SPECIALE VISTI IN FIERA CONDOMINIO INTERVISTE QUALITÀ DATA CENTER. DENTRO L OBIETTIVO Cambio di forma e di funzione Una passiva nella Bassa

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1 bimestrale Organo ufficiale di APA La rivista per i progettisti con LA PIÙ ALTA DIFFUSIONE CERTIFICATA Per PENSARE, PROGETTARE e COSTRUIRE SOSTENIBILE ISSN: Euro 9 N. 42 Anno VIII marzo-aprile 2013 SPECIALE POMPE DI CALORE NEL SISTEMA EDIFICIO VISTI IN FIERA KLIMAHOUSE E SAIE 3 CONDOMINIO Riforma: cosa cambia nel distacco INTERVISTE Progettare in Italia e in Svizzera QUALITÀ Arriva il Success Contracting DATA CENTER Puntare sull efficienza DENTRO L OBIETTIVO Cambio di forma e di funzione Una passiva nella Bassa Poste Italiane Spa Posta target magazine LO/CONV/020/2010

2 DATA CENTER Efficienza energetica nei data center e server room I costi energetici e per le infrastrutture tecnologiche nei data center sono diventati un fattore centrale. I risultati del progetto PrimeEnergyIT, finanziato dalla Commissione Europea, nell esperienza dal gruppo eerg del Dipartimento di Energia Politecnico di Milano di Andrea Roscetti gruppo eerg del Dipartimento di Energia Politecnico di Milano La quantità di dati scambiati sulle reti IT raddoppia ogni due anni. Ne consegue che un numero crescente di apparecchiature con maggiori potenzialità di calcolo, di trasmissione dati e i nuovi e più complessi servizi IT sviluppati recentemente, hanno incrementato la richiesta di potenza. Tuttavia, le analisi 72

3 5000 condotte dagli esperti del settore a livello mondiale mostrano un elevato potenziale di risparmio di energia in data center e sale server, che può superare in molti casi il 50%, in funzione delle specifiche caratteristiche e del tipo di apparecchiature IT installate. Potenziale di risparmio energetico In passato, la maggior parte delle misure per il risparmio energetico si basava su soluzioni efficienti per l alimentazione e il raffreddamento. Più recentemente si sono sviluppati approcci olistici per integrare tutti gli elementi efficienti (hardware IT, elementi di gestione e controllo). Gli ultimi studi mostrano che le misure di efficientamento ad oggi adottate hanno portato ad una riduzione significativa della domanda di energia, rispetto ad un scenario business as usual *. Eppure, il potenziale di risparmio energetico non ancora sfruttato è ancora enorme e le nuove tecnologie consentono una rapida ed efficace diffusione di sistemi efficienti per le strutture di calcolo, di gestione e trasmissione dati di ogni dimensione e livello. Come migliorare L ottimizzazione dell efficienza energetica in sale server e data center è, in genere, strettamente legata alla corretta progettazione del sistema nel suo complesso. Una progettazione efficace, sia dell infrastruttura sia della parte IT, è fondamentale per i data center di medie e grandi dimensioni. È possibile migliorare significativamente l efficienza energetica grazie a hardware, virtualizzazione e ottimizzazione del progetto e del layout del sistema di raffreddamento. La scelta di apparecchiature efficienti per l IT e le infrastrutture rappresenta quindi Power [Watt] Old Access Control Intranet Help Desk IT Controlling VMware1 SAN-Enclosure File Server MS SQL SPS SMS Root DC Office DC Office DC Exchange Exchange Exchange FE Conference Proxy 4 Rack Monitor 4 Rack Fan & KVM Inventory Server Software Packaging Logging Server Certificate Server VMware2 Help Line Novatime System Monitoring Terminal Server CMF New RIDUZIONE DELLA RICHIESTA DI ENERGIA PER MEZZO DELLA VIRTUALIZZAZIONE. Esempio del consolidamento dei server attraverso la virtualizzazione attuata al Ministero dell Ambiente in Germania. Le soluzioni adottate hanno permesso un risparmio energetico di circa il 68%. FC Switch IT NSeries NSeries Storage NSeries Controler ESX1 Server solo una soluzione per migliorare l efficienza energetica in infrastrutture di rilevanti dimensioni, e dovrebbe essere affiancata a scelte strategiche di progettazione efficiente a livello di sistema. * Koomey, Jonathan. Growth in data center electricity use 2005 to 2010, A report by Analytics Press, analyticspress.com/datacenters.html, August 1,

4 RAFFREDDAMENTO E INFRASTRUTTURE PER I SISTEMI VIRTUALIZZATI Oltre a ridurre in modo significativo la complessiva richiesta di energia, la virtualizzazione, soprattutto in sistemi più grandi, può causare un aumento della densità di potenza dei rack. La gestione dell alimentazione con la migrazione delle macchine virtuali porta inoltre a dinamiche di cambiamento spaziale della densità di potenza e di calore, aumentando in tal modo la richiesta di alimentazione e raffreddamento a livello locale. Devono essere utilizzati principi di alimentazione e raffreddamento adeguati per soddisfare la domanda in ambienti virtualizzati e per evitare gli hot spot. Se la capacità totale di alimentazione e raffreddamento non è adatta al livello minimo di richiesta di energia, il Power Usage Effectiveness (PUE) peggiorerà dopo la virtualizzazione. Questa può ridurre il carico di raffreddamento in un data center a livelli talmente bassi da causare effetti negativi. Una capacità di alimentazione e raffreddamento correttamente dimensionata è di fondamentale importanza per lo sfruttamento del potenziale di risparmio energetico. E anche essenziale ridurre le perdite di efficienza con le seguenti azioni: Ridimensionamento della capacità di alimentazione e raffreddamento per soddisfare il carico. Ventilatori con motori VDF e pompe a inverter che sono controllate dalla domanda di raffreddamento. Utilizzo di apparecchiature con maggiore efficienza. Architettura di raffreddamento che abbrevia i percorsi dei flussi d aria (ad esempio in riga). Sistema di gestione della capacità per adattare la capacità alla domanda. Pannelli di chiusura per ridurre la miscelazione dell aria all interno dei rack. In un ambiente con il tradizionale pavimento rialzato, è possibile prevedere un raffreddamento locale per gli hot spot, riorganizzando i pavimenti. Le mutevoli esigenze dovute alla migrazione dinamica dei server virtuali, tuttavia, richiedono anche soluzioni di raffreddamento dinamico. Una soluzione a questa difficoltà è posizionare unità di raffreddamento all interno delle righe e attrezzarle per percepire e rispondere ai cambiamenti di temperatura. Posizionare le unità di raffreddamento vicino ai server permette brevi percorsi del flusso d aria tra raffreddamento e carico. La variazione dinamica di alimentazione in ambienti virtualizzati è una delle ragioni principali per passare a un raffreddamento basato su riga o su rack. SCHEMI TIPICI PER IL RAFFREDDAMENTO DI UN DATA CENTER. SUDDIVISIONE IN CORRIDOI CALDI/FREDDI. Ashrae Save energy now presentation Lo schema tipico di raffreddamento per un data center di medie dimensioni raffreddato ad aria è caratterizzato dalla suddivisione in zone/corridoi: quello freddo in cui viene immessa l aria di raffreddamento destinata all hardware e quello caldo in cui è presente l aria calda proveniente dalle apparecchiature. Le problematiche tipiche dei sistemi ad aria sono dovute alla presenza di infiltrazioni ed esfiltrazioni, alla ridotta efficienza di raffreddamento a carico parziale e alla scarsa possibilità di controllare puntualmente le temperature negli armadi rack con la formazione di punti problematici detti hot spot. Sistemi più complessi basati su raffreddamento a liquido sono meno flessibili, ma lo scambio termico più prossimo alla fonte di calore fornisce la massima efficienza. Sono in aumento anche i data center che utilizzano direttamente l aria esterna (free cooling diretto) per lunghi periodi dell anno 74

5 Conoscere i consumi La misura dei consumi di energia nelle sale server e nei data center è l elemento fondamentale per la valutazione dell efficienza, indipendentemente dalla dimensione del sistema: è sempre importante avere informazioni il più dettagliate possibile sui consumi di energia per fare confronti e supportare correttamente le decisioni riguardanti le azioni di ottimizzazione nei sistemi esistenti, mentre a oggi pochi IT manager di data center sono a conoscenza dei propri consumi elettrici e dei relativi costi associati. Una delle metriche più diffuse è il PUE (Power Usage Effectiveness), definito come il rapporto tra il consumo totale di energia da parte del data center e l energia fornita alle sole apparecchiature IT. Valori tipici di PUE sono superiori a 2, valori ottimali per nuove installazioni sono inferiori a 1,2. Come detto, gli interventi di efficientamento dei data center si sono principalmente concentrati su soluzioni a livello infrastrutturale, in particolare nell ambito dei sistemi di raffreddamento e di alimentazione elettrica. Negli ultimi anni si nota un crescente ricorso ad approcci che considerano maggiormente anche l efficienza dell hardware (server, storage dei dati, comunicazione e alimentazione elettrica) e le interazioni tra i differenti sistemi. RAFFREDDAMENTO A LIQUIDO. Ashrae Save energy now presentation, 2009 RAFFREDDAMENTO A LIQUIDO. S. Novotny, Green field data center design water cooling for maximum efficiency Controllo dei carichi: etichettature volontarie e obbligatorie Il primo passo verso l efficienza è il controllo dei carichi di lavoro esistenti o previsti, utile anche a garantire il corretto funzionamento delle apparecchiature. I carichi possono essere consolidati incrementando il livello di utilizzo dell hardware IT e riducendo significativamente la quantità di apparecchiature. Per la valutazione dell efficienza dei singoli apparecchi (server, UPS, e sistemi di raffreddamento) è possibile fare affidamento sulle etichettature obbligatorie e volontarie e sui modelli di 75

6 RAFFREDDAMENTO DATA CENTER DI MEDIE E GRANDI DIMENSIONI L approccio tradizionale per il raffreddamento nei data center di medie e grandi dimensioni si basa su sistemi ad aria. Un data center standard è progettato per raffreddare una media di 7,5-10 kw/m², che si traducono in 1-3 kw / rack. I data center più recenti sono progettati per raffreddare una media di 20 kw/m², che limita ancora la densità di energia per rack a 4-5 kw (ricordiamo che la piena capacità dei rack nei sistemi consolidati o sistemi di server biade può essere superiore ai 25 kw / rack). I dispositivi IT sono disposti in file con griglie verso il corridoio freddo. L aria fredda è fornita al corridoio freddo, passa attraverso il dispositivo e poi viene scaricata al corridoio caldo. Le IMPOSTAZIONI DI TEMPERATURA E UMIDITÀ I data center dovrebbero essere progettati e gestiti alla loro massima efficienza possibile, a determinate condizioni climatiche (temperatura di bulbo secco). La temperatura raccomandata è compresa tra 18 e 27 C e l umidità relativa inferiore al 60% (aria in ingresso nei dispositivi IT). Rispettivamente, il punto di rugiada deve essere tra 5,5 e 15 C. Studi sulla temperatura dell aria in ingresso suggeriscono C come range ottimale. A temperature più elevate il consumo di energia delle ventole interne nei server e nelle altre apparecchiature IT prevarrà sulla maggiore efficienza del sistema di raffreddamento del data center. Impostazioni di temperatura inferiore dissipano energia a caratteristiche del flusso d aria sono elementi importanti da considerare. Le direzioni del flusso d aria nel rack raccomandate sono da davanti a dietro, da davanti verso l alto, o da davanti e dall alto verso dietro. Se differenti dispositivi con diverse condizioni operative o diverse direzioni del flusso d aria vengono installati nella stessa stanza, dovrebbe essere creata un area separata. Nel caso in cui il dispositivo abbia diversi requisiti sui parametri ambientali, è preferibile fornire controlli separati al fine di evitare inefficienze a causa del set point più basso o di uno scarso controllo del flusso d aria. causa di un eccesso di raffreddamento. In aggiunta alle impostazioni di temperatura, l ottimizzazione del flusso d aria (ad esempio corridoio caldo / corridoio freddo, pannelli di chiusura e sigillatura delle fughe) è essenziale per garantire l alta efficienza. Soprattutto le impostazioni di temperatura superiori richiedono un flusso d aria ottimizzato per evitare gli hot spot. A densità di energia molto elevate (ad esempio 25 kw per rack), il raffreddamento tradizionale del locale basato su sistemi CRAC / CRAH non è più sufficiente per evitare gli hot spot. In questo caso un raffreddamento speciale basato su rack e su riga potrebbe essere appropriato. benchmark esistenti e in fase di sviluppo, come ad esempio EnergyStar, SPEC, SNIA, Eurovent. Negli ultimi anni sono stati sviluppati e proposti da molti organismi internazionali e nazionali diversi approcci di tipo olistico per la valutazione complessiva dell efficienza dei data center, in parallelo con i metodi di certificazione degli edifici: si vedano ad esempio il Code of Conduct della Commissione Europea, le certificazione Blue Angel tedesca, TÜV, BCS. Gli approcci olistici all efficienza sono solitamente orientati a infrastrutture di medio-grande dimensione. Per le piccole sale server sotto i 20 kw di potenza IT installata ci sono meno strumenti e il livello ridotto degli investimenti determina spesso una minor attenzione ai consumi e privilegia l affidabilità e la disponibilità dei sistemi. I sistemi di raffreddamento in tali situazioni sono solitamente sovradimensionati e raramente ne viene verificata l efficienza a carico parziale. LE BUONE PRATICHE: il progetto PrimeEnergyIT All interno del progetto PrimeEnergyIT negli ultimi due anni si sono svolte numerose attività a livello nazionale, sviluppate linee guida e raccolti casi di buona pratica (sia a livello tecnologico sia rivolte agli acquirenti pubblici). Sono stati anche organizzati workshop e giornate di formazione sul tema dell efficienza nei data center. La raccolta di casi di buona pratica a livello nazionale ed europeo ha evidenziato quanto già era possibile riscontrare negli studi precedenti: l incremento di efficienza è raggiungibile migliorando la 76

7 tecnologia delle apparecchiature installate e, parallelamente, gli aspetti della gestione. Ciò è risultato valido sia nel settore pubblico sia in quello privato, con differenti livelli di complessità. Nei casi di studio raccolti in Italia, che hanno coinvolto grandi aziende come Esselunga, service provider come Infracom e il Politecnico di Milano, in generale si notano caratteristiche comuni, pur trattandosi di infrastrutture differenti in termini di dimensioni, servizi offerti e livello di disponibilità dei servizi richiesto. Virtualizzazione per ridurre gli apparati Si è partiti alla ricerca di una maggiore razionalizzazione del numero degli apparati (server, dischi e rete), ottenuta grazie alla virtualizzazione e alla conseguente riduzione dell IT installato. Per ottenere i massimi benefici, è stato previsto un sistema di raffreddamento ottimizzato in funzione della densità, minimizzando l utilizzo degli spazi e valutando le potenzialità dei sistemi di raffreddamento previsti o installati. L efficienza energetica dell insieme delle apparecchiature IT è fortemente influenzata dal grado di consolidamento del carico di lavoro (ad esempio grazie alla virtualizzazione), dall efficienza dei singoli elementi e apparecchi e dall uso di opzioni a livello di gestione per il risparmio energetico. I Caso: Esselunga Esselunga ha costruito il proprio nuovo data center Business Continuity, sfruttando le precedenti esperienze di ottimizzazione dell infrastruttura esistente. I chiller ad acqua di nuova installazione da 252 kw di potenza raffreddante hanno un elevata efficienza e la possibilità di funzionamento in free cooling: sotto i 17 C di temperatura dell aria esterna sono in grado di disattivare gradualmente il raffreddamento a compressione. L utilizzo di setpoint più elevati all interno della sala, sino a 25 C, permette inoltre risparmi aggiuntivi. In tale ESSELUNGA. Le unità chiller sono poste sul lato nord dell edificio al fine di ottimizzare l efficienza in free cooling (economizzatori): sotto i 17 C di temperatura esterna la richiesta di raffreddamento con compressori è ridotta ed è disattivata sotto i 10 C. Nella zona dei rack, suddivisi in 5 isole, il processo di raffreddamento è condotto con unità in row e ottimizzato con il contenimento del corridoio caldo. L efficacia di raffreddamento in ogni condizione di carico è stata simulata con un software CFD ambito l ASHRAE ha pubblicato recentemente nuove linee guida e studi per la gestione dei flussi d aria per il raffreddamento dell IT, incrementando i limiti superiori degli intervalli di temperatura ammissibili, per favorire un risparmio maggiore. Grazie alla suddivisione tra zone fredde e calde, al corretto orientamento delle apparecchiature IT e alla separazione fisica totale delle aree a differente temperatura, si sono raggiunti valori di efficienza particolarmente elevati: il PUE misurato da Esselunga nel nuovo data center è di 1,19. Ciò significa che fatto 100 il consumo dell IT i servizi (raffreddamento e alimentazione) consumano mediamente solo 19. Il tempo di ritorno dell investimento risulta in questo caso largamente inferiore alla vita utile dell infrastruttura: 4 anni contro i 10 previsti. II Caso: Infracom Infracom ha operato principalmente sulle infrastrutture esistenti di un proprio cliente, principalmente riducendo i carichi termici dovuti alle apparecchiature IT. Dai 130 server ospitati da 18 rack si è così passati a 29 server in 3 rack, consolidando due data center in uno solo. Ne sono scaturite maggiori possibilità di espansione, maggiore disponibilità e affidabilità dei servizi, con un consumo ridotto di oltre il 75% rispetto alla situazione preesistente. L efficienza energetica dell insieme delle apparecchiature IT è fortemente influenzata dal grado di consolidamento del carico di lavoro (ad esempio grazie alla virtualizzazione), dall efficienza dei singoli elementi e apparecchi e dall uso di opzioni a livello di gestione per il risparmio energetico. Lezione appresa Dalle esperienze raccolte a livello nazionale ed internazionale, nel settore pubblico e privato, i punti di forza che favoriscono la progettazione di soluzioni efficienti sono i seguenti: Coinvolgimento del mercato un market screening iniziale è fondamentale per incrementare le proprie conoscenze e ampliare lo spettro delle possibili soluzioni. Coinvolgimento di tutto il personale IT e dei servizi generali. Definizione degli obiettivi di efficienza, a livello globale e di apparecchiature. Valutazione dei risultati, mediante sistemi di misura e controllo utili anche ad incrementare l affidabilità e la disponibilità dei servizi offerti. Adozione di sistemi e prodotti innovativi e tecnologicamente all avanguardia. 77

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