Melhorar a eficiência do centro de dados com tecnologias de arrefecimento avançadas

A capacidade dos centros de dados está a crescer rapidamente, mas por cada MB de dados transmitidos, ou operação de ponto flutuante (FLOP) realizada pela IA, é utilizada mais energia. Nos centros de dados, apenas 60-80% da energia total é utilizada para fazer funcionar o hardware do servidor e o equipamento de TI; em vez disso, 20-40% da energia é utilizada para arrefecer o hardware crítico do servidor. Os centros de dados mais recentes, que utilizam uma refrigeração altamente eficiente, consomem atualmente apenas 10% da energia total para refrigeração. Isto é conseguido, em grande parte, através de tecnologias de arrefecimento livre ou evaporativo altamente avançadas e eficientes.

Um olhar aprofundado sobre os sistemas de resfriamento livre, evaporativo, adiabático e mecânico

• Free Cooling (FC): Conhecido como "modo economizador", este método usa ar externo para ajudar no resfriamento do data center, contornando a necessidade de sistemas de resfriamento mecânico ou sistemas evaporativos que consomem muita energia. Este modo é particularmente eficaz durante os meses mais frios ou à noite.

• Arrefecimento Evaporativo Direto (DEC): Este método aproveita o processo natural de evaporação da água para remover o calor. Sistemas especializados pulverizam ou dispersam água num material de permutador de calor especializado, a água evapora eficazmente, absorvendo calor durante este processo e arrefecendo assim o ar; no entanto, isto afecta significativamente a humidade do ar que passa para o centro de dados. A eficácia deste método depende da capacidade do ar ambiente para absorver humidade (que está diretamente relacionada com a sua humidade e temperatura).

• Arrefecimento Evaporativo Indireto (Adiabático) (IEC): Os sistemas de arrefecimento adiabático aumentam a eficácia do arrefecimento livre e evitam as limitações do arrefecimento evaporativo. Tal como no arrefecimento evaporativo, a evaporação da água é utilizada para arrefecer o ar exterior. Este ar arrefecido é depois utilizado através de um permutador de calor para arrefecer o ar de alimentação. Desta forma, os níveis de humidade podem ser cuidadosamente controlados.

• Arrefecimento DX/CW (Mecânico): Finalmente, existem condições que requerem um arrefecimento adicional. As serpentinas de Expansão Direta (DX) e de água refrigerada (CW) podem proporcionar um arrefecimento adicional. Normalmente, estes sistemas são dimensionados para fornecer uma reserva parcial para a carga de arrefecimento global.

Papel crucial da medição da humidade

As medições precisas da humidade são vitais para que ambas as tecnologias de arrefecimento funcionem de forma ideal. O equilíbrio certo da humidade garante a eficiência do sistema, evita danos no hardware devido à condensação e mantém a fiabilidade operacional.

• Prevenção de condensação: Os centros de dados estão repletos de equipamento eletrónico sensível. A condensação, que pode ocorrer se o ponto de orvalho do ar circundante exceder a temperatura de qualquer superfície do centro de dados, pode provocar curto-circuitos e corrosão. A monitorização e o controlo dos níveis de humidade evitam esse risco.
• Otimizando a capacidade de resfriamento: A eficácia de um sistema de resfriamento evaporativo é diretamente afetada pelo nível de umidade no ar; o ar excessivamente úmido não absorverá a água de forma eficiente, reduzindo a capacidade de resfriamento do sistema. Sensores de humidade precisos permitem ajustes em tempo real para manter a eficiência. As medições de humidade também avaliam constantemente a eficácia dos sistemas de evaporação, assegurando que qualquer perda de desempenho pode ser rapidamente detectada.
• Padrões e confiabilidade ASHRAE: A Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE) define diretrizes para operações ideais de data center, incluindo níveis de umidade recomendados para evitar descargas eletrostáticas e outros problemas relacionados à umidade. A conformidade com esses padrões ajuda a garantir que o data center opere de forma confiável e evite o tempo de inatividade.

Perceção técnica: Ponto de Orvalho e Outros Valores Psicrométricos e a Carta Psicrométrica

Ponto de orvalho: Esta é a temperatura na qual o ar está saturado de humidade e se forma o orvalho. Compreender o ponto de orvalho é crucial para os gestores de centros de dados porque ajuda a prever quando é provável que ocorra condensação, o que é fundamental para evitar danos relacionados com a humidade em ambientes sensíveis.

Outros valores psicrométricos: Estes incluem a humidade relativa, a temperatura de bolbo húmido e a humidade específica, que desempenham um papel na determinação das propriedades do ar num ambiente de centro de dados. A compreensão desses valores ajuda a projetar e operar sistemas HVAC de forma eficiente, garantindo que eles respondam com precisão às mudanças nas cargas de calor internas e nas condições climáticas externas.

Gráfico psicrométrico: O gráfico ASHRAE abaixo mostra as condições desejadas para o hardware de TI do centro de dados. O papel do centro de dados é gerir o ar de arrefecimento para estar dentro desta janela crítica. O conhecimento profundo da humidade, do ponto de orvalho e da temperatura garante que os sistemas mais eficientes podem ser utilizados para condicionar o ar; isto irá variar constantemente com base na carga do centro de dados, nas condições do ar exterior e nas tarifas de energia.

Sistemas Avançados de Controlo da Humidade: Caraterísticas e Benefícios

Para um desempenho ideal dos sistemas de resfriamento evaporativo e livre, os centros de dados precisam de sistemas avançados de controle de umidade que ofereçam:

• Precisão e resposta rápida: Sensores de alta precisão fornecem leituras de umidade em tempo real, permitindo ajustes imediatos nos sistemas de resfriamento, melhorando a eficiência energética e a capacidade de resposta do sistema.
• Integração com sistemas DCIM:: Sensores de alta precisão fornecem leituras de umidade em tempo real, permitindo ajustes imediatos nos sistemas de resfriamento, aumentando a eficiência energética e a capacidade de resposta do sistema.
• Fiabilidade em ambientes agressivos: Dado o ambiente dinâmico dentro dos centros de dados, os sensores e os sistemas de controlo devem ser robustos e fiáveis, capazes de suportar um elevado fluxo de ar, poeira e temperaturas variáveis.
• Facilidade de calibração e manutenção preventiva: O tempo de inatividade é inaceitável nos centros de dados e os SLAs rigorosos impõem-no. Portanto, os instrumentos devem ser projetados tendo em mente a manutenção e a calibração sem tempo de inatividade.

Conclusão

À medida que os centros de dados continuam a evoluir para operações mais eficientes em termos energéticos e amigas do ambiente, a integração de tecnologias como o arrefecimento evaporativo e o arrefecimento livre, combinadas com uma monitorização ambiental precisa, continuam a constituir a pedra angular de uma estratégia moderna de infra-estruturas de centros de dados. A medição e o controlo precisos da temperatura, da humidade e de outros valores psicrométricos não só garantem a conformidade com normas como as definidas pela ASHRAE, como também melhoram a eficiência operacional, a sustentabilidade e a fiabilidade globais. Ao priorizar sistemas avançados de gerenciamento ambiental, os data centers podem obter melhorias significativas tanto no desempenho quanto na relação custo-benefício, alinhando os objetivos operacionais com metas ambientais mais amplas.

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