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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
White Papers:
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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PG & E. 2006. High Performance Data Centers--A Design Guidelines
White Papers:
g gSourcebook. Radmehr, A., R. Schmidt, K. Karki, and S. Patankar. 2005. Distributed leakageflow in raised floor data centers. Schmidt, R., and E. Cruz. 2002. Raised floor computer data center: Effect on rack inlet temperatures of chilled air exiting both the hot and cold aisles. Schmidt, R., and E. Cruz. 2003. Cluster of high powered racks within a raised , , g pfloor computer data center: Effect of perforated tile flow distribution on rack inlet temperatures. Schmidt, R., and E. Cruz. 2003. Raised floor computer data center: Effect of , , prack inlet temperatures when rack flow rates are reduced.
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White Papers:
Schmidt, R., and E. Cruz. 2003. Raised floor computer data center: Effect on rack inlet temperatures when adjacent racks are removed. Schmidt, R., K. Karki, and S. Patankar. 2004. Raised floor data center: , , ,Perforated tile flow rates for various tile layouts. Schmidt, R., and M. Iyengar. 2005. Effect of data center layout on rack inlet air temperatures. pSchmidt, R., M. Iyengar, and S. Mayhugh. 2006. Thermal profile of world's third fastest supercomputer. Schmidt, R., and M. Iyengar. 2007. Comparison between underfloorSc dt, , a d ye ga 00 Co pa so bet ee u de oosupply and overhead supply data center ventilation designs for high-density clusters.
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