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O que é a métrica CCF em data centers? Como ela é calculada, aplicada à infraestrutura do data center, e qual a sua real contribuição na avaliação da eficiência energética do site? Como melhorar o desempenho da instalação com base nessa métrica?

A métrica CCF - Cooling Capacity Ratio é definida pelo Upsite Technologies, entidade responsável por sua introdução no mercado de data centers, como a relação entre a capacidade de climatização total instalada (em operação no site) e a carga crítica efetiva de TI (medida na saída do UPS).

Embora um pouco diferente da definição expressa acima, matematicamente, essa métrica é calculada da seguinte forma:

Sendo: • Capacidade total de climatização, em kW: capacidade da unidade de climatização (CRAC) utilizada de acordo com as especificações do fabricante (10 TR, 20 TR, 30 TR, etc.). • Carga crítica efetiva de TI, em kW: carga instalada no espaço para o qual se deseja determinar a CCF.

O fator que multiplica o valor da carga crítica de TI (1,1) no denominador tem como objetivo incluir na conta os consumos do sistema UPS, da iluminação do espaço para o qual se deseja obter a CCF e de outras eventuais fontes de calor que refletem em consumo do espaço em função da operação dos equipamentos críticos de TI nele instalados. Um fator de 10%, como é o caso aqui, pode ser considerado adequado à realidade.

Vamos avaliar um exemplo de aplicação do cálculo da CCF. Consideremos uma sala de computadores com as seguintes características: • Carga crítica de TI: 60 kW. • Três unidades CRAC: 10 TR cada (capacidade de climatização).

Para aplicar a equação [1] (CCF), é necessário converter a capacidade de climatização das unidades CRAC de TR para kW, portanto:

Portanto, três unidades CRAC terão uma capacidade combinada de climatização de 105,9 kW.

A CCF para uma sala de computadores com as características do exemplo será:

Antes de discutirmos o resultado obtido no exemplo, vamos conhecer um pouco sobre o objetivo dessa métrica.

Segundo o Upsite, esta relação (quando satisfatória) não deve exceder 1,2% ou 120% (em relação a carga de TI instalada). Em casos nos quais o valor for mais elevado, significa que a eficiência do sistema de climatização é deficiente e há, portanto, margem para o aperfeiçoamento do desempenho desse sistema. Isso implica melhoria na eficiência energética da climatização, redução de despesas operacionais, aprimoramento do ambiente de forma geral, além de oferecer capacidade para uma densidade maior de equipamentos críticos de TI.

Os valores de CCF de referência estão entre 1 e 3. A tabela I

CCF= Capacidadetotaldeclimatizaçãoemoperação 1,1·(CargacríticaefetivadeTI )

Esta seção se propõe a analisar tópicos de cabeamento estruturado, incluindo normas, produtos, aspectos de projeto e execução. Os leitores podem enviar suas dúvidas para Redação de RTI, e-mail: inforti@arandanet.com.br.

CCF= Capacidadetotaldeclimatizaçãoemoperação 1,1·(CargacríticaefetivadeTI )

= 105,9 1,1·60 =1,6

Fig. 1 – Exemplo de conformação de corredores frios e quentes

CRACkW =CRACTR ·3,53=10·3,53=35,3 kW

apresenta um quadro com as classificações do sistema de climatização em função da CCF e suas características.

Para esclarecimento, os comentários apresentados na tabela I são um resumo das considerações que o próprio Upsite apresenta para a análise dos valores de CCF baseado em observações feitas em data centers reais.

Voltando ao exemplo, um sistema de climatização com CCF igual a 1,6 não é dos mais eficientes. Conforme mostrado na tabela I, ele está entre aqueles com a classificação CCF mais comum e há, portanto, margem para melhorias.

Em nosso exemplo, fica claro que a capacidade de climatização em operação excede de forma significativa a necessidade da carga crítica de TI do espaço considerado, ou seja, temos 105,9 kW de carga de climatização (unidades CRAC em operação), para 66 kW de carga crítica de TI, incluído o fator de correção de 10%. Esse desequilíbrio no dimensionamento do sistema de climatização é, nesse caso, o fator mais importante de ineficiência. Note que duas unidades CRAC em operação (70,6 kW) seriam suficientes. A CCF nessa condição estaria entre 1 e 1,1.

A obtenção de valores de CCF nesse nível é possível (e desejável), porém envolve o projeto ótimo do espaço, o dimensionamento adequado do sistema de climatização e boas práticas de controle de fluxo de ar, que pode envolver uma ou mais das técnicas a seguir, individualmente ou combinadas.

Conformação de corredores frios e quentes

O conceito de corredores frios e quentes em data centers tem sido adotado com sucesso em salas de computadores de portes médio e grande (figura 1). Espaços muito pequenos, não são, em geral, bons candidatos para essa técnica, pois torna-se difícil manter uma orientação bem-comportada do fluxo de ar.

Embora a conformação de corredores frios e quentes seja possível com diferentes métodos de distribuição de ar no espaço, sua implementação com o uso de pisos elevados, sob os quais o ar frio é insuflado, na prática é mais comum. Para que corredores frios e quentes sejam configurados de forma adequada, as unidades CRAC devem estar alinhadas com os corredores quentes.

Fig. 2 – Exemplos de grelhas (à esq.) e placas de piso perfuradas para insuflação de ar frio proveniente do piso elevado no corredor frio

Projeto e instalação de piso elevado

O piso elevado, quando utilizado em conjunto com a conformação de corredores frios e quentes, deve ser implementado com placas perfuradas para a passagem de ar frio através delas nos corredores frios. Nesses corredores, racks e gabinetes são posicionados de tal forma que os equipamentos de TI fiquem com suas faces orientadas para esse corredor.

Consequentemente, o corredor quente é gerado na parte posterior dos racks e gabinetes, onde há a

Tab. I - Classificações do sistema de climatização em função da CCF e suas características

CCF Características

Entre 1 e 1,1

Indica um sistema de climatização sem redundância. A eficiência é dependente de boas práticas para o controle do fluxo de ar no espaço. Entre 1,1 e 1,2 Sistema bem ajustado à carga crítica de TI instalada e provavelmente operando dentro dos limites estabelecidos pela ASHRAE para os parâmetros ambientais de interesse. Entre1,2 e 1,5 Sistema com certo grau de ineficiência. Pode haver unidades CRAC em excesso operando no sistema de climatização do espaço. Necessidade de implementação de boas práticas para o controle do fluxo de ar no espaço. Entre 1,5 e 3 Classificação CCF mais comumente encontrada na prática. Há, certamente, unidades CRAC em excesso operando no sistema de climatização do espaço. Necessidade de implementação de boas práticas para o controle do fluxo de ar no espaço.

Acima de 3 Sistema com alto grau de ineficiência. Há, pelo menos, o triplo da capacidade de climatização em operação no espaço. Oferece grande margem para a melhoria do sistema de climatização.

saída do ar quente. O corredor quente não deve, então, ter placas de piso perfuradas para não haver vazamento de ar frio nessa posição, prejudicando a eficiência do sistema de climatização.

As aberturas nas placas de piso para a passagem do ar frio nos corredores frios podem ser obtidas por meio de grelhas ou perfurações nas próprias placas. A recomendação mais comum, para um controle de fluxo de ar mais eficiente, é que placas perfuradas sejam utilizadas em vez de grelhas. A figura 2 traz exemplos de ambos os tipos.

Em sistemas de climatização que utilizam o piso elevado como duto, o vão livre é fator crítico e deve ser levado em consideração nas etapas de projeto e implementação. É importante considerar que vários sistemas de um data center compartilham o espaço sob o piso elevado, tais como a distribuição de cabeamento estruturado, parte elétrica, dutos de água (ou outro refrigerante) do ar condicionado, segurança, entre outros. Se as saídas de ar forem obstruídas ou parcialmente bloqueadas devido à grande quantidade de cabos e dutos sob o piso, a climatização do espaço será prejudicada e os equipamentos críticos de TI poderão operar em condições críticas de temperatura e estarão mais sujeitos a falhas. Portanto, o gerenciamento do fluxo de ar no espaço é fator crítico, além do balanceamento ótimo entre as cargas de climatização e de dispositivos críticos de TI envolvidos.

Boas práticas de controle do fluxo de ar

Como acompanhamos até aqui, valores satisfatórios de CCF levam a um melhor desempenho do sistema de climatização de um espaço que contém equipamentos críticos de TI. Também vimos que é importante que algumas práticas de instalação sejam observadas, e entre elas estão a conformação de corredores frios e quentes e o projeto ótimo do piso elevado, quando utilizado como parte do sistema de climatização.

É muito importante, também, certificar-se de que todas as aberturas para a passagem de cabos dos sistemas de telecomunicações e distribuição elétrica sejam seladas. Isso evita o vazamento de ar frio para fora do corredor frio, pois quando isso ocorre, há uma perda importante de eficiência do sistema de climatização.

Há dispositivos e soluções muito simples, de baixo custo e eficientes no mercado para resolver o problema de falha na vedação das aberturas do piso elevado e também de aberturas nos racks e gabinetes.

As aberturas deixadas nos racks e gabinetes causam a recirculação de ar quente pelo corredor frio, reduzindo a eficiência do sistema de climatização do espaço, efeito conhecido como “curto-circuito” de ar condicionado. A instalação de painéis cegos para fechar as aberturas dos racks e gabinetes ajuda a manter a eficiência da climatização, eliminando o retorno de ar quente pelo corredor frio.

Para finalizar, a boa determinação do valor da CCF para um dado espaço dependerá de como a capacidade de climatização das unidades CRAC é obtida. A forma mais comum é com base nas especificações do fabricante, ou seja, dados de catálogo.

No entanto, tais especificações se referem à capacidade total da unidade CRAC para condições padronizadas de temperatura e umidade relativa do ar do espaço. Se as condições do ar de retorno forem diferentes das padronizadas, a unidade CRAC apresentará desempenho inferior ao especificado. Se o ar de retorno for mais frio que o padrão, o sistema terá um desempenho inferior ao especificado. Por outro lado, se o ar de retorno for mais quente, ele será capaz de oferecer um desempenho superior.

Em resumo, embora não seja nova, a CCF é uma métrica que, sob meu ponto de vista, atende bem ao propósito a que se propõe, ou seja, oferecer uma figura de eficiência energética específica para o sistema de climatização. Trata-se, portanto, de uma métrica que, em conjunto com a PUE - Power Usage Effectiveness, oferece informações críticas para o operador do data center.

Paulo Marin é engenheiro eletricista, mestre em propagação de sinais e doutor em interferência eletromagnética aplicada à infraestrutura de TI. Marin trabalha como consultor independente, é palestrante internacional e ministra treinamentos técnicos e acadêmicos. Autor de vários livros técnicos e coordenador de grupos de normalização no Brasil e EUA. Site: www.paulomarin.com.