ar adequado garante a dissipação eficaz do calor do equipamento e evita pontos quentes.

Considere os fatores ambientais e de layout.

Você também precisa verificar os resultados dos seus cálculos com base no layout da sala, na disposição dos racks, na estratégia de contenção e na temperatura ambiente. Esses fatores afetarão o desempenho real do resfriamento e podem exigir ajustes no cálculo inicial.

Perguntas frequentes

Como o resfriamento dos racks de servidores impacta o PUE geral do data center?

O resfriamento eficiente em nível de rack pode melhorar o PUE por meio do resfriamento localizado, reduzindo o desperdício de energia causado pelo resfriamento excessivo de toda a sala. O fluxo de ar é aprimorado, separando efetivamente o ar quente do ar frio, reduzindo a energia necessária para manter a temperatura operacional segura e, consequentemente, resultando em um valor de PUE mais baixo.

O resfriamento líquido é melhor que o resfriamento a ar?

O resfriamento líquido é mais eficiente que o resfriamento a ar, especialmente em ambientes de alta densidade ou alto desempenho. O resfriamento líquido dissipa o calor de forma eficaz e suporta cargas térmicas mais elevadas. O resfriamento a ar é mais simples, menos dispendioso e pode ser aplicado na maioria das aplicações padrão, sendo a opção mais comum.

Como a densidade de racks influencia a seleção da estratégia de resfriamento?

A densidade do rack determina diretamente a quantidade de calor dissipada, o que afeta diretamente o seu plano de resfriamento. Racks de baixa densidade (<5 kW/rack) geralmente utilizam métodos padrão de resfriamento a ar. Racks de densidade média (5-15 kW/rack) exigem fluxo de ar e contenção aprimorados. Racks de alta densidade (>15 kW/rack) geram mais calor, portanto, precisam utilizar resfriamento líquido ou resfriamento em linha para manter uma temperatura segura.

Qual a diferença entre refrigeração de rack de servidores e refrigeração de sala de servidores?

Os métodos e locais de resfriamento são diferentes. O resfriamento de racks de servidores concentra-se na remoção do calor do nível do rack e no fornecimento direto de resfriamento aos equipamentos. Isso é mais adequado para ambientes de alta densidade ou com pontos de calor localizados.

O resfriamento da sala de servidores utiliza principalmente sistemas CRAC ou HVAC para controlar a temperatura de todo o ambiente. Eles resfriam diretamente toda a sala, sem direcionar o resfriamento para fontes específicas.

Considerações finais

A operação em baixa temperatura é benéfica para seus equipamentos de rack e prolonga sua vida útil. A KDM oferece diferentes tipos de racks para servidores que favorecem a dissipação de calor e soluções adequadas de refrigeração. Além disso, também oferecemos serviços completos de personalização. Se precisar, entre em contato. Contate-nos agora.