Medição do PUE em um data center

Marcelo Barboza, da Clarity Treinamentos

Economia de energia em small data centers

Existe um potencial inexplorado para a eficiência energética nos data centers de pequeno porte (small data centers). Embora sejam pequenos em uma base individual, esses centros abrigam mais da metade de todos os servidores e consomem cerca de 40 bilhões de kWh por ano. Este artigo apresenta oportunidades claras para um menor consumo de energia nesses ambientes e que não precisam de análise e avaliação de alto custo para justificar a sua implantação.

Steve Greenberg e Magnus Herrlin, do Lawrence Berkeley National Laboratory – Desenvolvido pelo U.S Departament of Energy

   Existe um potencial inexplorado para a eficiência energética nos small data centers (com áreas de computação menores que 1500 metros quadrados). Embora sejam pequenos em uma base individual, esses ambientes abrigam mais da metade de todos os servidores instalados e consomem cerca de 40 bilhões de kWh por ano. Os proprietários e operadores desses data centers frequentemente necessitam de recursos para avaliar, identificar e implementar oportunidades para a economia de energia. Como resultado, o desempenho energético tem sido abaixo da média.

   O objetivo deste artigo é apresentar aos proprietários e operadores de small data centers oportunidades claras para um menor consumo de energia e que não precisam de análise e avaliação de alto custo para justificar a sua implantação. As recomendações variam desde medidas muito simples, que não requerem investimento de capital e exigem pouco esforço contínuo, até aquelas que precisam de algum investimento inicial e tempo para a implantação. Os data centers que utilizaram essas medidas obtiveram uma economia típica de 20% a 40%. Elas demonstraram serem eficazes sem ter impacto na confiabilidade dos equipamentos de TI, quando usadas de forma cuidadosa e apropriada.

Desligue os servidores não utilizados

   Estima-se que 20% a 30% dos servidores de data centers consomem energia, refrigeração e espaço sem executar nenhum trabalho útil. Um servidor ocioso consome cerca de 50% da energia exigida a plena carga, mas cerca de 75% da energia de um servidor operando em carga média com 25% de utilização. Para gerenciar melhor a utilização e controle dos servidores, crie e atualize regularmente um inventário das aplicações e hardwares dos servidores, o que ajudará a rastrear o número de aplicativos em execução em cada equipamento. O mapeamento de aplicativos nos servidores físicos ajuda a identificar equipamentos não utilizados e oportunidades para a consolidação. Certifique-se de mover todas as cargas de trabalho ou dados remanescentes para outros servidores antes de desligar o equipamento.

Melhore o gerenciamento de energia do servidor

   Desligue a alimentação de energia ou utilize o recurso de baixa energia quando os servidores não estiverem sendo usados. Verifique as opções de gerenciamento de energia dos servidores e  se certifique de que elas estão habilitadas. A maioria dos equipamentos é fornecida com o gerenciamento ativado, mas grande parte dos usuários desabilita esse recurso, muitas vezes desnecessariamente. Os servidores padrão Energy Star, uma especificação da  EPA – United States Environmental Protection Agency, agência de proteção ambiental, dos EUA, são fornecidos com três categorias de gerenciamento de energia. Considere ainda os cartões built-in ou add-in que possibilitam ligar e desligar os servidores remotamente.

Melhore o gerenciamento do fluxo de ar

   O gerenciamento do fluxo de ar é simples e pode ser fácil de implementar. O principal desafio é garantir que o ar frio chegue à entrada de ar dos equipamentos de TI, sem que ele se misture com o ar quente proveniente da parte traseira do rack – o ar quente que retorna para os sistemas de refrigeração também não deve se misturar com o ar frio. Para isso, é preciso desobstruir o caminho do fluxo de ar desejado e bloquear os caminhos do fluxo de ar de recirculação e desvios dentro e entre os racks e o piso elevado. Quando estiver implantada uma gestão adequada do fluxo de ar, pode-se obter economia por meio do aumento dos pontos de ajuste da temperatura e da redução das taxas do fluxo de ar. Há uma ampla variedade de estratégias de gerenciamento do ar: a contenção de corredores frios ou quentes é uma abordagem muito eficaz, mas ela exige um investimento maior.

Feche os corredores indicando a recirculação indesejável e o ar by-pass dos racks de TI

Temperaturas recomendadas pela ASHRAE

   As diretrizes de temperatura da ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers permitem faixas de operação muito mais amplas do que aquelas geralmente usadas, possibilitando que a temperatura do ar na entrada dos equipamentos de TI seja ampliada (até 26,7ºC ou mais). Essa característica reduz consideravelmente o uso de energia para a refrigeração, em comparação com as temperaturas de entrada (18,3ºC-21,1ºC), normalmente observadas. Muitos CRACs – Computer-Room Air Conditioners e CRAHs – Computer-Room Air Handlers controlam suas temperaturas com base no ar de retorno (os pontos de ajuste desses CRAC/H serão muito maiores do que a temperatura de entrada da TI). Em sistemas com água gelada, se o aumento da temperatura do ar permitir a elevação da temperatura da água gelada, um acréscimo de -17,2ºC na temperatura da água resfrigerada resulta, tipicamente, em uma redução de 2% no consumo de energia do chiller.

Desligue o controle de umidade

   Uma economia de energia significativa pode ser gerada com a redução da umidificação e do excesso de refrigeração e reaquecimento envolvidos na desumidificação ativa. As diretrizes de umidade da ASHRAE permitem faixas de operação muito mais amplas do que as normalmente usadas (45% a 55% de umidade relativa do ar de retorno para as unidades CRAC/H). Como resultado, o controle ativo da umidade é raramente exigido e elevadas economias de energia e água são possíveis limitando ou eliminando tal controle.

Minimize as exigências dos sistemas UPS

   A redundância amplia a ineficiência energética. Os gerentes de TI avessos a riscos frequentemente exageram na especificação de redundância em seus sistemas, quando na verdade muitos aplicativos de TI podem ser desligados se houver um distúrbio de energia e reiniciados sem efeitos adversos.

   A análise do backup de energia pode eliminar os custos de capital para equipamentos UPS ou fontes de alimentação redundantes superdimensionadas ou desnecessárias. Isso também ajuda a reduzir as perdas na conversão de energia desses dispositivos, bem como na refrigeração. Qualquer dispositivo que exija alta confiabilidade deve ser candidato para ser movido para um data center maior ou uma solução baseada em nuvem.  Unidades Energy Star devem ser adquiridas para aplicações que exigem UPS.

Investimento mais alto, porém custo-eficiente

Mude para um data center de maior eficiência ou para a nuvem

   As salas de servidores distribuídos não são tipicamente muito eficientes em termos de energia. Se um data center central estiver disponível, você poderá economizar energia e reduzir a sua conta mudando os seus servidores ou aplicativos para esse local. Quando um data center não está disponível, muitas organizações mudam os seus equipamentos para instalações com serviços de co-location ou os seus aplicativos para a nuvem (nuvens públicas ou privadas têm eficiências muito melhores do que as salas de servidores on-premises). Data centers, co-location e instalações na nuvem oferecem melhor segurança, redundância e eficiência do que as disponíveis nas salas de servidores. Para avaliar se é conveniente mudar o hardware ou software para outro local, é necessário incluir o custo da mudança real e comparar o custo total contínuo (hardware, software e operação, incluindo mão de obra, espaço, energia e refrigeração) entre outras opções.

Implemente monitoramento de energia de TI e infraestrutura

   O monitoramento de energia identifica o uso e as eficiências dos vários componentes dos sistemas de distribuição elétrica e refrigeração. Embora o monitoramento, por si só, não economize energia, ele pode ajudar a identificar oportunidades para diminuir o consumo. Os medidores de energia podem ser instalados nos painéis que atendem às unidades de refrigeração ou diretamente nos equipamentos de TI e HVAC – Heating, Ventilation, and Air Conditioning. Outra alternativa é ler a energia da TI no display do UPS e estimar a energia de refrigeração a partir da placa de identificação, levando em conta a eficiência da unidade e as horas de operação. Muitas vezes, os produtos de distribuição de energia possuem capacidade de monitoramento integrada. Uma métrica chave é o índice PUE – Power Usage Effectiveness, que é a relação entre a energia total do data center e a de entrada dos equipamentos de TI (com overhead sendo as perdas de distribuição elétrica mais o uso de energia para a refrigeração). Monitore e se esforce para reduzir o índice PUE: maior do que 2 mostra uma margem significativa para melhorias; 1,5 é bom; e 1,2 ou menor é excelente.

Exemplos de medidores de energia, sensores e displays

Instale unidades de velocidade variável no sistema de refrigeração

   Se a sua sala de servidores for refrigerada por uma unidade CRAH ou CRAC, é provável que ela tenha um ventilador de velocidade constante que fornece mais fluxo de ar do que os seus equipamentos de TI necessitam. As unidades VSDs – Variable Speed Drives, também chamadas de VFD – Variable-Frequency Drives, têm capacidade de fornecer apenas a quantidade de ar exigida pelos equipamentos de TI. A energia do ventilador varia aproximadamente com o cubo do fluxo; dessa forma, uma redução de 20% no fluxo (facilmente possível na maioria dos data centers) resulta em cerca de 50% de economia na energia do ventilador. Coordene a implementação de medidas de gerenciamento do fluxo de ar e sistemas de isolamento do fluxo de ar com a instalação de unidades de velocidade variável nos ventiladores das unidades de refrigeração. De maneira ideal, a velocidade do ventilador deve ser controlada dinamicamente para manter a temperatura de entrada da TI dentro da faixa recomendada.

Instale a refrigeração no rack e/ou na fileira

   Se você estiver instalando uma nova sala de servidores ou comprando novos racks, considere a refrigeração local, também conhecida como refrigeração no rack e na fileira. Outra opção altamente eficiente é o trocador de calor na porta traseira (RDHX – Rear Door Heat Exchanger), no qual uma serpentina é instalada diretamente na parte traseira (exaustão) do rack. A água do condensador (torre), água gelada ou refrigerante passa pela serpentina para absorver passivamente o calor de exaustão e fornecer a refrigeração necessária. Nesse caso, a circulação de ar é, normalmente, fornecida pelos ventiladores internos do servidor.

Rack com trocador de calor na porta traseira

Use um economizador “air-side”

   Um economizador “air-side’ simplesmente puxa o ar externo para efetuar o resfriamento quando as condições forem adequadas. As salas de servidores com paredes externas ou telhado constituem um pré-requisito para os economizadores air-side. Essa abordagem pode ser executada por meio de um ventilador de exaustão removendo o calor em uma parte da sala e uma abertura em outro local, permitindo a entrada do ar frio externo; ou pode ser na forma de um “fan coil” ou CRAC/H com capacidade para o economizador air-side. Dependendo da zona climática na qual o rack está localizado, essa estratégia traz uma economia significativa por meio da redução no uso de energia do compressor que, de outra forma, seria necessária para a refrigeração.

Esquema de um economizador de ar típico

Implemente um sistema de refrigeração dedicado

   Instale equipamentos de refrigeração exclusivamente para o uso da sala, de forma que o sistema do edifício não tenha que funcionar dia e noite. Se for efetuar um retrofit, a instalação de equipamentos de refrigeração dedicados (como uma unidade de ar condicionado pré-fabricada) para as salas dos servidores pode resultar em uma economia significativa de energia. Especifique uma unidade de alta eficiência com uma classificação SEER – Seasonal Energy Efficiency Ratio elevada e economizador air-side.

Invista em treinamento das equipes de TI e instalações

   O treinamento contínuo é importante para acompanhar a rápida evolução das tecnologias e soluções no setor de data centers. As equipes de TI e instalações devem assistir a webinars ou eventos de treinamento oferecidos pelos fornecedores de serviços e equipamentos, centros especializados em eficiência energética para data centers e outras entidades da área, visando tirar o máximo proveito das melhores práticas. Uma opção mais abrangente é o programa de treinamento DCEP – Data Center Energy Practitioner, que certifica os profissionais para avaliar o status de energia e oportunidades para eficiência dos data centers.