De weg naar hogere energie-efficiëntie in de witte ruimte van het datacenter
Het monitoren van de datacenteromgeving levert operators belangrijke data op voor analyses die het mogelijk maken om de efficiëntie te verhogen en besparingen te realiseren door minder energie te verbruiken. Modulaire thermisch efficiëntie oplossingen, die gebruik maken van temperatuur- en drukmetingen om de witte ruimte in het datacenter te bewaken, helpen hen om duurzame doelen te realiseren. Dit stelt operators in staat om potentieel kostenneutrale systemen te implementeren die voortdurend flinke besparingen opleveren.
De witte ruimte in een datacenter is de ruimte voor het installeren van servers, switches en dataopslag. Daarin worden tevens de ventilatiesystemen voor alle serverracks geïnstalleerd. Andere delen van het datacenter, die net zo belangrijk zijn en waarin de centrale koelunits, UPS’en en overige apparatuur zijn ondergebracht, worden aangeduid als de grijze zone. De bewaking en controle van zowel grijze ruimten als witte ruimten is essentieel voor een aantal compliance- en klanteisen, waaronder de PUE-ratings.
Steeds kritischere klanten en andere belanghebbenden zetten exploitanten van datacenters onder druk om systemen voor milieumonitoring te implementeren. Momenteel zijn er nog grote verschillen bij de realisatie van ‘strategische’ en ‘basis’ datacenters. De mogelijke financiële en milieuvoordelen die het gebruik van een intelligent monitoringsysteem oplevert, met name bij modulaire oplossingen voor activa- en connectiviteitsmanagement, overtuigen echter steeds meer operators.
Figuur 1: Redenen waarom datacenterexploitanten investeren in milieumonitoring (Bron: ramingen IBM)
Internationale normen zoals de ASHREA TC 9.9, ETSI EN 300 en EN 50600-2-3 bieden een referentiekader voor ‘best practices’, compliancy en het correct ontwerpen van informatietechnologie-omgevingen (ITE). Exploitanten beschikken tevens over de technologie om op basis van deze normen beleid en systemen te ontwerpen voor hun datacenters en computerruimten. Met die systemen zijn veel incidenten als gevolg van oververhitting te voorkomen, waardoor de gebruikers dus geen storingen meer ervaren en de operators het risico op mogelijke financiële consequenties aanzienlijk verkleinen.
Principes voor het managen van de luchtstroming en het koelsysteem volgens ASHREA TC 9.9
- Kast-/rackniveau: De aanvoertemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid voor serverkasten en – racks worden onderin, middenin en bovenin gemeten en bewaakt om het aanbevolen bereik (15 – 32°C) te handhaven.
- Behuizingsniveau – in aanvulling op punt 1: Bij gebruik van een koude gang kan de temperatuur in de warme gang oplopen tot 50 °C. De uitgangstemperatuur wordt gemeten en bewaakt aan de bovenzijde van de serverkast en het rack. Bij gebruik van een warm gangpad, moet de temperatuur in de hele ruimte worden bewaakt.
- Niveau datahal – in aanvulling op de punten 1 en/of 2: In de buurt van elke CRAC/CRAH moet de luchtvochtigheid en de temperatuur bij de in- en uitgang worden bewaakt. De referentiewaarde voor de relatieve luchtvochtigheid is 60% RV, terwijl waarden tussen 20% en 80% RV zijn toegestaan.
- Beheer luchtstroom & controle koelsysteem: Het is belangrijk een strategie te definiëren voor het beheren van de luchtstroom en de controle van het koelsysteem. Bij een goed luchtstroombeheer kan de temperatuur 20°C stijgen, dit betekent dat bij een aanvoertemperatuur van 40°C de temperatuur in het warme gangpad rond de 60°C bedraagt.
Een ander belangrijk onderdeel voor het effectief beheren van de luchtstroming en het koelsysteem voor de witte ruimte van het datacenter is de luchtdruk.
Datacenters zijn altijd energie-intensief. Een witte ruimte met honderden of duizend servers verbruikt nu eenmaal grote hoeveelheden energie, met als gevolg een flinke warmteontwikkeling die moet worden afgevoerd. Het is niet ongebruikelijk dat het koelsysteem van een dergelijke faciliteit evenveel of zelfs meer energie verbruikt dan de witte ruimte zelf. Een goed ontworpen witte ruimte met een automatisch gemonitord en controleerbaar koelsysteem heeft tegenwoordig een veel lagere energiebehoefte. In veel bestaande datacenters kunnen de nieuwste ontwikkelingen voor het optimaliseren van de thermische monitoring en koeling duizenden euro’s aan energiebesparingen opleveren. Tegelijkertijd worden daarmee mogelijke storingen voorkomen en dus een betrouwbaarder datacenter gecreëerd.
Er is wel een herontwerp nodig om deze belangrijke verandering op gang te brengen. Tot voor kort was de aandacht gericht op het realiseren van een koele omgeving door koude lucht over de oppervlakken van warme apparatuur (servers en switches) te laten stromen en de warme lucht af te voeren. Zo’n HVAC-oplossing verbruikt veel energie om de temperatuur van de ‘toevoerlucht’ te koelen tot het niveau dat nodig is om de temperatuur van de warme apparatuur te verlagen. Die warme afvoerlucht bleef vaak ongebruikt, zodat de daarin aanwezige energie verloren ging.
Trend richting alternatieve koelmethoden voor datacenters
De huidige informatie- en opslagsystemen in de witte ruimte werken op hogere bedrijfstemperaturen. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van alternatieve koelmethoden die gebruik maken van intelligente omgevingen. Hoe hoger de bedrijfstemperatuur in de witte ruimte al is, des te minder energie er nodig is om de temperatuur van de ‘aanvoerlucht’ daarmee in balans te brengen. Een aanvoertemperatuur bij de apparaten tussen 18 en 27°C en een relatieve luchtvochtigheid van 20 tot 80%, voldoen merendeels aan de door fabrikanten gespecificeerde bedrijfsomstandigheden.
Verder wordt het belangrijker om het aanbevolen bereik van de omgevingscondities, waaronder de temperatuur en relatieve vochtigheid, te bewaken en te controleren. Die geadviseerde waarden zorgen er namelijk voor dat alle systemen optimaal kunnen presteren.
Functioneren in een warmere omgeving betekent dat intensief gebruikte servers dichter bij de grenzen van hun maximale operationele parameters komen. Als er dan bijvoorbeeld een tijdelijke piek optreedt in de processoractiviteit en tegelijkertijd een generator uitvalt en de UPS niet 100% efficiënt werkt, kan een server alsnog oververhit raken en uitvallen. Om dat scenario te voorkomen is het belangrijk dat de koelventilatoren snel opstarten, zeker als voor de tijdelijke piek meer servers worden bijgeschakeld.
Zoals reeds vermeld leidt ongeplande downtime voor een datacenter vaak tot omzetverlies, bijvoorbeeld door schadeclaims van de getroffen klanten, reputatieschade en verlies van nieuwe klantenorders.
Voor het optimaliseren van de apparatuurprestaties is het belangrijk om de thermische omgeving van de witte ruimte op een intelligente wijze te monitoren en de gegenereerde data in realtime te analyseren. Daarmee zijn alle operaties op een effectieve wijze te handhaven, of zo nodig bij te sturen.
Exploitanten van datacenters moeten op drie niveaus beslissingen nemen voor de implementatie van een optimale oplossing voor het automatisch thermisch bewaken en koelen van de bedrijfsomgeving:
- Bewaking – alarmering en berichten: ASHREA definieert de basisprincipes voor het plaatsen van sensoren in een ITE-witte ruimte. De nieuwste generatie WLAN-sensoren kunnen als knooppunt de warmte, vochtigheid en luchtdruk meten. Ze zijn eenvoudig zelf te installeren en te configureren, waardoor snel en veilig een zelfherstellend, schaalbaar en efficiënt sensornetwerk is toe te voegen.
- Optimalisatie van de koeling – aanpassing van de luchtstroom en compensatie van oneffenheden in de vloer. Het ontwerpen en simuleren van alle luchtstroomkarakteristieken met CFD-software maakt het mogelijk om de omgevingsomstandigheden te modelleren conform de doelstellingen van elke exploitant. Met dummypanelen, beperkte invoermogelijkheden en installatie van geperforeerde vloerpanelen is de luchtdruk langs het hele traject te optimaliseren. Verder zijn er warmtekaarten van de witte ruimte te genereren met speciale software die de koeling realtime visualiseert.
- HVAC-systeem (verwarming, ventilatie, airconditioning) en koeling dynamisch afstemmen op de IT-belasting: realtime data-analyses van de hele omgeving leveren belangrijke beslissingsinformatie op. Het HVAC-systeem analyseert voortdurend nieuwe data om de luchtstroming te verbeteren en het energieverbruik te verminderen. Op basis van realtime monitoring zijn de optimale systeemcondities te handhaven door veranderingen van de luchtstroming. Dit kan door het toerental van ventilatoren en instellingen voor de temperatuurbewaking aan te passen en met behulp van drukknopen die de luchttemperatuur regelen.
Conclusie
Geschat wordt dat de benodigde hoeveelheid energie om alle datacenters in de wereld te koelen de komende tien jaar zal verdrievoudigen, met enorme gevolgen voor de kosten en het milieu. Klanten, milieuorganisaties en overheden verwachten daarom een steeds efficiënter energieverbruik.
Veel exploitanten van datacenters zijn al bezig met het onderzoeken en implementeren van intelligente oplossingen voor continue data-analyse en dynamische optimalisatie. De hiervoor ontwikkelde nieuwe generatie managementsystemen voor de koeling en omgevingsmonitoring binnen datacenters leveren waardevolle informatie op om door een efficiënter gebruik de ROI-periode flink te kunnen verkorten.
Michael Akinla, TSE Manager EMEA, Panduit Europe
