Opzioni di raffreddamento per apparecchiature montate su rack con flusso dell'aria da lato a lato

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1 Opzioni di raffreddamento per apparecchiature montate su rack con flusso dell'aria da lato a lato A cura di Neil Rasmussen White Paper n. 50

2 Sintesi Le apparecchiature con flusso dell'aria da un lato all'altro presentano problemi speciali di raffreddamento negli odierni data center. I layout dei comuni armadi rack e dei rack sono fondamentalmente incompatibili con il raffreddamento da lato a lato, perché danno luogo a temperature eccessive e, in ultima analisi, provocano una riduzione dell'affidabilità delle apparecchiature. Questo documento descrive tali problemi, assieme a diversi effetti collaterali che in genere vengono sottovalutati. Vengono descritte varie opzioni di raffreddamento, assieme ai rispettivi costi e benefici. 2

3 Introduzione Il raffreddamento dei data center e delle sale CED progettato per schemi di circolazione dell'aria "hot aisle / cold aisle" (corridoio caldo/corridoio freddo) ha la massima efficacia quando nelle apparecchiature montate su rack il flusso dell'aria di raffreddamento va dal fronte al retro, come si vede nella Fig. 1. Tale tipo di circolazione dell'aria viene utilizzato nella stragrande maggioranza dei server e dei dispositivi di archiviazione montati su rack. Tuttavia tale soluzione, a causa di vincoli progettuali, non può essere adottata su molti tipi di switch e di router, che richiedono un flusso dell'aria da lato a lato. Fig. 1 Metodo di raffreddamento hot aisle / cold aisle Cold Aisle Fronte Retro Hot Aisle Afflusso aria fredda Ciò costituisce un problema, data l'attuale tendenza alla convergenza tra informatica e telecomunicazioni (reti integrate dati / voce / video). In passato i sistemi telefonici venivano installati separatamente in piccole sale protette, ma con l'avvento della convergenza le apparecchiature informatiche, telefoniche e video vengono collocate in armadi rack standardizzati. Un altro fattore che favorisce la convergenza è la presenza delle Storage Area Network (SAN) in cui le apparecchiature di archiviazione vengono utilizzate con dispositivi di commutazione quali i router. Con l'affermarsi di queste tendenze, i responsabili informatici ritengono necessario abbinare apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato alle tradizionali apparecchiature con flusso dell'aria fronte-retro. 3

4 Qualunque sia il modello di flusso nell'aria nell'apparecchiatura (fronte-retro o da lato a lato), è essenziale che essa riceva un flusso adeguato di aria fresca. Se questo requisito non viene soddisfatto, ciò inciderà negativamente sulla disponibilità delle apparecchiature e dei processi aziendali, perché la vita utile di un dispositivo elettronico è in stretta relazione con la sua temperatura di funzionamento. Secondo il MIL-HNBK 338, per ogni 10 C (18 F) di aumento della temperatura al di sopra del valore nominale si ha un dimezzamento della vita utile dell'apparecchiatura. Un esempio dell'effetto della temperatura sui componenti elettronici è mostrato nella Fig. 2. La vita utile e l'affidabilità del condensatore a film sottile diminuiscono drasticamente con l'aumentare della temperatura. Fig. 2 Effetto della temperatura sull'affidabilità di un condensatore a film sottile Vita utile (ore) Condensatore a 70 F (21 C) Affidabilità a 5 anni Vita utile condensatore Affidabilità condensatore 100% 99% 98% 97% 96% 95% 94% 93% 92% 91% 90% 89% Affidabilità Temperatura di funzionamento ( F) Alcune delle soluzioni comunemente adottate dagli utenti per affrontare il problema del flusso dell'aria da lato a lato non risolvono efficacemente il problema e hanno dei costi invisibili. Di queste soluzioni si parlerà più avanti in questo documento; tuttavia per comprendere quali sono le soluzioni più efficaci e per diagnosticare i problemi è necessario che gli utenti dei data center si familiarizzino con i problemi fondamentali del raffreddamento, descritti nel paragrafo successivo. 4

5 Requisiti base relativi al flusso dell'aria Il flusso nell'aria all'interno e attorno a un rack determina l'efficacia del raffreddamento. Per comprendere queste problematiche, occorre partire da due principi fondamentali: la presa d'aria dell'apparecchiatura deve aspirare aria condizionata con caratteristiche opportune non devono essere presenti ostacoli al flusso dell'aria in entrata e in uscita dall'apparecchiatura Per le apparecchiature con raffreddamento fronte-retro, gli armadi rack (quando vengono utilizzati correttamente) possono influire positivamente sulla circolazione dell'aria, perché impediscono che l'aria calda espulsa rientri nell'apparecchiatura attraverso la sua presa d'aria. L'aria espulsa dall'apparecchiatura è leggermente in sovrapressione; ciò, assieme alla depressione presente vicino alla presa d'aria dell'apparecchiatura, crea condizioni favorevoli al ritorno dell'aria espulsa all'interno dell'apparecchiatura, come si vede nella Fig. 3A. Questo effetto, a differenza di quanto taluni pensano, è molto più marcato dell'effetto ascensionale dell'aria espulsa (più calda e quindi più leggera, per cui dovrebbe salire spontaneamente al di sopra dell'apparecchiatura). Nel caso del flusso d'aria fronte-retro, il rack, l'apparecchiatura e i pannelli fittizi costituiscono una barriera naturale, che allunga notevolmente il percorso di ricircolo dell'aria e di conseguenza riduce la riaspirazione dell'aria calda espulsa, come si vede nella Fig. 3B. Tuttavia ciò non vale per le apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato. Fig. 3 Ricircolo dell'aria attraverso un pannello fittizio mancante (flusso d'aria fronte-retro) 3A Senza pannelli fittizi 3B Con pannelli fittizi 5

6 È evidente che tutte le apparecchiature di un moderno data center sono avvantaggiate dall'utilizzo del flusso dell'aria fronte-retro. Purtroppo in alcune apparecchiature ciò non è possibile. Ad esempio, come si vede nella Fig. 4, buona parte della superficie frontale di questo router è occupata da numerose porte dati e cavi, che non permettono il passaggio dell'aria di raffreddamento attraverso la parte anteriore del dispositivo. Se le porte si trovassero sul lato del router, ciò consentirebbe il passaggio dell'aria; ma questa soluzione sarebbe scomoda per altri versi perché impedirebbe l'accesso al personale IT. Pertanto il metodo comune attualmente utilizzato per il raffreddamento da lato a lato per dispositivi tipo router è una soluzione pratica ma non ottimale. Fig. 4 Router con flusso dell'aria da lato a lato Problemi di flusso dell'aria con il raffreddamento da lato a lato Nel paragrafo precedente si è spiegato che l'aria espulsa dell'apparecchiatura montata su rack tende a tornare naturalmente al suo interno attraverso la presa d'aria, e che i pannelli fittizi bloccano questo flusso d'aria nel caso della ventilazione fronte-retro. Tuttavia, nel caso delle apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato, vi sono tre problemi seri che consentono il ricircolo dell'aria calda espulsa all'interno dell'apparecchiatura e provocano un aumento della temperatura in prossimità della presa d'aria. Essi sono: 1) Apparecchiature adiacenti 2) Nessuna parete divisoria che separi la presa d'aria dall'aria espulsa 3) Montaggio in un armadio Questi problemi si aggravano quando aumenta la densità di potenza nel rack o nell'armadio (la potenza totale assorbita da tutte le apparecchiature presenti in ciascun rack). 6

7 Apparecchiature adiacenti Spesso le apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato vengono montate in rack a telaio aperto per facilitare il raffreddamento. Tuttavia ciò provoca gravi conseguenze quando i rack vengono disposti in una stessa fila con le apparecchiature in rack adiacenti. In queste condizioni, la presa d'aria di un'apparecchiatura può venire a trovarsi in corrispondenza dello scarico dell'apparecchiatura adiacente. L'aria che entra nell'apparecchiatura può avere una temperatura superiore di 10 C (18 F) alla temperatura ambiente, il che di norma costituisce una condizione inaccettabile. Se inoltre un certo numero di tali rack sono disposti in fila, procedendo lungo tale fila si avrà un progressivo aumento della temperatura, fino al raggiungimento di temperature molto elevate dell'aria all'ingresso, come indicato dai diversi colori delle frecce nella Fig. 5. Tale tipo di surriscaldamento delle apparecchiature adiacenti è un fenomeno decisamente comune. Risolvere i problemi di raffreddamento con i rack a telaio aperto diventa molto difficile, perché lo schema di circolazione del flusso dell'aria è imprevedibile. Fig. 5 Apparecchiatura con flusso dell'aria da lato a lato in rack a telaio aperto Aria calda Aria fresca Nessuna parete divisoria che separi la presa d'aria dall'aria espulsa Nella stragrande maggioranza delle installazioni di apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato non c'è alcun sistema per bloccare o separare l'aria espulsa, impedendo che torni all'interno dell'apparecchiatura attraverso la presa d'aria. L'aria espulsa può circolare attorno alla parte posteriore dell'apparecchiatura e tornare attraverso la presa d'aria situata sull'altro lato, così come accadeva nelle apparecchiature con raffreddamento fronte-retro mostrate nella Fig. 3A. Inoltre nella maggior parte dei casi le apparecchiature IT con flusso dell'aria da lato a lato sono installate l'una sopra l'altra all'interno del rack. Ciò significa che l'aria di scarico può anche andare al di sopra o al di sotto dell'apparecchiatura e tornare al suo interno attraverso la presa d'aria situata sull'altro lato (tale percorso è di solito più corto di quello attorno alla parte posteriore dell'apparecchiatura). In ogni caso, quando l'aria espulsa si mescola con l'aria fresca, la temperatura in prossimità della presa d'aria dell'apparecchiatura subisce un aumento indesiderabile. 7

8 Montaggio in un armadio Spesso è conveniente montare un'apparecchiatura con flusso dell'aria da lato a lato in un armadio, come già detto nell'introduzione. Tuttavia, a differenza del caso del flusso d'aria fronte-retro, in cui la presenza di un armadio rack migliora il raffreddamento, nel caso del raffreddamento da lato a lato l'armadio è controproducente ai fini del raffreddamento. Il lato dell'armadio offre una leggera resistenza aggiuntiva all'aria fresca entrante ed anche una leggera barriera all'aria calda espulsa. Quando questa resistenza aggiuntiva si somma alla tendenza preesistente dell'aria espulsa a tornare nell'apparecchiatura attraverso la presa d'aria, l'effetto è drammatico. Una parte considerevole dell'aria espulsa viene ricaptata dalla presa d'aria. La situazione è ancora peggiore nel caso che le apparecchiature adiacenti vengano inserite in file di rack contenute in alloggiamenti, senza una barriera d'aria tra un rack e l'altro. L'utilizzo di un armadio rack con apparecchiature che utilizzano il flusso dell'aria da lato a lato esalta significativamente gli effetti deleteri descritti nei paragrafi precedenti. Ci sono tuttavia diversi accorgimenti molto efficaci per raffreddare più efficacemente armadi con apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato; essi sono descritti nella parte successiva di questo documento. Per eliminare il surriscaldamento delle apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato, gli utenti sono stati indotti ad apportare diverse modifiche. Le soluzioni tradizionali, sebbene consentano di ridurre la temperatura delle apparecchiature, spesso hanno altri costi invisibili. Con alcuni metodi di riduzione della temperatura dell'apparecchiatura il sistema di raffreddamento funziona in modo inefficiente e può vanificare la ridondanza del raffreddamento. Occorre dunque prendere in considerazione i fattori che determinano i costi del raffreddamento. Fattori che influiscono sui costi del raffreddamento Il costo del raffreddamento è tutt'altro che trascurabile. Per molte installazioni, l'energia elettrica consumata dal sistema di raffreddamento è quasi la metà di quella consumata dal data center. Il costo di gestione dell'energia elettrica per il sistema di raffreddamento da solo fornisce un contributo notevole al TCO (Total Cost of Ownership, costo totale di possesso), superiore a quello dell'intera spesa in conto capitale per i sistemi di alimentazione e di raffreddamento. Pertanto la prudenza consiglia di impedire sprechi di energia nel sistema di raffreddamento. Il ricircolo dell'aria non influisce sulla potenza assorbita dal raffreddamento per un data center; tuttavia esso influisce significativamente e sfavorevolmente sull'efficienza dei sistemi di raffreddamento. Ciò in quanto un sistema con notevole ricircolo dell'aria ha le seguenti caratteristiche: 8

9 A) richiede una temperatura inferiore dell'aria all'uscita del CRAC (sistema di condizionamento) per compensare il rimescolamento con l'aria di scarico, più calda; B) restituisce aria più fredda all'unità CRAC a causa del mescolamento dell'aria fredda con l'aria di scarico calda; C) una temperatura più bassa dell'aria di ritorno nel CRAC provoca una deumidificazione che deve essere compensata con un'ulteriore umidificazione. Il ricircolo dell'aria, con i relativi punti di concentrazione del calore (hot-spot), può far aumentare di più del 10 % i costi dell'energia elettrica assorbita dal CRAC e richiedere l'installazione di ulteriori unità CRAC, con relativi costi di capitale e di gestione. Inoltre può accadere che vengano disattese le aspettative sulla capacità del sistema di funzionare con un'unità CRAC temporaneamente fuori uso per la manutenzione. Questi temi vengono approfonditi nel White Paper APC n. 49, Errori evitabili che compromettono l'efficacia del raffreddamento nei data center e nelle sale CED. Metodi di raffreddamento efficaci per il flusso dell'aria da lato a lato È possibile utilizzare svariati metodi per raffreddare sistemi con flusso dell'aria da lato a lato. Tali metodi sono descritti in questo paragrafo, assieme alle loro caratteristiche principali. Le alternative sono riassunte e confrontate nella Tabella 1, alla fine di questo paragrafo, per aiutare a scegliere il metodo più appropriato. Rack a telaio aperto con aumento dello spazio tra un rack e l'altro I rack a telaio aperto vengono utilizzati comunemente per apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato. Tuttavia essi non impediscono che il flusso dell'aria proveniente dalle apparecchiature vicine entri nella presa d'aria, e non assicurano nemmeno una separazione efficace dell'aria espulsa dalla presa d'aria. In un'applicazione tipica, i rack non vengono interamente riempiti di apparecchiature ad alta densità; le apparecchiature sono sfalsate in senso verticale da un rack all'altro per evitare la prossimità tra le uscite dell'aria di scarico e le prese d'aria fresca. Tuttavia questa strategia è solo parzialmente efficace a causa della dispersione dell'aria che ha luogo quando essa esce dallo scarico ed entra nella presa d'aria di un'apparecchiatura adiacente, come si vede nella Fig. 6. Questo metodo ha due inconvenienti: la densità delle apparecchiature deve essere bassa e inoltre c'è un significativo ricircolo dell'aria che, come già spiegato, riduce l'efficacia del sistema di raffreddamento. Poiché i rack sono dispersi, questo metodo ha l'ulteriore svantaggio di sprecare area calpestabile, che in alcune zone può avere un costo tutt'altro che trascurabile. Tuttavia questa soluzione è diffusa perché facilmente implementabile. 9

10 Fig. 6 Effetto di dispersione dell'aria su apparecchiature sfalsate in rack a telaio aperto Rack a telaio aperto Rack a telaio aperto Aria fresca Entrata Vista frontale del switch Vista frontale del switch Scarico Aria esausta calda Armadio a bassa densità Analogamente ai rack a telaio aperto, le apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato inserite in armadi pieni non riempiono l'armadio per tutta la sua capacità fisica a causa di vincoli di alimentazione o di raffreddamento. Tipicamente, le apparecchiature IT montate l'una sopra l'altra in un rack e non vi sono pannelli fittizi installati nello spazio U inutilizzato. Questo schema riduce efficacemente la densità di potenza dei rack, e di conseguenza riduce la probabilità che si formino degli hot spot. Tuttavia anche con questo metodo gli armadi favoriscono in una qualche misura il ricircolo dell'aria. Questo metodo è sconsigliabile nelle zone in cui gli affitti o il costo degli uffici è molto elevato, perché con la riduzione della densità di potenza dei rack occorre distribuire il carico termico su un'area calpestabile più ampia. Ventole supplementari Per contrastare il surriscaldamento si è soliti installare ventole supplementari. Tali ventole possono essere montate su rack, in rack a telaio aperto o armadi rack, ma non è infrequente vedere delle ventole esterne indipendenti. Il concetto è semplice: si tratta di spingere o aspirare l'aria calda allontanandola dall'apparecchiatura a rischio di surriscaldamento. Essenzialmente, le ventole funzionano come miscelatori, che mescolano l'aria di scarico delle apparecchiature con l'aria in uscita dall'unità CRAC, creando un flusso d'aria a temperatura intermedia fra quella emessa dal CRAC e quella in uscita dalle apparecchiature. Inoltre le ventole fanno aumentare la portata del flusso d'aria circolante nell'apparecchiatura. In tal modo si riesce a diminuire la temperatura di funzionamento dell'apparecchiatura e la formazione di hot spot locali, ma i costi sono tutt'altro che trascurabili. Si ha infatti una diminuzione dell'efficienza del sistema CRAC a causa della diminuzione della temperatura dell'aria di ritorno nel CRAC, che provoca le conseguenze già descritte; in particolare: maggiore deumidificazione / umidificazione, minore capacità del CRAC ed eventuale perdita della ridondanza. 10

11 Distribuzione laterale dell'aria 1 La distribuzione laterale dell'aria del rack può essere utilizzata per fornire aria fresca direttamente e prevedibilmente alla presa d'aria dell'apparecchiatura e per contrastare la ricaptazione dell'aria espulsa nella presa d'aria. L'aria fresca entra tramite il portello frontale e attraversa uno speciale dispositivo deviatore situato al di sopra e/o al di sotto dell'apparecchiatura da raffreddare. (A tale scopo occorre riservare dello spazio sul pannello frontale.) Le ventole attive deviano l'aria verso condotti che riforniscono di aria fresca il lato dove essa è utilizzata dall'apparecchiatura con flusso dell'aria da lato a lato. L'aria espulsa dall'apparecchiatura esce quindi dalla parte posteriore del rack seguendo un percorso che sfavorisce la ricaptazione nella presa d'aria dell'apparecchiatura stessa. Questo è essenzialmente l'accorgimento che consente di trasformare le apparecchiature con raffreddamento da lato a lato in apparecchiature con raffreddamento fronte-retro, che possono essere così perfettamente integrate con altre apparecchiature in armadi rack conformi allo standard EIA-310D. Tale metodo consente di ottenere la massima densità di potenza e la massima efficienza del raffreddamento, e può essere applicato anche successivamente ("retrofit") ai rack server preesistenti. Si realizzano così i risparmi sui costi grazie alla diminuzione del numero di rack e alla maggiore efficienza del raffreddamento. La Fig. 7 mostra un esempio di sistema attivo di distribuzione laterale dell'aria per un'apparecchiatura con flusso dell'aria da lato a lato. 1 APC Corp. ha presentato richieste di brevettazione per progetti di rack/accessori per rack con implementazione di partizioni e accorgimenti per l'ottimizzazione del flusso dell'aria. 11

12 Figure 7 Vista antero-posteriore di un flusso dell'aria da lato a lato supportato in un singolo rack con flusso dell'aria da lato a lato Presa d'aria fresca Scarico aria calda La distribuzione laterale dell'aria consente di installare armadi rack affiancati tra loro assicurando comunque un flusso dell'aria opportuno e utilizzando in tal modo un'area calpestabile minore. Tuttavia è indispensabile che la temperatura dell'aria deviata verso l'apparecchiatura con flusso dell'aria da lato a lato sia conforme agli standard ANSI 2 e ASHREA 3 sul raffreddamento delle apparecchiature elettroniche. 2 Lo standard ANSI (American National Standards Institute) T prevede come condizioni di funzionamento accettabili per le apparecchiature di telecomunicazioni delle temperature comprese tra 41 ed 104 F (tra 5 e 40 C). 3 Il TC9 dell'ashrae (American Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers) raccomanda delle temperature all'entrata delle apparecchiature elettroniche comprese tra 68 e 77 F (tra 20 e 25 C) 12

13 Per verificare l'efficacia di questo metodo di raffreddamento è stato effettuato uno studio sperimentale su un sistema in condizioni stazionarie. In esso si è utilizzato un armadio APC NetShelter VX, 42U. L'apparecchiatura montata su rack era costituita da un switch Cisco serie 6500 nella parte centrale e diversi carichi termici 1U al di sopra e al disotto del switch per simulare il carico termico di altre apparecchiature. È stata quindi misurata la temperatura all'entrata del switch Cisco per vari carichi termici. Le misurazioni sono state effettuate con e senza il ricorso al dispositivo di distribuzione laterale dell'aria. È stata registrata una differenza media della temperatura di 15 F (8,3 C) tra le due prove. I risultati sperimentali sono illustrati nella Fig. 8. Temper. di entrata apparecchiatura con raffredd. da lato a lato ( F) Fig. 8 Temperatura all'entrata dell'apparecchiatura in funzione del carico del rack Temper. di entrata router di fascia alta senza unità di distribuzione laterale dell'aria del rack Temper. di entrata router di fascia alta con unità di distribuzione laterale dell'aria del rack +Intervallo ANSI inaccettabile +Norme di progett. ANSI ^Intervallo raccomandato da ASHRAE Carico totale rack (kw) *Tutte le prove sono state effettuate in un armadio APC Netshelter VX +ANSI - American National Standards Institute ^ASHRAE - American Society of Heating, Refrigeration, & Air-Conditioning Engineers Temper. di entrata apparecchiatura con raffredd. da lato a lato ( C) 13

14 Tabella 1 Metodi di raffreddamento con flusso dell'aria da lato a lato Variabili del flusso dell'aria da lato a lato Rack a telaio aperto con aumento dello spazio tra un rack e l'altro Metodi di raffreddamento con flusso dell'aria da lato a lato Armadio a bassa densità Ventola supplementare Distribuzione laterale dell'aria Power density 0-1 kw per rack Heat load is distributed over larger floor area 0-1 kw per rack Heat load is distributed over larger floor area 0-2 kw 0-6 kw per rack Sfruttamento ottimale dell'area calpestabile Maggiore consumo di area calpestabile Maggiore consumo di area calpestabile Migliore utilizzo dell'area calpestabile grazie all'aumento della densità di potenza per rack Richiede uno spazio verticale nel rack per il dispositivo deviatore dell'aria Ottimizzazione dell'uso dell'area calpestabile grazie all'aumento della densità di potenza per rack La separazione dei flussi dell'aria fredda e di quella calda produce una maggiore efficienza Efficienza del sistema di raffreddamento Il rimescolamento dell'aria fredda con quella calda si traduce in una minore efficienza Riduzione della tolleranza ai guasti del raffreddamento Grazie alla deviazione dell'aria di scarico calda nel corridoio caldo, i due flussi dell'aria fredda e di quella calda vengono separati, con conseguente aumento dell'efficienza L'efficienza aumenta se si utilizza una ventola nella parte superiore dell'armadio L'efficienza diminuisce se si utilizza una ventola indipendente; inoltre diminuisce la tolleranza ai guasti del raffreddamento TCO Costi del raffreddamento più elevati Basso costo per rack La diminuzione del numero di apparecchiature per rack implica l'utilizzo di un numero maggiore di rack Costi di raffreddamento inferiori Costo per rack elevato La diminuzione del numero di apparecchiature per rack implica l'utilizzo di un numero maggiore di rack I costi del raffreddamento aumentano quando si utilizzano rack a telaio aperto Costi di raffreddamento inferiori La diminuzione del numero di rack necessari si traduce in un risparmio sui costi Occorre un'area calpestabile meno ampia Afflusso prevedibile di aria fresca all'entrata Il flusso dell'aria non viene impedito ma è disomogeneo e difficilmente gestibile a causa del calore proveniente dai sistemi adiacenti Il riscaldamento dovuto alla presenza di apparecchiature installate nello stesso rack rende l'aria di alimentazione disomogenea e difficilmente gestibile Le ventole possono essere orientate direttamente sulla presa d'aria dell'apparecchiatura se si utilizza un rack a telaio aperto; tuttavia il flusso è disomogeneo se la ventola è installata nella parte superiore dell'armadio Afflusso omogeneo e prevedibile di aria fresca alla presa d'aria dell'apparecchiatura Affidabilità dell'apparecchiatura con flusso dell'aria da lato a lato Minore affidabilità dell'apparecchiatura Minore affidabilità dell'apparecchiatura Possibilità di raggiungere le condizioni nominali, ma imprevedibilità Consente di raggiungere condizioni nominali prevedibili per ottenere l'affidabilità desiderata Pianificazione del data center Difficoltà di pianificazione, perché i rack a telaio aperto devono essere spaziati a- deguatamente Semplifica la pianificazione per le esigenze future, consentendo di installare rack standardizzati in qualsiasi punto del data center Per gli armadi rack, è possibile pianificare in base alle esigenze future, installando rack standardizzati in qualsiasi punto del data center Semplifica la pianificazione per le esigenze future, consentendo di installare rack standardizzati in qualsiasi punto del data center Sicurezza fisica a livello rack Assenza di sicurezza fisica a livello rack Sicurezza fisica a livello rack Sicurezza fisica a livello di rack solo con gli armadi Sicurezza fisica a livello rack Applicazione raccomandata Rack isolati in un ambiente ad alta densità Rack isolati in un ambiente ad alta densità Data center con schemi hot aisle / cold aisle e flusso dell'aria fronte-retro Ambiente a densità maggiore Schema hot aisle / cold aisle (solo per gli armadi) Ambiente ad alta densità Schema hot aisle / cold aisle Convergenza tra informatica e telecomunicazioni (reti integrate dati / voce / video) Nota: l'ombreggiatura indica prestazioni ottimali per la variabile. 14

15 Restrizioni applicate alle apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato Spesso i fornitori di apparecchiature pubblicano guide all'installazione e alla soluzione dei problemi ambientali per i loro prodotti. Nel caso di apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato, tali indicazioni diventano restrittive data la tendenza ai problemi di raffreddamento connessa all'aumento delle densità di potenza. Analogamente a quanto accade nella maggior parte delle apparecchiature IT, i circuiti elettronici effettuano il monitoraggio della temperatura interna delle apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato. Se la temperatura di regime all'ingresso dell'apparecchiatura supera la temperatura massima raccomandata (tipicamente: 104 F [40 C]), l'apparecchiatura si spegne per impedire danni, provocando in tal modo un'interruzione critica delle attività di sistema. Sono state consultate delle linee guida specifiche per il raffreddamento fornite da diversi fornitori di switch e router. Esse sono riassunte di seguito. Prevedere uno spazio minimo di aria di 6 pollici tra le pareti e gli sfiati d'aria dello chassis. Prevedere una separazione orizzontale minima di 12 pollici tra due chassis. Evitare di inserire lo chassis in un rack eccessivamente affollato. Non installare un'apparecchiatura vicino alla parte inferiore del rack, perché essa può generare calore eccessivo, che viene spinto verso l'alto ed entra nelle prese d'aria della suddetta apparecchiatura, con conseguente aumento eccessivo della temperatura nello chassis nella parte superiore del rack o vicino a tale parte superiore. Non installare mai lo chassis in un rack chiuso che non sia opportunamente ventilato o rifornito di aria condizionata. Installare lo chassis in un rack chiuso solo se esso ha un'adeguata ventilazione o una ventola di scarico; ove possibile, utilizzare un rack aperto. Utilizzare dei deflettori all'interno del rack chiuso per facilitare il raffreddamento dello chassis. Per un corretto funzionamento del sistema, è essenziale pianificare opportunamente la posizione e il layout del rack delle apparecchiature. L'unità è destinata a essere installata in aree ad accesso limitato. Un'area ad accesso limitato può essere protetta mediante un dispositivo speciale, una serratura con chiave o altri mezzi di protezione. 15

16 Queste restrizioni lasciano al responsabile informatico pochi margini di flessibilità quando pianifica il layout del data center. Con l'avvento di soluzioni praticabili in armadi rack per apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato, i responsabili informatici possono adattarsi più facilmente ai cambiamenti continui in atto nell'odierno data center. In particolare, la distribuzione laterale dell'aria consente di utilizzare densità di potenza più elevate per i rack, nonché di ottenere una migliore e più prevedibile efficienza del raffreddamento. Inoltre il metodo della distribuzione laterale dell'aria facilita la convergenza di reti informatiche e di telecomunicazioni, e la conseguente creazione di un ambiente comune hot aisle/cold aisle. Sebbene le linee guida non ne facciano cenno, gli armadi assicurano anche una maggiore sicurezza fisica, eliminando in tal modo l'esigenza di sistemi di sicurezza separati. Conclusione Il raffreddamento di apparecchiature montate su rack con flusso dell'aria da lato a lato richiede una pianificazione speciale per evitare inefficienze e malfunzionamenti, specie quando vengono utilizzate in ambienti data center con flusso d'aria fronte-retro. Il problema principale con il raffreddamento da lato a lato sta nel fatto che la presa d'aria dell'apparecchiatura viene spesso ad aspirare aria esausta, espulsa dall'apparecchiatura stessa o da un'apparecchiatura adiacente. Le soluzioni tradizionali quali lo sfalsamento delle apparecchiature o l'utilizzo di ventole supplementari consentono di evitare la formazione di hot-spot ma riducono l'efficienza di funzionamento del sistema di raffreddamento. In questi sistemi si verifica un certo rimescolamento dell'aria di scarico e dell'aria fresca, che impedisce che la temperatura dell'aria all'entrata dell'apparecchiatura raggiunga quei valori ideali, più bassi, ottenibili con il raffreddamento fronte-retro tradizionale. È opinione diffusa che non sia possibile utilizzare armadi con l'intero rack occupato in abbinamento con il flusso dell'aria da lato a lato e che occorra invece utilizzare rack a telaio aperto. Tuttavia, utilizzando metodi collaudati, è possibile raffreddare con efficienza elevata armadi ad alta densità contenenti apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato. Questi metodi prevedono l'aspirazione dell'aria dalla parte anteriore del rack, aria che viene poi deviata verso la presa d'aria dell'apparecchiatura sul lato dell'unità, e infine scaricata dalla parte posteriore del rack. Questo metodo consente di ridurre a livelli sicuri la temperatura di funzionamento dell'apparecchiatura e di aumentare al massimo l'efficienza del sistema di raffreddamento mediante la separazione dell'aria calda espulsa dall'aria in entrata. Una tale conversione del flusso dell'aria da lato a lato in un flusso fronte-retro consente una perfetta integrazione nei sistemi di raffreddamento dei rack di un data center ad alta densità, utilizzando lo schema diffuso hot aisle/cold aisle. Il pregio della conversione di tali apparecchiature è costituito dalla prevedibilità delle prestazioni dell'apparecchiatura in qualsiasi momento futuro, senza che si sia costretti a decidere in anticipo la posizione dell'apparecchiatura stessa. Il responsabile IT può decidere in qualsiasi momento di installare un'apparecchiatura a flusso dell'aria da lato a lato in qualsiasi posizione, nella certezza che essa si integrerà senza problemi nella serie di armadi. Diviene così inutile creare aree speciali a bassa densità per le apparecchiature con flusso dell'aria da lato a lato. 16

17 Informazioni sull'autore Neil Rasmussen è uno dei fondatori e il Chief Technical Officer di American Power Conversion. In APC Neil è responsabile del budget della R&S più consistente del mondo investito nelle infrastrutture di alimentazione, raffreddamento e rack per reti critiche, con i principali centri di sviluppo prodotti dislocati nel Massachusetts, nel Missouri, in Danimarca, nello stato di Rhode Island, a Taiwan e in Irlanda. Attualmente Neil si occupa del coordinamento delle attività di APC per lo sviluppo di soluzioni scalari e modulari per i data center. Prima di fondare APC, nel 1981, Neil ha conseguito la laurea in ingegneria elettrica presso il MIT, presentando una tesi sull'analisi di un'alimentazione a 200 MW per un reattore a fusione Tokamak. Dal 1979 al 1981 ha lavorato presso i MIT Lincoln Laboratories studiando i sistemi di accumulo energetico nei volani e i sistemi a energia solare. 17