Ar condicionado em rack de servidor: métodos de resfriamento, guia CFM e práticas recomendadas

É uma cena familiar para administradores de TI: um rack de 42U próximo ao canto de uma sala de servidores funciona bem durante a maior parte do ano, depois começa a emitir avisos de temperatura no verão. O termostato da sala indica 22ºC, mas o ar que entra nos interruptores está acima de 30ºC. O problema não é a capacidade de refrigeração da sala – é o ar condicionado no nível do rack, ou a falta dele.

O ar condicionado do rack do servidor significa gerenciar o calor no nível do gabinete: fornecer ar frio suficiente para a parte frontal do rack, remover a exaustão quente da parte traseira e escolher hardware que suporte esse fluxo de ar. Este guia aborda as cargas de calor que você pode esperar, como calcular os requisitos de resfriamento e fluxo de ar e quais componentes do rack realmente melhoram o desempenho térmico.

Por que o resfriamento em nível de rack merece mais atenção

A temperatura de entrada do rack não é igual à temperatura ambiente. O Comitê Técnico ASHRAE 9.9 recomenda manter o ar de entrada do equipamento de TI entre 18ºC e 27°C (64,4-80,6°F). Quando os racks não possuem gerenciamento do fluxo de ar, a exaustão quente pode recircular pela parte superior e pelas laterais dos gabinetes, elevando as temperaturas de entrada bem acima da média da sala.

Dois fatos explicam por que o resfriamento no nível do gabinete é importante:

Um rack totalmente preenchido pode conter de 5 a 15 kW de equipamento, e um chassi de blade único pode dissipar mais de 5 kW.
Como regra de confiabilidade eletrônica amplamente utilizada, cada aumento de 10°C na temperatura operacional reduz aproximadamente pela metade a vida útil esperada dos componentes.

Portanto, um rack pode ficar bem no termostato da sala enquanto já desenvolve pontos de acesso próximos à parte superior do gabinete. O resfriamento planejado no nível do rack é o que evita que esses pontos de acesso se tornem falhas.

Quanto resfriamento seu rack de servidor realmente precisa

O ponto de partida é a carga térmica. Quase toda a energia elétrica que um servidor ou switch consome é convertida em calor, portanto, você pode estimar a produção de calor do rack somando o consumo de energia de cada dispositivo instalado.

Produção de calor típica por tipo de dispositivo; valores representativos de carga total para equipamentos de rack comuns.

Depois de ter o valor total de quilowatts, duas conversões são úteis:

Carga térmica em BTU/h = kW × 3413.
A demanda de fluxo de ar é de aproximadamente 160 CFM por kW a uma diferença de temperatura de 11°C entre a entrada e a exaustão do rack.

Demanda de resfriamento em diferentes cargas de rack, com base em 160 CFM por kW e uma diferença de temperatura de 11°C.
Carga de rack	Produção de calor (BTU/h)	Aprox. fluxo de ar necessário (CFM)
2 kW	6.826	320
4 kW	13.652	640
6 kW	20.478	960
8 kW	27.304	1.280
10 kW	34.130	1.600

Exemplo: um rack com oito servidores de 500 W consome 4 kW. Isso equivale a cerca de 13.650 BTU/hora de calor. No delta padrão de 11°C, o rack precisa de cerca de 640 CFM de fluxo de ar. Se a alimentação da sala fornecer apenas metade disso, as temperaturas de entrada aumentarão de forma constante.

As classificações da placa de identificação são valores de pior caso e as cargas medidas são frequentemente 10-30% mais baixas. Mesmo assim, dimensione o fluxo de ar para o pico de carga realista, porque os problemas de resfriamento sempre aparecem quando a carga é mais alta.

O gerenciamento do fluxo de ar é a base do resfriamento do rack

Antes de adicionar ventiladores ou unidades de resfriamento especiais, conserte o básico. Quase todos os equipamentos montados em rack são projetados para fluxo de ar da frente para trás: o ar frio entra pela frente e o ar quente sai pela parte traseira. Qualquer coisa que interrompa esse caminho – uma porta de vidro bloqueando a entrada, um painel traseiro contra a parede ou espaços em U abertos que permitem a recirculação do ar quente – reduz a eficácia do resfriamento.

Fluxo de ar da frente para trás: o suprimento de frio entra pela porta perfurada; a exaustão do equipamento sai pela parte traseira.

Etapas práticas que melhoram o fluxo de ar no nível do rack:

Organize racks com faces de entrada reunidas em corredores frios e faces de exaustão reunidas em corredores quentes.
Mantenha pelo menos 60 cm (cerca de 24 polegadas) de espaço livre na frente e atrás de cada rack.
Instale painéis cegos em cada espaço U não utilizado para impedir a recirculação horizontal.
Passe os cabos pelos gerenciadores verticais para que não bloqueiem a entrada dianteira ou a exaustão traseira.
Vede as aberturas dos cabos em pisos elevados para que o ar frio chegue às partes frontais do rack em vez de vazar para o plenum sob o piso.

A recirculação é a principal razão pela qual as temperaturas de entrada do rack excedem a temperatura ambiente. Em uma sala com leitura de 22°C no termostato, um rack não gerenciado pode puxar ar a 28-30°C para seus compartimentos superiores. A má mistura do fluxo de ar pode desperdiçar de 20 a 30% da capacidade de resfriamento disponível, um número frequentemente citado em avaliações de eficiência de data centers. Para uma visão mais aprofundada de como o fluxo de ar e o design do gabinete interagem, consulte como o gerenciamento do fluxo de ar em gabinetes de rede evita o superaquecimento de equipamentos de TI .

As portas dos armários também desempenham um papel direto no resfriamento. Uma porta frontal sólida com um grande painel de vidro quase não deixa área aberta para a entrada de ar, de modo que o gabinete se torna uma zona morta. Portas perfuradas ou portas projetadas especificamente para ventilação são a melhor escolha para racks que transportam switches e servidores ativos. Portas de alta ventilação mantêm a segurança enquanto permitem que o ar frio chegue ao equipamento:

Vented front door for heavy-duty soundproof server cabinet

Porta frontal ventilada para gabinete de servidor resistente e à prova de som Esta porta ventilada fornece fluxo de ar enquanto mantém a segurança, atendendo às necessidades de resfriamento de switches e servidores ativos. Ele suporta aproximadamente 1.000 kg, oferece estruturas curvas opcionais e cabe em racks padrão de 19 polegadas. Ver Produto →

Hardware de resfriamento montado em rack: ventiladores, portas e termostatos

Para gabinetes que ficam em locais quentes ou armazenam equipamentos densos, uma unidade de ventilador de rack é uma adição eficaz e de baixo custo. Um painel de ventilador 1U ou 2U é montado diretamente no rack e puxa o ar quente para fora da parte traseira ou empurra o ar frio para a frente. As versões mais úteis incluem um termostato, para que os ventiladores funcionem somente quando a temperatura interna ultrapassar um ponto definido. Isso economiza energia e reduz o ruído em comparação com a operação contínua do ventilador.

Thermostat-controlled rack fan unit for server cabinets

Unidade de ventilador de rack controlada por termostato para gabinetes de servidores Um complemento de resfriamento de baixo custo para racks quentes, esse painel de ventilador é montado em um espaço de 1U ou 2U e funciona somente quando a temperatura interna excede um ponto definido, economizando energia e reduzindo o ruído. Ver Produto →

Armários fechados e gabinetes montados na parede podem precisar de auxílios de circulação ainda mais simples. Um ventilador de resfriamento do gabinete pode ser montado nos painéis laterais ou superiores para melhorar o movimento interno do ar em espaços onde a convecção natural é fraca. É uma opção prática para armários de parede em corredores, lojas e pequenos escritórios onde não se justifica um sistema de refrigeração de precisão total.

Compact intelligent cooling fan for network cabinets

Ventilador de resfriamento inteligente e compacto para gabinetes de rede Este ventilador é montado em painéis laterais ou superiores para melhorar a circulação de ar onde a convecção natural é fraca. Ele ajusta a velocidade com base na temperatura do dispositivo, opera silenciosamente e é adequado para gabinetes montados na parede. Ver Produto →

Em casos mais exigentes, estão disponíveis refrigeradores em linha, trocadores de calor nas portas traseiras e racks autônomos com ar condicionado. Estes tornam-se necessários quando um único rack atinge cerca de 10 kW ou mais e a sala não consegue fornecer ar condicionado suficiente. Para a maioria das salas de servidores e armários de rede, entretanto, a combinação de padrões de fluxo de ar limpos, portas ventiladas e ventiladores controlados por termostato proporciona resfriamento confiável do rack por uma fração do custo. Lembre-se de que qualquer hardware de resfriamento adicional só será eficaz se a própria sala puder rejeitar a carga total de calor: o rack depende da sala e a sala depende do sistema de ar condicionado.

Monitore as temperaturas de entrada do rack e evite esses erros

A leitura mais significativa para um rack de servidor é a temperatura de entrada do equipamento, e não a média da sala. Coloque um sensor de temperatura na frente do rack, no meio da altura, e registre-o por algumas semanas. Você verá como a temperatura muda com a carga de trabalho e os ciclos de resfriamento da sala e poderá usar esses dados para definir limites de ventilador.

A taxa relativa de falhas aumenta à medida que a temperatura de entrada do rack sobe acima da faixa recomendada.

Mesmo um pequeno aumento na temperatura de entrada adiciona estresse aos componentes, e é por isso que manter os racks dentro da faixa recomendada pela ASHRAE é um plano prático de confiabilidade. Erros comuns a evitar:

Encher demais um rack sem adicionar capacidade de fluxo de ar.
Bloqueio do escapamento traseiro com caixas, cabos ou parede muito próxima.
Desativar ventiladores do rack devido ao ruído, em vez de selecionar um modelo controlado por termostato.
Ignorando a umidade: mantenha a umidade relativa em uma faixa moderada (cerca de 20-80%) para reduzir os riscos de descarga eletrostática e condensação.
Definir o termóstato ambiente desnecessariamente para um nível baixo, o que aumenta o consumo de energia sem proteger o bastidor.

Há também um argumento energético para a utilização de racks perto do limite superior da faixa recomendada. Cada grau de sobre-resfriamento normalmente aumenta o consumo de energia de resfriamento em cerca de 2 a 4%, porque o sistema de ar condicionado trabalha mais para manter o espaço mais frio do que o necessário. As práticas adequadas de ventilação e dissipação de calor complementam as medidas no nível do rack descritas acima.

Perguntas frequentes sobre ar condicionado em rack de servidor

Qual é a temperatura ideal para um rack de servidor?

A ASHRAE recomenda manter o ar de entrada do rack entre 18°C e 27°C. A maioria dos equipamentos de TI funciona de forma confiável nesta faixa; 22-25°C é uma meta prática para equilibrar a segurança e os custos de energia.

Quanto fluxo de ar um rack de servidor precisa?

Como regra geral, cerca de 160 CFM por quilowatt de carga de calor com uma diferença de temperatura de 11°C. Um rack de 4 kW precisa, portanto, de aproximadamente 640 CFM na entrada frontal.

O que faz uma unidade de ventilador de rack com termostato?

É um painel de ventilador montado em rack que move o ar quente para fora do gabinete ou o ar frio para dentro dele. O controle do termostato ativa os ventiladores somente quando um ponto de ajuste de temperatura é excedido, economizando energia e reduzindo o ruído contínuo do ventilador.

A contenção do corredor quente/corredor frio é necessária?

Não é obrigatório para um único rack, mas o alinhamento dos racks de frente para frente e de trás para trás evita que a exaustão quente recircule nas entradas. A contenção total reduz visivelmente a energia de resfriamento em salas maiores.

Um ar condicionado de janela pode resfriar uma sala de servidores?

Armários pequenos podem funcionar com uma unidade mini-split ou portátil, mas os condicionadores de ar de janela carecem de controle preciso de umidade e temperatura e geralmente não conseguem distribuir o ar uniformemente pelas frentes dos racks. O resfriamento dedicado é recomendado para cargas contínuas de TI.

Por que os painéis cegos são importantes para o resfriamento do rack?

Os painéis cegos bloqueiam a recirculação do fluxo de ar através dos espaços U vazios. Sem eles, o ar frio desvia das entradas do equipamento e o ar quente volta para o rack, de modo que as temperaturas aumentam mesmo quando a sala está fria.