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Focus – Impianti elettrici nei data center

Analisi dei consumi e gestione della temperatura, continuità dell’alimentazione dei carichi e manutenzione. Questi sono solo alcuni dei principali aspetti da prendere in considerazione in fase di progettazione e gestione di un moderno data center.

focus data center

La progettazione di un moderno data center

La realizzazione di un moderno data center richiede una progettazione accurata. Devono essere presi in considerazione in maniera integrata, per la definizione di tutti i componenti, fattori quali:

L’efficienza energetica;

L’affidabilità;

La scalabilità.

L’efficienza Energetica

Per quanto riguarda l’efficienza energetica, risulta evidente il vantaggio nell’adottare criteri volti al conseguimento della massima efficienza, considerato che nella maggior parte dei casi si tratta di “lavorazioni” attive 24 ore su 24.

L’affidabilità

L’affidabilità deve essere massima e deve essere gestita anche ricorrendo alla ridondanza delle apparecchiature.

La scalabilità

La scalabilità, garantita dall’utilizzo di componenti modulari, deve essere necessariamente prevista perché si tratta di applicazioni che tendono a mutare nel tempo. Tutto questo senza mai dimenticare strategie per assicurare la continuità di servizio, garantendo sempre la protezione per le persone e considerando modalità per consentire le operazioni di manutenzione elettrica, attività sicuramente necessaria, oltre che resa obbligatoria dalla legislazione vigente:

Sicurezza e legislazione

Art. 80. Obblighi del datore di lavoro

1. Il datore di lavoro prende le misure necessarie affinché i lavoratori siano salvaguardati dai tutti i rischi di natura elettrica connessi all’impiego dei materiali, delle apparecchiature e degli impianti elettrici messi a loro disposizione ed, in particolare, da quelli derivanti da:

a) contatti elettrici diretti; b) contatti elettrici indiretti; c) innesco e propagazione di incendi e di ustioni dovuti a sovratemperature pericolose, archi elettrici e radiazioni; d) innesco di esplosioni; e) fulminazione diretta ed indiretta; f) sovratensioni; g) altre condizioni di guasto ragionevolmente prevedibili.

2. A tale fine il datore di lavoro esegue una valutazione dei rischi di cui al precedente comma 1, tenendo in considerazione: a) le condizioni e le caratteristiche specifiche del lavoro, ivi comprese eventuali interferenze; b) i rischi presenti nell’ambiente di lavoro; c) tutte le condizioni di esercizio prevedibili.

3. A seguito della valutazione del rischio elettrico il datore di lavoro adotta le misure tecniche ed organizzative necessarie ad eliminare o ridurre al minimo i rischi presenti, ad individuare i dispositivi di protezione collettivi ed individuali necessari alla conduzione in sicurezza del lavoro ed a predisporre le procedure di uso e manutenzione atte a garantire nel tempo la permanenza del livello di sicurezza raggiunto con l’adozione delle misure di cui al comma 1.3-bis. Il datore di lavoro prende, altresì, le misure necessarie affinché le procedure di uso e manutenzione di cui al comma 3 siano predisposte ed attuate tenendo conto delle disposizioni legislative vigenti, delle indicazioni contenute nei manuali d’uso e manutenzione delle apparecchiature ricadenti nelle direttive specifiche di prodotto e di quelle indicate nelle pertinenti norme tecniche.

Analisi dei consumi

Una delle prime attività da intraprendere in fase di progettazione, per il dimensionamento delle apparecchiature, è l’analisi dei consumi. Alcune interessanti considerazioni possono essere dedotte dal documento Uso razionale dell’energia nei centri di calcolo”, divulgato dall’ENEA, l’Ente nazionale perle nuove tecnologie, l’energia e l’ambiente.

Il documento, pubblicato alcuni anni fa, ma ancora attuale nei contenuti, a prescindere dalla dimensione del data center, ne suddivide i consumi in tre parti: l’alimentazione dei servizi, il raffreddamento e l’IT equipment. Quest’ultimo, viene considerato lavoro utile, e rappresenta circa il 50% del totale da considerare. A sua volta può essere ripartito tra server (circa 60%), storage (20%), network e altro (20%), mentre all’interno dei server oltre il 50% dei consumi sono da attribuire a CPU, RAM e HDD.

I sistemi di raffrescamento

I sistemi di raffrescamento risultano particolarmente importanti nel contesto di un data center perché rappresentano fino al 30% dei consumi stimati a seconda dell’ubicazione del sito e delle condizioni ambientali. La strategia per ottenere una temperatura corretta all’interno degli ambienti dipende da diversi fattori da considerare, tra cui la potenza termica da dissipare prevista considerando tutte le apparecchiature installate, la presenza di punti caldi “hot spot”, le temperature di esercizio dei componenti, il sistema di climatizzazione dell’edificio, le condizioni metereologiche attese, ecc.

Sono presenti sul mercato software di calcolo per aiutare il progettista dei sistemi di raffreddamento, non solo per il dimensionamento delle unità di climatizzazione ma anche per la simulazione dei flussi d’aria all’interno delle strutture.

In genere le sale server vengono suddivise in sale “a bassa densità”, nelle quali gli armadi dati (con potenza installata fino a 3 – 4 kW) vengono distanziati all’interno dell’ambiente, e sale “ad alta densità”, dove gli armadi hanno potenza installata superiore ai 5 – 6 kW. Nel primo caso si utilizzano normali sistemi di climatizzazione centralizzati e il ricambio dell’aria viene garantito dalla gestione dei flussi in entrata e in uscita. Nel secondo caso la climatizzazione del locale potrebbe non essere sufficiente e si può ricorrere (in aggiunta o in sostituzione) a sistemi di raffreddamento per unità (o per gruppi di unità) oppure a sistemi di raffreddamento a liquido direttamente installati all’interno del server a contatto degli hot spot (CPU, RAM, HDD ecc.).

Temperatura e umidità

La temperatura e l’umidità scelte all’interno della sala sono due fattori che influenzano in maniera rilevante l’efficienza energetica del centro di calcolo e le società che gestiscono i grandi data center decidono l’ubicazione delle proprie infrastrutture anche sulla base delle condizioni ambientali e metereologiche. Anche da questi valori “di base” dipendono infatti i consumi energetici degli impianti di climatizzazione. La scelta della temperatura ideale della sala va decisa in fase di progettazione, insieme alle caratteristiche delle apparecchiature informatiche e del sistema di condizionamento.

Un innalzamento della temperatura interna può consentire da una parte di diminuire il consumo del sistema di raffreddamento e aumentare le ore annue di funzionamento del sistema di freecooling nel caso fosse presente, dall’altra però riduce il tempo a disposizione per l’intervento nel caso di blocco del sistema di raffreddamento e potrebbe aumentare il consumo delle apparecchiature informatiche per il maggior funzionamento delle ventole interne, che dipende dalla temperatura impostata all’interno delle macchine stesse. La scelta della temperatura interna, che può anche essere ottimizzata a posteriori, è quindi un intervento interessante, che richiede accurate valutazioni.

Posizionamento del data center

Anche la posizione e la struttura dell’edificio che ospita il data center sono elementi importanti per aumentare l’affidabilità e l’efficienza e vanno quindi valutati attentamente nel caso di nuova costruzione, in collaborazione con il progettista edile. Nel caso di progettazione di data center dedicati, l’edificio deve essere progettato in funzione dei sistemi previsti al suo interno.

Si devono tenere in considerazione in fase di progettazione la posizione della sala all’interno della struttura, l’altezza della sala, che deve permettere un agevole passaggio cavi e tubazioni o la presenza di un pavimento flottante o controsoffitto per i sistemi di raffreddamento ad aria. Nel caso di un edificio dedicato, può essere vantaggioso costruirlo vicino a centrali elettriche o cabine di trasformazione e in vicinanza a corsi o bacini d’acqua per lo smaltimento del calore. Inoltre è da valutare la possibilità di recupero del calore prodotto e della sua utilizzazione.

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