Sistema Modular de Contenção para Data Center: Guia de Engenharia e Integração

Por que um Sistema de Contenção de Data Center Modular Precisa de Mais do Que Barreiras Físicas

Um sistema modular de contenção para centros de dados é mais do que painéis de cobertura, portas e barreiras laterais. Seu principal objetivo é gerenciar o fluxo de ar de alimentação para os equipamentos de TI e o retorno do ar quente exaurido para os equipamentos de refrigeração. Uma má gestão pode fazer com que o ar frio contorne os equipamentos de TI e/ou cause a mistura do ar quente exaurido com o ar de alimentação. Como resultado, racks individuais de equipamentos podem apresentar pontos quentes, e o centro de dados como um todo pode ainda não ser resfriado adequadamente. Ao projetar centros de dados modulares, todos os equipamentos devem ser cuidadosamente integrados para garantir que caibam dentro de uma área definida. O sistema modular de contenção para centros de dados deve ser projetado para gerenciar o fluxo de ar quente e frio, ao mesmo tempo em que permite aos técnicos do centro de dados acessar os equipamentos para instalação de cabos, substituição de equipamentos e manutenção. O sistema também deve facilitar o fluxo para os primeiros socorristas em caso de emergência. A contenção deve ser projetada para funcionar em conjunto com o fluxo real de ar, as dimensões dos racks de servidores, o posicionamento dos equipamentos e das unidades de refrigeração. A ZTMMDC é uma empresa de centros de dados modulares que implementa contenção de corredores quentes ou frios em seus projetos de centros de dados. A ZTMMDC integra esses sistemas de contenção com outros elementos de centros de dados modulares, tais como racks, refrigeração, distribuição de energia, supressão de incêndios e sistemas de controle/monitoramento. Esta empresa ’sua abordagem é benéfica quando os designs de data centers modulares têm restrições de espaço e precisam ser flexíveis para aumentar a capacidade computacional.

Ela depende de muitos fatores, incluindo como o sistema é comissionado e operado. Isso inclui como as vedações são instaladas entre os painéis, o equilíbrio do fluxo de ar e o controle do resfriamento, o arranjo dos equipamentos e como o sistema é operado. O objetivo é criar um ambiente térmico estável e previsível, em vez de simplesmente envolver uma fileira de racks.

Projeto Estrutural, Vedação de Painéis e Detalhes Práticos de Instalação

Projetar um sistema modular de contenção para data centers exige considerar diversos fatores além do peso dos painéis. Os engenheiros devem levar em conta o posicionamento dos pontos de suporte, o movimento das portas, o alinhamento dos painéis, aberturas para controles e cabos, as cargas geradas durante a instalação e a manutenção, painéis e componentes suspensos ou instalados no teto, bem como a facilidade de manutenção das dobradiças e fechaduras dos painéis de acesso. Condições sísmicas e disposições especiais de segurança contra incêndio exigem uma análise mais detalhada da estrutura, das conexões, dos suportes e da configuração do sistema de contenção. Não existe uma única configuração de contenção capaz de atender a todos os requisitos de cada local. Por isso, os engenheiros devem analisar as lacunas e interfaces no teto, na estrutura de contenção e nas partes superiores e laterais dos racks de equipamentos.

Aberturas não vedadas permitem que o ar de retorno e o ar de suprimento se misturem, reduzindo a eficácia da contenção. Obstruir a ventilação exigida ou o acesso para manutenção e para os sistemas de segurança do edifício é inaceitável. Equilibrar esses requisitos concorrentes exige a integração do fornecedor de contenção, engenheiros de refrigeração e elétricos, engenheiro de proteção contra incêndios e outras partes interessadas na revisão do projeto. Para um centro de dados modular integrado à fábrica, algumas dessas interfaces podem ser avaliadas antes do embarque, ajudando a reduzir a necessidade de alterações improvisadas no local.

O sistema de contenção do data center modular, após a entrega no local, deve ser avaliado quanto à continuidade da vedação, ao funcionamento das portas, ao alinhamento e à fixação dos painéis, à integridade das vedações, etc., antes da instalação dos racks. A configuração final dos racks deve estar alinhada com os sistemas de proteção contra incêndio e outros sistemas de segurança do edifício. É mais prudente presumir que um conjunto de componentes individuais, inter-relacionados e integrados não garante, por si só, que o sistema global esteja em conformidade com os requisitos.

Utilização da análise de fluxo de ar e da dinâmica de fluidos computacional (CFD) para identificar riscos térmicos antes da implantação

A CFDIM envolve diversas ferramentas para simular e otimizar sistemas, incluindo corredores frios de centros de dados. Essas ferramentas permitem que engenheiros identifiquem onde os pontos quentes são mais prováveis de ocorrer e como o fluxo de ar se distribui por todo o centro de dados. Os engenheiros precisam inserir muitos detalhes na simulação CFD para obter resultados precisos. Se o modelo considerar as cargas térmicas uniformes em todos os racks, mas, no ambiente real, houver alguns racks com diversos servidores de alta densidade, esse modelo não simulará com precisão o cenário de falha mais provável. A modelagem CFD permite que os engenheiros simulem cenários realistas, como desvio de ar e racks parcialmente preenchidos. Eles podem determinar o fluxo de ar através dos racks, bem como o fluxo de ar pelos caminhos de suprimento e retorno. Usando essas ferramentas, os engenheiros podem avaliar o sistema sob condições de pico esperadas e identificar o que ocorre caso uma unidade de refrigeração saia do ar. Essas ferramentas ajudarão a determinar onde ocorrerão os pontos quentes 'térmicos' no centro de dados.

O capítulo do Manual ASHRAE sobre centros de dados e instalações de telecomunicações explica que a CFD pode ajudar a prever o desempenho de refrigeração. Contudo, isso depende da precisão do modelo CFD na representação do espaço e dos dispositivos que influenciam o fluxo de ar. Trata-se de uma limitação crítica. Uma simulação excessivamente complexa e visualmente detalhada não será confiável apenas por utilizar um pacote de software avançado. Imagine uma análise técnica de um centro de dados modular de borda. Duas prateleiras no centro de dados apresentam cargas térmicas significativamente maiores do que as demais prateleiras, e foi solicitada a contenção para resolver o problema.

Devem ser feitas comparações úteis entre o mapa térmico do rack e o posicionamento das unidades de refrigeração. Deve-se analisar a recirculação próxima ao topo dos racks e nas extremidades das filas. Deve-se analisar se o fluxo de ar de suprimento atinge as entradas dos servidores. O sistema de contenção deve ser modificado com base nos resultados previstos e verificado contra os resultados medidos durante a fase de comissionamento. Se forem consultados sensores de temperatura em entradas representativas de racks e alarmes das unidades de refrigeração, a equipe poderá avaliar se as condições modeladas representam as condições reais.

Integração do Resfriamento In Row com a Arquitetura de Contenção

O confinamento e o resfriamento devem ser integrados como um único sistema de gerenciamento térmico. Um sistema modular de confinamento para data centers pode separar o ar de suprimento do ar quente de exaustão, mas não consegue compensar capacidade insuficiente de resfriamento, direção incorreta do fluxo de ar ou controles mal projetados. A série HM In Row Cooling da ZTMMDC traz unidades de resfriamento de precisão entre os racks de servidores, reduzindo assim a distância que o ar de suprimento precisa percorrer. Ela foi projetada para aplicações em data centers de densidade média a alta e pode ser configurada com expansão direta ou água gelada, conforme o modelo selecionado. As folhas de especificações publicadas indicam uma faixa de resfriamento de 15 a 62,6 kW para a série ZT HM12R a 60R e de 32,9 a 61,4 kW para a série ZT HM30RC a 80RC com água gelada. A seleção real deve depender do modelo, das condições operacionais, da exigência de resfriamento e da carga térmica esperada no local.

Ventiladores EC com controle contínuo e compressores de frequência variável estão disponíveis em determinados modelos e vêm com uma tela sensível ao toque de 7 polegadas. Esses ventiladores podem ser conectados via barramento CAN para controle em grupo de até 32 unidades e possuem recursos para diagnóstico e manutenção. Fontes de alimentação duplas e sensores de vazamento de água estão disponíveis como opções. As unidades são modulares e podem ser configuradas para fluxo de ar superior, frontal ou lateral; no entanto, a configuração deve levar em conta a entrada e saída de ar do equipamento, bem como o layout do sistema de contenção. Durante a integração, também devem ser consideradas a posição das unidades de refrigeração e a coordenação dos espaços necessários para manutenção, em relação à gestão de condensado, conexões elétricas, sensores e controle.

Os engenheiros devem determinar como o sistema de refrigeração responde às alterações na carga de TI e se o sistema de monitoramento consegue detectar temperaturas anormais na entrada, alarmes de refrigeração e falhas de comunicação. Durante uma revisão de projeto, os engenheiros garantiriam que a manutenção possa ser realizada nas prateleiras sem perturbar equipamentos adjacentes e que os caminhos de fluxo de ar sejam adequados. O sistema final deve ser validado com verificações funcionais e comissionamento no local, em vez de presumir que o sistema está operando conforme o previsto com capacidade nominal de refrigeração.

Integração na Fábrica, Comissionamento e Verificação do Desempenho a Longo Prazo

Um sistema confiável de contenção para centros de dados modulares deve ser avaliado durante as fases de projeto, integração na fábrica, transporte e comissionamento no local. Durante a integração na fábrica, a inspeção deve avaliar as dimensões das aberturas dos painéis e dos fixadores, o alinhamento das dobradiças e do fechamento das portas, os espaços livres de acesso, as interfaces dos sensores e das unidades de refrigeração, o roteamento dos cabos, a coerência do layout montado com os desenhos aprovados e a operação de teste dos sistemas de contenção e refrigeração. Quando os sistemas são fornecidos como unidade, o plano de testes deve avaliar as funções do sistema que podem ser demonstradas antes do transporte, bem como aquelas que dependem das condições locais e do estado dos sistemas de TI integrados. As operações básicas de refrigeração e controle podem ser testadas antes do transporte, mas a temperatura final da sala e a distribuição do fluxo de ar podem depender das condições locais. Após a instalação, o comissionamento deve avaliar as vedações dos painéis e o funcionamento das portas, a operação das unidades de refrigeração e se a temperatura do ar de admissão nos racks está dentro dos limites especificados para os equipamentos de TI. Verificações térmicas devem ser realizadas sempre que possível, e as condições operacionais relevantes devem ser documentadas. Se o local apresentar diferentes modos operacionais, o comissionamento deve ser realizado nas condições mais exigentes.

O Uptime Institute descreve estratégias fundamentais para a gestão e melhoria dos sistemas de refrigeração de centros de dados. Essas estratégias concentram-se na gestão do fluxo de ar, no monitoramento e na metodologia. São relevantes ao avaliar centros de dados modulares; embora um centro de dados modular bem projetado possa ser mais eficiente em comparação com a construção tradicional, muitos dos mesmos princípios ainda se aplicam. Também é recomendável manter documentação como plantas aprovadas, listas de equipamentos de refrigeração, registros de testes, localizações de sensores, configurações de alarmes e instruções de manutenção.

Há inúmeros exemplos do mundo real em que a suposição de desempenho ideal do sistema após uma alteração na ocupação resultou em problemas que se tornaram imediatamente aparentes após uma atualização para um rack diferente. Durante as avaliações de centros de dados modulares, um layout específico da configuração, baseado em contenção do sistema de refrigeração, juntamente com a respectiva justificativa, documentação dos componentes principais, registros de inspeção provenientes da fábrica, procedimentos para a colocação em serviço e uma definição clara das responsabilidades do cliente constituem as provas mais valiosas fornecidas pelo fornecedor. ZTMMDC e as séries HM de refrigeração em fila são alguns dos produtos que podem auxiliar projetos que exigem uma solução modular e integrada de centro de dados e refrigeração. Em todos os casos, o desempenho real do sistema deve ser comparado ao projeto, aos equipamentos instalados, às condições operacionais e aos testes realizados.

Perguntas frequentes

P1: O que faz um sistema modular de contenção para centros de dados?

Ele separa os caminhos do fluxo de ar de alimentação e de retorno para reduzir a mistura indesejada, ajudar a fornecer ar refrigerado às entradas dos servidores e gerenciar o ar quente de exaustão. Seu desempenho depende do layout dos racks, da vedação, do projeto de refrigeração e dos controles operacionais.

P2: A contenção de corredor quente é melhor do que a contenção de corredor frio?

Nenhum dos dois arranjos é universalmente superior. A escolha correta depende da arquitetura de refrigeração, do layout dos racks, dos requisitos de manutenção, do projeto de proteção contra incêndio e da forma como a instalação operará.

P3: Por que a análise CFD é útil para centros de dados modulares?

A CFD pode identificar potenciais pontos quentes, fluxos de ar de derivação e recirculação de exaustão antes da implantação. Suas previsões dependem de geometria precisa, dados de carga térmica, suposições sobre o fluxo de ar e validação adequada.

P4: Como o resfriamento em linha apoia a contenção?

O resfriamento em fileira posiciona equipamentos de refrigeração próximos aos racks de servidores. Quando coordenado adequadamente com a contenção e a direção do fluxo de ar, pode ajudar a lidar com cargas térmicas localizadas e reduzir deslocamentos desnecessários de ar.

P5: O que os compradores devem verificar antes de aceitar o sistema?

Revise o layout aprovado, a vedação dos painéis, o funcionamento das portas, a capacidade de refrigeração, a configuração do fluxo de ar, as funções de monitoramento, os registros de testes de fábrica e os resultados de colocação em operação sob condições operacionais representativas operating conditions.