<


Op weg naar hogere energie-efficiëntie in de witte ruimte van het datacenter

shutterstock Panduit

Het monitoren van de datacenteromgeving levert operators belangrijke data op voor analyses. Deze maken het mogelijk om de efficiëntie te verhogen en besparingen te realiseren door minder energie te verbruiken. Modulaire oplossingen voor thermische efficiëntie maken gebruik van temperatuur- en drukmetingen om de witte ruimte in het datacenter te bewaken en doelstellingen op het gebied van duurzaamheid 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 die beschikbaar is voor het installeren van servers, switches en storage. Daarin worden tevens de ventilatiesystemen voor alle serverracks geïnstalleerd. Andere delen van het datacenter bieden plaats aan centrale koelunits, UPS'en en andere apparatuur en vormen 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.

Datacenters staan steeds meer onder druk om systemen voor milieumonitoring te implementeren. Momenteel zijn er op dit gebeid nog grote verschillen bij het realiseren van - zeg maar - ‘strategische’ en ‘basis’ datacenters. De financiële en milieuvoordelen die het gebruik van een intelligent monitoringsysteem oplevert, met name bij modulaire oplossingen voor activa- en connectiviteitsmanagement, spreken echter steeds meer operators aan.

 

  Redenen waarom datacenterexploitanten investeren in milieumonitoring

Figuur 1: Redenen waarom datacenterexploitanten investeren in milieumonitoring (Bron: ramingen IBM)

De laatste tijd nemen zowel de kosten als frequentie van storingen in datacenters toe. Zo was Wikipedia urenlang niet beschikbaar door een storing in het datacenter en ook de Outlook e-mailservice van Microsoft  was onlangs 16 uur verlamd door ongeplande uitval van servers. Beide incidenten zijn veroorzaakt door oververhitting van servers, die vervolgens automatisch zijn uitgeschakeld. Waarom was er geen monitoring- en regelsysteem aanwezig om deze onderbrekingen te voorkomen?

 

Kosten van een gedeeltelijke en volledige uitval van het datacenter

Figuur 2: Kosten van een gedeeltelijke en volledige uitval van het datacenter

 

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.

Beheer volgens ASHREA TC 9.9

 

  • Kast- en rack - 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.
  • Behuizing - In aanvulling op punt 1: Bij gebruik van een koude gang kan de temperatuur in de warme gang oplopen tot 50 ° 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.

Energie-intensief

Datacenters zijn altijd energie-intensief. Een witte ruimte met honderden of duizenden 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.

Alternatieve koelmethoden

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.

Dichter bij de grens

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.

Beslissingen nemen

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:

 

  1. 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.
  2.  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.
  3. 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.

 

Michael Akinla is TSE Manager EMEA bij Panduit Europe

 

De auteur van dit artikel - Michael Akinla - heeft een whitepaper geschreven over thermische bewaking en analyse van het datacenter. Wilt u daar meer over weten? Ga dan naar https://connected-infrastructures.info/nl/.