Airflow Management Airflow Management en el en el Data Center EficienteData Center Eficiente

Presentado por Osmo Kuusisto, CSI, RCDDMayo 2010

Confort vs. Precisión®

CONFORT PRECISIÓN

Aplicación Personas Equipos

Temperatura +/- 3° (18 - 24°C) +/- 1° (21 - 23°C)Temperatura +/ 3 (18 24 C) +/ 1 (21 23 C)

Humedad Deshumidifica +/- 3% - 5%

Tiempo funcionamiento 2080 horas/año 8760 horas/año

Filtrado Limitado Altos niveles de filtrado

Flujo de Aire 90 cfm/kW 160 cfm/kW

Carga Térmica del Data Center

Partida Datos requeridos Subtotal calor Cálculo de generación de calor

T t l E i TI 60000 60000 El i t t l d TITotal Equipo TI 60000 60000 El mismo que carga total de TI

UPS con Batería 60000 6000 0.04 capacidad total + 0.06 carga total de equipo TI

Distribución de E í 60000 1800 0.01 por capacidad total + 0.02 carga total de equipo TIEnergía 60000 1800 0.01 por capacidad total 0.02 carga total de equipo TI

Iluminación 90 1937.7 21.53 x metro cuadrado

Gente 6 600 100 x max. # de gente

TOTAL 70337.7 Watts

239851.6 BTU por Hora

¿Podemos enfriar el Data Center con 20 TR...?

19.91 TR

Redundancia según TIA-942

Tier 1 Tier 2 Tier 3 Tier 4No redundancia Un equipo Cantidad de equipos Cantidad de equiposNo redundancia en equipos

Un equipo adicional

Cantidad de equipos necesaria para funcionamiento en caso de

Cantidad de equipos necesaria para funcionamiento en caso de

mantenimiento mantenimientoHumidificación Humidificación Humidificación HumidificaciónConectado a Conectados a Tableros diferentes Tableros diferentes planta de emergencia si la hay

planta de emergencia con 24 horas de combustible

para su alimentación para su alimentación

combustible

¿Pero que hacemos cuando se apaga un CRAC para mantenimiento...?para mantenimiento...?

Pasillos fríos y calientes con Vertical Underfloor (VUF):

El aire caliente mezcla con el aire frío...Captura del aire caliente es crítico para el funcionamiento correcto del sistema.

Fuente: Design Considerations for Datacom Equipment Centers (ASHRAE 2005)Fuente: Design Considerations for Datacom Equipment Centers (ASHRAE 2005)

Comparación de eficiencia

A: Agua helada 1B: Agua helada 2C: Agua helada con separaciónseparaciónde retorno de aire

Eficiencia de CRACs y temperatura de aire de retornoEficiencia de CRACs y temperatura de aire de retorno

Unidad de Enfriamiento Temp. de Suministro Temp. de Retorno Capacidad de Enfriar

15.5°C 21°C 7.8 TR

CRAC estándar de 10 TR 15.5°C 32°C 15.5 TR

15.5°C 40°C 20.7 TR

CRAC estándar de 30 TR

15.5°C 21°C 23.0 TR

15.5°C 32°C 46.0 TR

15.5°C 40°C 61.3 TR

Fuente: ANSYS Corp.Fuente: ANSYS Corp.

Aviso a los usuarios que este es un pasillo caliente

Variaciones en presión

Fuente: Design Considerations for Datacom Equipment Centers (ASHRAE 2005)

Variaciones en presión

Velocidad disminuye = presión incrementa:

Menos velocidad - - - - - - - - - - - - - - más presión

Más velocidad - - - - - - - - - - - - menos presión

Caso de Estudio:

FUENTE: Techniques for Controlling Airflow Distribution in Raised-floor Data Centers (Kailash C. Karki, Suhas V. Patankar y Amir Radmehr - 2003)

Computational Fluid Dynamics (CFD)p y ( )

Flujo de aire en placas perforadas

Velocidad y distribución de presión

Flujo de aire según altura de piso falso

6” = 15 cm.12” = 30 cm.30” = 75 cm.

Flujo de aire según porcentaje de perforación de placas

Fl j d i t jFlujo de aire con porcentaje diferente en placas

Distribución de flujo de aire con t j dif t lporcentaje diferente en placas

Conclusiones para VUF:

Subir piso falso mejora distribución

p

Subir piso falso mejora distribución

Variar porcentaje de perforación de placas mejora distribución

(menos es mejor; pero fugas más críticas)(menos es mejor; pero fugas más críticas)

Variar distribución de placas perforadas según porcentaje de

perforación mejora distribuciónp j

Alinear CRACs con pasillos calientes

NO instalar placas perforadas en pasillos calientes

Recomendaciones para VUF:

Evitar deflectores en CRACs

p

Evitar deflectores en CRACs

Instalar CRACs con descarga en misma dirección

Altura del plafón depende de volumen de aire fríoAltura del plafón depende de volumen de aire frío

No dejar espacio entre racks

El pasillo frío puede ser de 3 placas para reducir velocidad,El pasillo frío puede ser de 3 placas para reducir velocidad,

incrementando volumen

Usualmente las últimas placas en una fila tienen el mejor rendimientop j

FUENTE: Best practices for data center thermal and energy management—review of literature. (Roger Schmidt - 2007)

Conversión de unidades comunes:

V l lti li tValor en multiplica por para tener

BTU por hora 0.293 Watts

Watts 3.41 BTU por hora

Tonelada 3530 Watts

Watts 0.000283 Toneladas

BTU por hora 12000 ToneladasBTU por hora 12000 Toneladas

Limitaciones del piso falso

Placa perforada 25%

Placa perforada 50%

10

12Capacidad

TípicaCon

EsfuerzoExtremo No practico

Blade Servers

6

8

Pow

er (k

W)

2

4Rac

k P

Standard IT Equipment

00 100

[47.2]200

[94.4]300

[141.6]400

[188.8]500

[236.0]600

[283.2]700

[330.4]800

[377.6]900

[424.8]1000

[471.9]

Tile Airflow (CFM) [L/s]

Contar placas perforadas: 1 placa por cada 750 cfm

Variaciones en temperatura/presión (CRACs en pasillos calientes)Variaciones en temperatura/presión (CRACs en pasillos calientes)

Retorno de aire por plafón (cámara plena)

El aire caliente en los pasillos calientes regresa a los CRACs por el plafón, evitando “short circuiting.”NOTA: La cantidad de aire de retorno ≤ aire de suministro!

Gabinetes con retorno de aire

Nota: Esta solución quita espacio en pasillos calientes.

Gabinetes con retorno de aire

En lugar de 7 placas entre el centro de pasillos fríos, tendrá que usar 8 placas:tendrá que usar 8 placas:

Otras consideraciones:

Sellar pasos en piso falsoSellar pasos entre áreas (fire stopping)p ( pp g)Sellar el plafónDistribución balanceada de equiposE itar nichos obstr cciones en cámara plenaEvitar nichos y obstrucciones en cámara plenaInstalar paneles ciegos en los racks para control de flujo de aire:

Pasillos fríos y calientes con Vertical Overhead (VOH):y ( )

Consideraciones para VOH:p

La ductería puede bloquear el aire de retorno

Puede ser más difícil balancear cargas

Alto volumen de aire puede causar issues de confort

En lugar de CRACs de preferencia unidades centrales

Limitaciones de los CRACs

Enfriamiento Tradicional (CRACs)

Tiene sus limitaciones…Tiene sus limitaciones…

Room + Row = Mixto

In-Row Cooling Approach

Mixed Cooling Approach

Containment system con In-Row

Hot-Aisle Containment

Hot-Aisle Containment

SunMicrosystemsD t C tData CenterSanta Clara, Ca.

Consideraciones:

Sellar pasillos crea nuevas áreas para detección y extinción de fuego

Se debe verificar con fabricante(s) soluciones “especiales”

Equipos de marcas y modelos diferentes puedenEquipos de marcas y modelos diferentes pueden requerir de soluciones diferentes

Conclusiones:Conclusiones:

El sistema de enfriamiento es crítico en un Data CenterLa selección del sistema depende de:• Edificio• Edificio• Carga de equipos• Carga en futuro (crecimiento)• Hay chiller...El aire de precisión requiere de ingeniería (CFD)Nuevas tecnologías (liquid cooling etc )Nuevas tecnologías (liquid cooling, etc.)

Anton, R., H. Jonsson, and B. Palm. 2002. Modeling of air conditioning

White Papers:

Anton, R., H. Jonsson, and B. Palm. 2002. Modeling of air conditioning systems for cooling of data centers. ASHRAE. 2004. Thermal Guidelines for Data Processing Environments. ASHRAE. 2005. Datacom Equipment Power Trends and CoolingASHRAE. 2005. Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications. ASHRAE. 2005. Design Considerations for Datacom Equipment Centers. Baer D 2004 Managing data center heat densityBaer, D. 2004. Managing data center heat density. Bash, C., C. Patel, and R. Sharma. 2006. Dynamic thermal management of air cooled data centers. Beaty D 2005 Cooling data centers with raised-floor plenumsBeaty, D. 2005. Cooling data centers with raised floor plenums.Bedekar, V., S. Karajgikar, D. Agonafer, M. Iyengar, and R. Schmidt. 2006. Effect of CRAC location on fixed rack layout.

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Karki, K., S. Patankar, and A. Radmehr. 2003. Techniques for controlling airflow distribution in raised floor data centers. Karki, K., and S. Patankar. 2006. Air flow distribution through perforated tiles in raised floor data centers.in raised floor data centers. Patankar, S.V., and K.C. Karki. 2004. Distribution of cooling airflow in a raised flow data center. Patel C C Bash and C Belady 2001 Computational fluid dynamicsPatel, C., C. Bash, and C. Belady. 2001. Computational fluid dynamicsmodeling of high compute density data centers to assure system inlet air specifications. Patel C R Sharma C Bash and A Beitelmal 2002 ThermalPatel, C., R. Sharma, C. Bash, and A. Beitelmal. 2002. Thermal considerations in cooling large scale high compute density data centers.

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