Piso elevado vs. Piso Convencional - Parte II

Esta segunda e última parte do artigo mostra como prever o sistema de resfriamento do data center conforme o tipo de piso (convencional ou elevado), de forma a otimizar a separação entre as correntes de ar quente e frio, eliminar pontos quentes e assim garantir a capacidade e a eficiência de uma instalação de missão crítica.


Neil Rasmussen, da Schneider Electric

Data: 22/05/2017

Edição: RTI Abril 2017 - Ano XVIII - No 203

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O piso elevado é um ícone que simboliza o data center empresarial de alta disponibilidade. Para muitas empresas, a apresentação de seu data center é uma parte importante do tour pelas instalações para clientes importantes. Quando se usam pisos elevados para cabeamento sob o piso, o data center apresenta um visual mais limpo. O piso elevado é normalmente muito mais branco que os pisos convencionais e assim os níveis de iluminação ficam mais brilhantes.

Os data centers que não têm um piso elevado podem ser percebidos pelos visitantes ou clientes como incompletos, deficientes ou de menor qualidade. O piso elevado é algumas vezes usado para reforçar a imagem de um data center, mesmo quando não utilizado para resfriamento. Em alguns casos, foi construído e não utilizado para resfriamento ou cabeamento; na realidade, não têm qualquer função senão criar a imagem desejada, por exemplo, colar placas no piso. Essa questão da imagem é uma importante barreira para a eliminação do piso elevado, que aos poucos vai mudando, à medida que cada vez mais data centers utilizam piso convencional.

Familiaridade

Há muito mais experiência coletiva com o design de distribuição de ar de piso elevado e os projetistas sentem-se, portanto, mais confiantes na previsão do desempenho do sistema. Alguns profissionais sempre projetaram pisos elevados e, portanto, sentem- se desconfortáveis de propor opções diferentes.

Os meios de resfriamento em um data center de piso convencional não são totalmente compreendidos por todos os profissionais e há uma percepção errônea de que o piso convencional é adequado somente para pequenas salas de servidores.

Local para a tubulação de água

Um número crescente de data centers utiliza resfriadores acoplados próximos, como condicionadores de ar baseados em corredor ou trocadores de calor na porta traseira. Em alguns casos, o equipamento de TI é resfriado a água. Esses sistemas requerem uma tubulação de distribuição de água dentro do data center. Embora a distribuição de água possa ser aérea ou sob o piso, alguns usuários preferem a localização sob o piso, uma vez que tende a deixar o data center com um visual menos confuso e evita o problema de qualquer vazamento ou condensação na tubulação aérea. O sistema de piso elevado não distribui ar e só precisa ser alto o suficiente para conter a tubulação, de forma que o piso elevado pode ter uma altura de menos de 0,5 m, simplificando o projeto e reduzindo o custo. Esse é um uso muito apropriado de um piso elevado, apesar de não ser usado para distribuir ar.

Projeto de resfriamento

Os projetistas e operadores de data centers valorizam a flexibilidade que os designs de resfriamento com piso elevado proporcionam. O piso elevado permite, sem a necessidade de empreiteiros especializados, mudar as placas de ventilação de ar para conseguir o perfil de temperatura desejado. Essas mudanças ad-hoc são muito mais difíceis em um sistema com dutos ou tubulação de água aéreos. Alguns operadores acreditam que sem o piso elevado estão desistindo de algo de sua capacidade de gerenciamento de pontos de calor ou de controle do resfriamento.

Os custos e problemas associados ao piso elevado somente podem ser eliminados se houver uma alternativa prática e disponível. Felizmente, há agora uma quantidade considerável de experiência no projeto de data centers de piso convencional. As questões fundamentais de como cabear ou como resfriar em um ambiente de piso convencional são tratadas a seguir.

Fig. 1 – Piso elevado usado para fornecimento de água aos resfriadores baseados em corredor. O piso não é usado para a condução de ar frio, que demandaria uma altura muito maior para abrigar os dutos

Cabeamento em um ambiente de piso convencional

Como já mencionado, o cabeamento aéreo é a melhor prática para qualquer data center, mesmo que use um piso elevado para o resfriamento. O cabeamento de dados fica em calhas aéreas e o cabeamento de energia fica também em calhas ou bandejas ou distribuído por meio de barramentos. Portanto, os requisitos para o cabeamento em um ambiente de piso convencional ou de piso elevado são os mesmos. Entretanto, em um ambiente de piso convencional, é comum utilizar tetos suspensos como um retorno de ar (como descrito mais adiante), de forma que o espaço adequado fornecido para as bandejas de cabos deve normalmente ser entre os racks de TI e abaixo do teto suspenso.

Resfriamento em um ambiente de piso convencional

O piso elevado, quando operando idealmente, distribui ar frio para as entradas dos equipamentos de TI. Uma abordagem alternativa deverá oferecer uma função equivalente ou melhor para garantir que os equipamentos de TI recebam ar frio nas entradas e não sejam alimentados com o ar quente da exaustão, gerado por equipamentos de TI próximos. Há quatro formas básicas de se chegar a isso em um ambiente de piso convencional:

Resfriamento baseado em contenção de corredor quente

Nesse caso, grupos de racks são configurados em um módulo e coolers baseados em rack são localizados dentro dos módulos. O corredor quente do módulo é fechado para conter o ar de exaustão e garantir que seja diretamente processado pelos coolers baseados em corredor. O coolers fornecem ar frio na sala, de forma que todos os equipamentos de TI absorvem ar frio. Essa abordagem é bem eficiente em data centers de pequeno a médio porte, em edifícios de escritórios comerciais. A figura 1 mostra um exemplo de como a tubulação de água chega até os coolers baseados em corredor em um ambiente de piso convencional. Também é bastante usado onde o piso elevado existente tem capacidades de resfriamento insuficiente.

Retentor de teto suspenso para CRAC com placas de teto ventiladas

Esse sistema pode ser visto como um sistema de piso elevado de cabeça para baixo. Em vez de usar placas de piso ventiladas do lado do fornecimento nas entradas de TI, nesse sistema de teto ventilado as placas encontram-se no lado da exaustão do equipamento de TI. Em lugar de um duto para suprimento das unidades de CRAC para o piso elevado, o retorno do ar das unidades de CRAC segue em um duto para o teto suspenso. Esse sistema exibe um desempenho semelhante àquele de um piso elevado, mas sem rampas e outros aspectos negativos do piso elevado, e a um custo bem mais baixo. Entretanto, os fluxos de ar não são completamente confinados, de forma que essa abordagem tem muitas das ineficiências do piso elevado.

Contenção do corredor quente com retorno para a planta de resfriamento central

Nesse sistema o ar de exaustão dos equipamentos de TI é capturado e levado por dutos através de um plenum aéreo de volta para uma planta de resfriamento central. A contenção do ar de exaustão com total separação do ar de entrada dos equipamentos de TI aumenta a temperatura do ar de retorno, aumentando a eficiência e capacidade da planta de resfriamento. A planta pode ser de unidades tradicionais de CRAC, mas também pode utilizar sistemas economizadores de ar fresco direto ou indireto. Ao utilizar um sistema economizador, essa abordagem tem a maior eficiência de energia de resfriamento, por isso essa abordagem é usada em instalações de colocation e data centers de vários tamanhos.

As pressões para resolver os problemas de alta densidade, alta eficiência e previsibilidade deram origem às novas tecnologias de condicionamento de ar descritas anteriormente, orientados a corredor e para o rack. Esses novos sistemas de condicionamento de ar são estreitamente acoplados às cargas de TI e integrados em racks, ou podem ser localizados na parte aérea. Por cauda da capacidade desses sistemas de alcançar, simultaneamente, alta densidade, eficiência e previsibilidade, a sua adoção é crescente.

Contenção de ar em piso elevado vs. piso convencional

Data centers de alta eficiência e densidade dependem da separação entre as correntes de ar quente e frio, para maximizar a capacidade e a eficiência de resfriamento e eliminação dos pontos quentes. Essa separação toma várias formas; porém, quando aplicada a módulos de TI é normalmente descrita como contenção de corredor quente ou frio. Em um ambiente de piso elevado, a maneira mais econômica de separar as correntes de ar é através da contenção de corredor frio, enquanto em ambientes de piso convencional a maneira mais econômica é por meio de contenção de corredor quente. Embora ambas as abordagens alcancem a separação das correntes de ar, na técnica da contenção do corredor quente o pessoal e os equipamentos auxiliares ficam no corredor frio, enquanto na contenção de corredor frio eles ficam efetivamente no corredor quente. Na prática, isso requer que os sistemas de contenção de corredor frio operem a temperaturas mais baixas para fornecer uma temperatura ambiente aceitável para o pessoal. Ao operar a temperaturas mais altas, a contenção de corredor quente oferece uma maior eficiência e capacidade para a mesma planta de resfriamento. Essa é a razão pela qual os data centers escaláveis mais eficientes optam pelacontenção de corredor quente e, como resultado, usam pisos convencionais.

Os problemas e opções descritos acima aplicam-se a qualquer data center. Entretanto, claramente, em alguns casos os pisos convencionais são uma escolha óbvia e em outros os pisos elevados são mais os apropriados.

Condições que favorecem os pisos elevados

A razão mais convincente para o uso de pisos elevados é onde o sistema de resfriamento requer água resfriada entregue no espaço de TI. Como previamente discutido, aí se incluem sistemas baseados em resfriamento baseado em corredor, trocadores de calor de porta traseira ou sistemas em que há a proposta de posicionar unidades de CRAH centralmente no espaço de TI (não na periferia da sala). Nesses casos, o piso elevado nada tem a ver com o fluxo de ar e não precisa ser muito profundo, reduzindo o custo e melhorando a segurança.

O segundo uso apropriado de pisos elevados é para data centers de baixa densidade, onde é difícil ou impossível determinar antecipadamente os locais dos dispositivos de TI. Um exemplo muito bom disso é o espaço de colocation em gaiola. Nesse caso, um piso elevado de 1 m ou um de um pouco menos pode suportar uma densidade média de aproximadamente 5 kW por rack e até funcionar com algumas obstruções do cabeamento sob o piso (a densidade média do espaço real de colocation normalmente gira em torno de 3-4 kW por rack).

Fig. 2 - Dutos verticais para suprimento de água gelada aos resfriadores baseados em corredor e piso convencional

Condições que favorecem os pisos convencionais

Os pequenos data centers ou salas de servidores de menos de 50 racks favorecem fortemente a opção pelo piso convencional. Nesses casos, as rampas necessárias em um piso elevado subtraem muito do espaço de TI disponível. Há hoje muitas tecnologias de resfriamento disponíveis para essas pequenas salas que não usam ou exigem um piso elevado, como a popular abordagem de resfriamento baseado em corredor, com tubulação aérea, ou sistemas baseados em refrigerante (DX).

Os data centers escaláveis ou baseados numa arquitetura padrão, como os sistemas baseados em nuvem, favorecem o piso convencional. Essas instalações operam a densidades muito altas e com frequência utilizam economizadores de ar fresco, levando a estratégias de contenção de corredor quente. Para essas instalações, um piso convencional tem um custo menor e uma eficiência energética muito maior. Em salas com pé-direito baixo, como nos edifícios comerciais encontrados na Europa e Ásia, pode ser difícil fazer caber um piso elevado suficiente para alcançar a densidade requerida.

Retrofit de data centers com piso elevado existente

Um problema comum é quando um data center de piso elevado sofre o impacto da introdução de sistemas de TI que operam a uma densidade mais elevada do que aquela para a qual o piso foi projetado para suportar. O data center começa a adabaseados em corredor e piso convencional menor e uma eficiência energética muito maior. Em salas com pé-direito baixo, como nos edifícios comerciais encontrados na Europa e Ásia, pode ser difícil fazer caber um piso elevado suficiente para alcançar a densidade requerida. Retrofit de data centers com piso elevado existente Um problema comum é quando um data center de piso elevado sofre o impacto da introdução de sistemas de TI que operam a uma densidade mais elevada do que aquela para a qual o piso foi projetado para suportar. O data center começa a apresentar pontos de calor que podem ser difíceis de corrigir, mesmo que se instalem unidades de CRAH adicionais para pressurizar o plenum abaixo do piso. Esses data centers também tendem a ter uma baixa eficiência energética porque os condicionadores de ar são operados a condições sub-ótimas. Nesses casos, o piso elevado normalmente tem uma profundidade de 0,5 m ou menos e contém muitas obstruções ao fluxo de ar sob o piso.

Embora a remoção do piso elevado seja uma solução possível para esse problema, será quase sempre totalmente impraticável se o data center tiver que continuar operacional durante a reforma. Nesses casos, é possível haver considerável melhoria com o uso de resfriamento baseado em corredor para complementar o sistema de piso elevado existente, ou pelo retrofit da contenção do corredor frio.

Conclusão

Muitas das razões que levaram ao desenvolvimento do piso elevado não se aplicam mais. A ausência de um requisito convincente para um piso elevado, aos combinada com o custo e as limitações de um piso elevado para fornecer resfriamento eficiente a data centers de alta densidade, sugere que muitas instalações considerem a opção pelos pisos convencionais. Estes agora são construídos em todos os tipos de data centers e são a forma predominante em salas de servidores e data centers escaláveis.

Apesar disso, é provável que os data centers usem pisos elevados por algum tempo, devido à grande experiência com esse design, à tradição de localizar tubulações e cabeamentos sob o piso e questões intangíveis de percepção e imagem.