Você sabe quais são as principais Métricas de Eficiência em Data Centers? Neste conteúdo abordaremos sobre RTI, RCI e PUE e como essas métricas impactam os ambientes de missão crítica.
Primeiramente, muito se fala em Eficiência Energética na área de engenharia de ambientes de missão crítica, principalmente em Data Centers. Essa preocupação está batendo à porta e precisa ser discutida. Prova disso são dados da Global Survey, da Uptime que apontam:
E qual a relação entre Eficiência Energética e Pegada de Carbono?
Os operadores de Data Center preferem focar em monitorar o consumo de energia e recursos ao invés da redução da pegada de carbono.
Quando reduzimos o consumo de energia, conseguimos obter melhor eficiência de operação de equipamentos de um Data Center, e por consequência, melhoramos os números para cálculo da Pegada de Carbono.
Porém, para entender melhor sobre o ponto ótimo entre esses dois parâmetros de avaliação de sustentabilidade em Data Centers, devemos olhar para a carga de TI.
Em outras palavras, qual é a máxima carga de TI que será instalada e qual a capacidade e consumo dos equipamentos de climatização em operação para atender a demanda?
Como encontrar o ponto ótimo de operação de um Data Center?
Todo Data Center tem um ponto ótimo de operação, onde o consumo energético é otimizado. Esse ponto é único e individual para cada ambiente.
Ou seja, é essencial identificar esse ponto ideal para adotar estratégias eficientes nas áreas de maior potencial de melhoria, tornando a operação do DC mais eficaz.
Sabemos que, em geral, os equipamentos de climatização são os que mais consomem energia em um DC. Portanto, é fundamental analisar o gerenciamento do fluxo de ar, tanto dentro do Data Hall quanto nos equipamentos que realizam a troca de ar com o ambiente externo.
Dentro de um Data Center, a recirculação de ar quente pode fazer com que os limites operacionais dos equipamentos sejam atingidos, elevando o risco de falhas. Já no caso de by-pass de ar frio, ocorre um consumo de energia desnecessário.
E quais são os pilares de gerenciamento do fluxo de ar?
O primeiro pilar do gerenciamento do fluxo de ar é o Gerenciamento Térmico: este vai buscar as condições térmicas adequadas para a operação dos servidores. O resultado será o aumento da confiabilidade e longevidade dos equipamentos de TI.
Em segundo lugar realizamos o Gerenciamento Energético: este pilar que buscará reduzir o consumo de energia no sistema de climatização, tendo como principal objetivo a eficiência de trocadores de calor e menor consumo de ventiladores.
Na sequência, realiza-se Gerenciamento de Custos: procedimento que busca a redução de custos operacionais, reduzindo o capital que seria investido em novos equipamentos de climatização. Isso se faz com a avaliação dos equipamentos existentes, verificando se estes ainda estão performando de maneira ideal ou não.
Desta forma, o gerenciamento do fluxo de ar tem 3 principais objetivos:
- Aumentar a temperatura de insuflamento;
- Diminuir a vazão de ar de insuflamento;
- Manter ou melhorar a condição de operação dos racks.
Como resultado da busca por esses 3 objetivos, obteremos os seguintes resultados:
- Aumentar a eficiência de trocadores de calor;
- Reduzir o consumo de energia dos ventiladores;
- Garantir a boa condição de operação dos servidores.
E onde entram as Métricas de Eficiência em Data Centers?
Os 3 parâmetros que vão balizar as análises de eficiência energética e estão diretamente relacionados ao gerenciamento de fluxo de ar são: PUE, RTI e RCI.
O PUE (Power Usage Effectiveness) nos diz muito do consumo de energia como um todo do site. Este nada mais é do que a relação entre o consumo total do Data Center e o consumo dos equipamentos de TI.
O RTI (Return Temperature Index) é um índice que avalia a existência de recirculação de ar, seja quente ou frio.
E o último, RCI (Rack Cooling Index), é o parâmetro que avalia a ausência de sobretemperaturas e subtemperaturas na face de admissão de ar dos racks.
Entendendo a métrica PUE
Na equação abaixo, um ponto importante ao avaliar o PUE é a parte superior da fração, que nos fornece o consumo total do ar-condicionado.
Esse consumo é avaliado pelo COP (Coeficiente de Performance). Em geral, uma variação de 0,5°C influencia em um ganho de 2% na performance dos equipamentos de climatização.
Outros equipamentos que nos permitem obter ganhos no consumo de energia são os ventiladores, que costumam ficar ligados 100% do tempo.
Entendendo a métrica RTI
A métrica de RTI (Return Temperature Index) é a relação da vazão de ar dos racks e a vazão de insuflamento. Em outras palavras, é a métrica que define se os equipamentos de TI estão sendo atendidos de forma eficiente.
Nosso alvo aqui é trabalhar com o parâmetro entre 95% e 105%, preferencialmente abaixo dos 100%.
Entendendo a métrica RCI
Por último, o índice RCI (Rack Cooling Index) avalia a quantidade de racks que estão com temperaturas acima ou abaixo da faixa recomendada pela ASHRAE (18°C a 27°C). Os índices RCIHI e RCILO indicam a inexistência de temperaturas acima e abaixo do recomendado. Quanto menor for o valor, maior o risco para a operação.
Nosso alvo aqui é trabalhar em 100%, uma vez que esse índice está diretamente relacionado com a disponibilidade dos equipamentos de TI.
Qual a melhor ferramenta para analisar essas métricas de Eficiência em Data Centers?
Depois de entender as métricas que influenciam na eficiência energética de um Data Center, é hora de conhecermos melhor a ferramenta que faz a leitura de todos esses parâmetros.
Essa ferramenta indispensável se chama CFD (Computational Fluid Dynamics)! O CFD é um software que simula computacionalmente a operação de um Data Center e permite compreender o fluxo de ar em busca do ponto de operação ideal.
A ferramenta é prática e apresenta imagens elucidativas, mas é essencial que o usuário tenha conhecimento teórico e científico da dinâmica dos fluidos para operá-la corretamente. Isso garante resultados condizentes com a realidade, que é complexa. Além disso, os cálculos por trás da ferramenta são ainda mais complexos.
Por isso, nós da ZIENZ, elaboramos uma metodologia especifica a ser seguida para que se possa buscar o ponto ótimo do sistema de climatização através da ferramenta.
Um estudo de caso para ver como nossa metodologia funciona na prática.
Para exemplificar a aplicação dessa metodologia, modelamos um Data Center com o objetivo de avaliar as mencionadas métricas de eficiencia e como, a partir do CFD, estas métricas podem nos direcionar a tomar as melhores decisões para melhorar a Eficiência Energética:
A simulação representa o que acontece na realidade, com uma densidade de carga próxima de 10 kW por rack. No modelo inicial criado, denominado “Caso base”, temos resultados insatisfatórios com excesso de ar dentro do ambiente de TI e a maioria dos racks com temperaturas abaixo da recomendada, ou seja, muita energia está sendo desperdiçada.
Caso Base
Primeira otimização
A partir dos resultados iniciais, pudemos tomar a decisão de reduzir a vazão dos climatizadores, com o objetivo de melhorar a métrica RTI. Por conseguinte, há uma redução no PUE, como pode ser conferido a seguir na imagem abaixo.
Segunda otimização
Em seguida, a 2ª otimização foi realizada com o intuito de elevar a temperatura de insuflamento, chegando ao limite de 23,9 °C, e assim, melhorar a métrica de RCILO que se encontrava em 33,71% no cenário anterior. O resultado é alcançado onde 100% dos racks estão com as temperaturas dentro da faixa recomendada pela ASHRAE. Mais uma vez, como consequência dessa otimização verificamos a redução do PUE.
Podemos observar que a métrica RCIHI ainda não está dentro do ideal vislumbrado, estando abaixo de 90%. Dessa forma, ainda existe possibilidade de otimização a ser realizada. Dessa forma, buscou-se retirar os possíveis vazamentos no ambiente que influenciam na recirculação de ar quente e prejudicam alguns racks com temperaturas acima da recomendada.
Com o resultado da otimização de redução dos vazamentos de ar, o alvo de RCIHI acima de 95% é atingido, conforme apresentado na Figura 13.
Terceira otimização
Quando comparamos o Caso Base e o cenário da 3ª otimização simulada é possível constatar a aplicação real de Eficiência Energética, consumindo menos recurso com uma melhor operação. Essa diferença gera a redução de custos que, ao longo do ano, é muito significativa.
Além disso, ao analisarmos os resultados da simulação CFD, geramos imagens que contém a evolução de cada uma das otimizações realizadas.
Nas imagens, as regiões em azul mostram a face de admissão de ar dos racks com temperatura abaixo da recomendada pela ASHRAE. As regiões verdes indicam que a temperatura está dentro da faixa recomendada. Já as regiões vermelhas representam a face de admissão de ar dos racks com temperatura acima do nível recomendado.
Na evolução apresentada é possível acompanharmos o processo para se obter a melhor operação, partindo de um DC excessivamente gelado para um DC operando em condições ideais.
Conclusão do estudo de caso com as métricas de eficiência em Data Center
Utilizar o CFD como bancada de testes é a chave para encontrar o ponto ideal de operação. Isso ajuda a minimizar o consumo de energia e maximizar a eficiência, permitindo a implantação de novos ativos.
Ou seja, otimizar o consumo de energia enquanto se mantém a sustentabilidade operacional é um processo iterativo e eficaz quando utilizamos a ferramenta CFD associada as métricas de eficiência em Data Centers PUE, RCI e RTI.
Por fim, com o CFD, encontrar o ponto de equilíbrio entre vazão, temperatura de insuflamento e outras estratégias de gerenciamento do ar se torna uma tarefa menos complexa e trabalhosa. Assim é possível consumir menos recursos apresentando melhores resultados.
Tem interesse em conhecer mais sobre as soluções da ZIENZ e como podemos, juntos, trazer mais eficiência para seu Data Center?
Estaremos no Data Center Dynamics > Connect | São Paulo, que ocorrerá nos dias 5 e 6 de novembro de 2024. Será um prazer compartilhar informações e conhecimentos para aplicação das melhores soluções de eficiência energética para seu Data Center.
