Implementação de
data centers
eficientes
em termos de
energia
Traduzido por Schneider
Electric, Critical Power
and Cooling Services
Division - Brazil
Relatório APC No. 114
Resumo executivo
Os custos da utilização da eletricidade estão se tornando uma fração cada vez
maior do custo total de propriedade (TCO) de data centers. É possível reduzir
significativamente o consumo elétrico em data centers típicos com um projeto
correto da infra-estrutura física de rede crítica e pelo projeto da arquitetura de TI.
Este relatório explica como quantificar a economia de eletricidade e apresenta
exemplos de métodos que podem reduzir bastante o consumo de energia
elétrica.
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Introdução
O uso da energia elétrica não é um critério de projeto típico de data centers, nem é
administrado efetivamente como uma despesa. Isto é verdadeiro apesar do fato de que o
custo da energia elétrica, ao longo da vida operacional do data center, pode ultrapassar o
custo do sistema de energia elétrica incluindo a UPS e também pode ultrapassar o custo dos
equipamentos de TI. As razões para esta situação são as seguintes:
• A conta da energia elétrica chega depois que o consumo já ocorreu e os custos não estão
claramente relacionados a quaisquer decisões específicas ou práticas operacionais.
Portanto, esses custos são considerados como inevitáveis.
• Ferramentas para modelamento de custos elétricos em data centers não estão disponíveis
facilmente e não são utilizadas normalmente durante o projeto do data center.
• Os custos da energia elétrica não estão, em geral, sob a responsabilidade ou no orçamento
do grupo operacional do data center.
• Os custos da energia elétrica do data center podem estar incluídos em uma conta de energia
elétrica geral e podem não estar disponível separadamente.
• Os responsáveis pelo processo decisório não recebem informações suficientes durante o
planejamento e sobre as decisões de compra relacionadas às conseqüências do custo da
energia.
Este relatório mostrará que tudo isso pode e deve ser corrigido, pois é possível obter
economias financeiras substanciais em casos de usuários típicos. A maior vantagem pode ser
obtida no projeto de novas instalações, porém é possível obter certa economia também em
instalações existentes e naquelas em fase de modernização. Decisões simples, sem custos,
feitas no projeto de um novo data center podem resultar em economias da ordem de 20
a 50% na conta de energia elétrica e, com um esforço sistemático, até 90% da conta de
energia elétrica pode ser evitada.
Qual é o custo do consumo da energia elétrica?
Um valor típico para o custo da energia elétrica é de $0,12 por kWh. Em função dessa tarifa, o
custo elétrico anual por kW de carga de TI é de aproximadamente $1.000,00. Ao longo de 10
anos de vida de um data center típico isto significa aproximadamente $10.000,00 por kW de
carga.
Como regra geral, aproximadamente metade da energia utilizada em um data center vai para
as cargas de TI. A outra metade vai para os equipamentos da infra-estrutura física crítica da
rede (NCPI), inclusive para os equipamentos de energia elétrica. Isto significa que para cada
kW de carga de TI o custo da eletricidade em 10 anos é de aproximadamente $20.000,00.
Por exemplo, um data center de 200 kW teria um custo de eletricidade de $4.000.000,00 em
10 anos. Este custo é significativo para qualquer empresa e todos os profissionais de TI
deveriam entender onde esta despesa está indo e como pode ser evitada.
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Para onde vai a energia?
Aproximadamente metade ou um pouco menos da energia utilizada em um data center vai
para as cargas de TI. A outra metade vai para os equipamentos da infra-estrutura física crítica
(NCPI) da rede, inclusive para os equipamentos de energia elétrica, equipamentos de
resfriamento e de iluminação. A Figura 1 mostra o fluxo de energia elétrica em um data center
típico de alta disponibilidade. Observe que toda a energia consumida pelo data center termina
como dissipação de calor que é descarregada para a atmosfera externa. A Figura 1 está
baseada em um data center típico com redundância de 2N nos equipamentos de potência e
N+1 nos equipamentos de resfriamento, operando aproximadamente com 30% da
capacidade nominal.
Figura 1 – Fluxo de energia elétrica em um data center típico
O data center acima tem uma eficiência de 30% com base na fração de entrada de energia
elétrica que realmente vai para as cargas de TI. Para uma explicação mais detalhada sobre
onde vai a energia elétrica e como os diversos tipos de equipamentos contribuem para formar
a carga, consulte o Relatório No. 113 da APC, “Modelamento da Eficiência Elétrica em Data
Centers.”
A eficiência não é uma métrica muito boa
Muitos debates acerca do consumo de energia elétrica utilizam o termo “eficiência”. Embora o
significado subjacente de termos como “melhorar a eficiência” seja bem entendido, o uso
técnico do termo “eficiência” gera uma certa confusão quando se trata da avaliação
quantitativa em data centers. Os debates são muito mais claros quando a métrica utilizada é o
consumo de energia elétrica (kWh), em vez de métricas baseadas na eficiência. Por exemplo,
se dois dispositivos diferentes em um data center apresentam eficiência de 50% e de 80%,
não está claro como se pode combinar essas eficiências em um único número que se
relacione ao custo. De fato, os custos elétricos deveriam ser, na verdade, dependentes da
quantidade de energia elétrica que flui através de cada dispositivo. Além do mais, alguns
dispositivos como computadores ou iluminação apresentam eficiência de zero por cento e isso
é um conceito confuso e não revela nenhuma informação quantitativa acerca do uso elétrico
desses dispositivos.
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Por outro lado, usar o consumo de energia elétrica como métrica é simples e direto. O
consumo elétrico total é simplesmente a soma do consumo de todos os dispositivos do data
center. Se um dispositivo utiliza $10,00 de eletricidade por mês e outro utiliza $20,00 basta
somar esses valores. Portanto, nesse relatório o consumo de energia elétrica será o termo
quantitativo utilizado em vez do termo “eficiência”, que é mais comum porém é ambíguo. Uma
análise completa sobre o modelamento do consumo de energia em data center é apresentada
no Relatório Oficial No. 113 da APC.
O valor de um Watt
A energia elétrica é vendida em unidades de energia chamada de kilowatt-horas (kWh), que é
a quantidade de energia fornecida em uma hora com um nível de potência de 1000 Watts (1
kW). A distinção entre potência e energia é muito importante para a análise econômica. Os
custos da capacidade de potência (demanda) são aqueles associados aos sistemas que
fornecem energia e aumentam com o nível de potência do projeto do sistema. Exemplos de
custos determinados pela capacidade de potência são os custos com a UPS, com o gerador,
custos de ar condicionado e custos com os equipamentos de distribuição de energia elétrica.
Os custos da energia são aqueles associados à conta da energia elétrica.
Um princípio-chave a entender é que reduzir o consumo de energia pode reduzir os
custos relacionados à capacidade de potência (demanda) e também os custos com a
energia. Ou seja, uma implementação que economize eletricidade em muitos casos também
pode economizar custos de infra-estrutura da rede (NCPI), que são determinados
principalmente pela demanda de carga de potência. Um princípio conjugado importante de se
entender é que há uma diferença entre reduzir o consumo de energia temporariamente e
reduzir o consumo de energia permanentemente. Economias temporárias como desligamento
de cargas ou gerenciamento da potência de servidores reduzem os custos de eletricidade,
porém não reduzem necessariamente a potência nominal dos sistemas NCPI e dos custos
relacionados com a infra-estrutura NCPI. Alterações permanentes ou estruturais como
servidores ou sistemas UPS de alta eficiência reduzem tanto o custo com a eletricidade como
os custos da infra-estrutura. Esses princípios são ilustrados na Tabela 1 com alguns
exemplos de valores economizados.
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Tabela 1 – Benefícios finaceiros ao economizar um kW no consumo elétrico em um data
center típico com alta disponibilidade, comparando a eliminação de consumo
estrutural e temporário
Método de economia
Economia elétrica em 1
ano
Economia elétrica em 10
anos (TI)
Economia elétrica em 10
anos
Eliminação de
consumo
temporário
Eliminação de
consumo
estrutural
Gerenciamento
da potência.
Desligamento de
cargas, pelo
Economizador
Servidores de alta
eficiência.
UPS com alta
eficiência.
Dimensionamento
correto
Comentário
Adotando $0,12 por kWh
$960,00
$960,00
$9.600,00
$9.600,00
Vida útil típica de data centers
$960,00
$13.760,00
Infra-estrutura física
crítica de redes (NPCI)
$0,00
$13.300,00
Economia no
Investimento de capital
com NCPI
$0
$6.600,00
A eliminação estrutural permite
redução no consumo elétrico
relacionado à capacidade
(demanda)
A eliminação estrutural permite
redução na capacidade dos
equipamentos
Redução no equipamento
reduz despesas operacionais,
como manutenção, por
exemplo
Economia com despesa
operacional da NCPI
$10.560,00
$43.260,00
No exemplo acima, o data center possui redundância de 2N e opera com uma carga típica de
30%. Observe que para um data center não-redundante a economia poderia ser bem reduzida,
para cerca de metade da economia mostrada. Observe também que em uma situação típica
nem toda a potência instalada e os requisitos de capacidade de resfriamento podem ser
evitados por uma redução estrutural, portanto a economia pode ser mais reduzida ainda. No
entanto, em geral, uma estimativa razoável é que a eliminação de consumo estrutural vale
duas vezes mais que uma eliminação temporária.
O ponto-chave para entender aqui é que há dois tipos de reduções de consumo
de energia: aquelas que evitam o consumo de energia, porém não reduzem os
requisitos de capacidade de potência (demanda) e aquelas que também
permitem a redução da capacidade da potência instalada. Vamos nos referir a
essas reduções em consumo que evitam o uso da energia sem reduzir a
capacidade da potência instalada como “eliminação temporária de consumo” e
àquelas que permitem a redução da capacidade da potência instalada como
“eliminação de consumo estrutural”. Além disso, em data centers, uma regra
geral é que a eliminação de consumo estrutural vale aproximadamente duas
vezes a eliminação do consumo temporário.
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Redução do consumo de energia em equipamentos de TI
O principal determinador do consumo de energia elétrica é a potência consumida
pelos equipamentos de TI. O consumo de energia elétrica pelos equipamentos de TI
afeta diretamente a conta de energia elétrica, e contribui indiretamente ao exigir
diversos equipamentos de potência e de resfriamento que também consomem
quantidades comparáveis de eletricidade. Portanto, todo o pessoal de TI deveria estar
preocupado com o controle do consumo de energia elétrica dos equipamentos de TI.
Os métodos para controlar o consumo de energia elétrica dos equipamentos de TI têm
sido historicamente muito fracos. Por exemplo, os fornecedores de equipamentos de
TI não fornecem informações adequadas para permitir que os usuários tomem
decisões com base no uso da potência. Os usuários normalmente não entendem que
têm opções de TI que podem afetar o consumo de energia elétrica. No entanto, a
situação está melhorando e os usuários podem tomar medidas operacionais e de
planejamento que reduzem sistematicamente o consumo de energia elétrica.
A redução do consumo de energia elétrica em sistemas de TI consiste de diversas
abordagens:
• Ações operacionais: desativar sistemas, operar sistemas existentes de maneira mais
eficiente e migrar para plataformas mais eficientes em termos de energia
• Ações de planejamento: virtualização e padronização Cada um desses itens será
analisado em seguida.
Operacional: desativar sistemas de TI
A maioria dos data centers tem plataformas com tecnologia antiga que permanecem
operacionais para fins de arquivo ou de pesquisa. De fato, a maioria dos data centers
tem na realidade servidores de aplicações que operam, porém não tem usuários. É
importante fazer um levantamento desses sistemas e criar um plano para
descontinuá-los. Em muitos casos, os sistemas podem ser retirados da rede e
desligados, mesmo se não forem fisicamente desativados.
Existe uma oportunidade relacionada onde diversas plataformas de tecnologia antiga
podem ter suas aplicações consolidadas em novos servidores, reduzindo
essencialmente o número total de servidores. Este tipo de consolidação não exige
virtualização, que será analisada mais adiante.
É possível uma redução de consumo de energia de até 20% em casos típicos. Mesmo
se o espaço ocupado no piso não for recuperado, a capacidade de energia elétrica
recuperada pode ser muito valiosa à medida que os usuários implementam
equipamentos de TI com densidade mais elevada.
Operacional: operar os sistemas existentes de modo eficiente
Atualmente, a maioria dos novos servidores tem recursos de gerenciamento de
energia. Ou seja, eles são capazes de reduzir o consumo de energia em momentos de
carga de processamento reduzida. Isto não ocorria há alguns anos, quando o
consumo de energia de praticamente todos os equipamentos de TI era constante e
independente da carga de processamento. Os usuários devem estar cientes dessa
mudança na tecnologia de TI e devem conhecer o status dos recursos de
gerenciamento de energia em seus sistemas de TI.
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Sempre que possível, o gerenciamento de energia deve ser ativado em todos os
dispositivos que possuem esse recurso. Observe que muitos fabricantes fornecem
equipamentos com esses recursos desativados na fábrica. Isto pode exigir a
atualização de aplicativos para garantir que aproveitem ao máximo a vantagem dos
recursos de gerenciamento de energia. Os recursos de gerenciamento de energia
reduzem o uso elétrico total, porém não reduzem o requisito de capacidade de energia
elétrica (demanda).
Operacional: migração para plataformas de computação
eficientes em termos de energia
A migração para plataformas mais eficientes do ponto de vista elétrico é outra
estratégia eficiente para reduzir o de consumo energia. A maioria dos data centers
possui servidores denominados de “baixa densidade” com 3 a 5 anos de utilização.
Normalmente esses servidores consomem a mesma potência ou um pouco menos por
servidor do que os servidores em camadas (blade) atuais e são servidores fisicamente
muito maiores. A migração de servidores antigos para servidores modernos em
camadas, trocando servidor por servidor, normalmente não reduz o consumo total de
energia e pode até elevá-lo. No entanto, esse tipo de migração permitirá densidades
de encapsulamento muito maiores para os servidores. Os servidores em camadas não
geram mais calor que os servidores 1U equivalentes, porém geram calor em uma área
menor e isso traz problemas de remoção de calor, criando a percepção de que
servidores em camadas geram calor excessivo.
Quando é planejada a implementação de um novo servidor, o uso de servidores em
camadas em relação a servidores com fatores de forma alternativos permitirá, em
geral, uma redução de 20% no consumo de energia. Isto porque os servidores em
camadas geralmente têm fontes de alimentação de alta eficiência e compartilham
algumas funções gerais, como os ventiladores, por exemplo. É importante entender
que selecionar o fator de forma em camadas reduz o consumo de energia em relação
a servidores com outros fatores de forma no caso de implementação de novos
equipamentos, porém o servidor em camadas não necessariamente consumirá menos
energia que os servidores mais antigos.
Esta análise sugere que a migração de servidor por servidor das tecnologias
existentes para camadas não necessariamente causará uma redução significativa no
consumo de energia. Para determinar o potencial de economia de energia pela
migração para o servidor em camadas, numa base de servidor por servidor, o
consumo de energia do servidor existente deve ser comparado com o consumo de
energia de qualquer servidor em camadas proposto. Além do mais, o desempenho de
ambos os servidores deve ser comparado para se chegar a uma métrica de
desempenho por watt. Atualmente, os principais OEMs como Dell, HP e IBM fornecem
ferramentas de configuração para o usuário que informam com exatidão o consumo
real de energia para diversas configurações de servidores em camadas. Para
determinar os valores de consumo de energia em servidores antigos, a única maneira
realista é medir servidores como exemplos, usando um vatímetro. Ao comparar os
valores obtidos dessa maneira, pode ser estimada a economia de energia elétrica
devido à migração para servidores em larga escala. Entretanto, as seguintes
estratégias de migração são, em geral, mais eficientes:
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• Use um servidor com dois processadores ou um servidor com um processador dual
core para substituir 2 ou mais servidores antigos
• Use um servidor em camadas baseado em um processador de baixa/média potência
para substituir um servidor antigo
• Para servidores com unidades de discos dedicados, use drives de 2,5” de classe
comercial com menor consumo de energia em vez de drives de 3,5”
• Use um servidor com um processador dual core para substituir um servidor com dois
processadores
• Use um servidor com dois processadores dual core no lugar de um servidor com 4
processadores
Esta análise sugere que a migração não é, tipicamente, a ferramenta mais eficiente
para redução do consumo de energia. O principal modo que as novas tecnologias de
servidores podem ajudar a reduzir o consumo de energia é quando a consolidação dos
aplicativos nos servidores for utilizada para reduzir a quantidade total de servidores ou
quando os servidores forem virtualizados.
Planejamento: virtualização
A virtualização de servidores resulta em uma redução drástica na necessidade de
energia elétrica para TI. A virtualização quase sempre reduz drasticamente a
quantidade de servidores instalados. A eliminação de um servidor é uma eliminação
de consumo estrutural de aproximadamente 200 a 400W, dependendo da tecnologia.
Portanto, o consumo de eletricidade evitado é de aproximadamente $380,00 ao ano
por servidor eliminado, e o custo TCO total em 10 anos economizado por esta
eliminação estrutural é de aproximadamente $7.680,00 por servidor eliminado.
Esta economia é substancialmente maior que o custo do próprio servidor.
Planejamento: padronização
A padronização em servidores eficientes do ponto de vista energético é uma
abordagem muito eficiente, mesmo se a virtualização não for utilizada. Atualmente os
servidores em camadas são a forma mais eficiente de servidor do ponto de vista
elétrico. No entanto, os tipos disponíveis de servidores para um dado sistema de
servidores em camadas podem variar drasticamente em termos de desempenho e de
consumo de energia. Em geral é difícil prever antecipadamente os requisitos de
desempenho para uma aplicação baseada em um servidor e, assim, os usuários em
geral especificam o desempenho mais elevado disponível às custas de uma
penalização no consumo de energia.
Quando os servidores são virtualizados, a estratégia de usar o servidor com o
desempenho mais elevado é, em geral, a melhor abordagem para minimizar o
consumo geral de energia. No entanto, quando os servidores são implementados por
aplicação em cada servidor, pode fazer sentido casar o desempenho do servidor com
os requisitos da aplicação, para economizar energia.
Para usuários que padronizam seus sistemas em servidores em camadas e
implementam servidores por aplicação, existe a opção de padronizar em duas
camadas, uma camada de alto desempenho / de alto consumo de energia e uma
camada de desempenho menor/ com menor consumo de energia. A faixa de consumo
de energia pode ser maior que dois-para-um.
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Uma estratégia lógica é implementar aplicações na camada de menor desempenho
por definição padrão e somente passar para a camada de maior desempenho se a
necessidade for demonstrada. Isto é proporcionado pela facilidade da disponibilidade
de servidores em camadas. Dessa maneira, é possível a eliminação estrutural de
consumo em cargas de TI de 10% ou mais para um data center empresarial típico.
Redução de consumo de energia em equipamentos da
infra-estrutura física da rede (NCPI)
A redução de consumo de energia em equipamentos NCPI é feita usando as seguintes
técnicas: dimensionamento correto do sistema NCPI em relação à carga, uso eficiente
dos equipamentos NCPI e projetar um sistema eficiente do ponto de vista energético.
Os usuários podem ter alguma conscientização sobre a eficiência elétrica dos
dispositivos NCPI durante o processo de compra, porém o fato é que os dados
fornecidos pelos fabricantes não são normalmente suficientes para determinar
diferenças reais de consumo de energia, e mais ainda, fazer o dimensionamento e o
projeto corretos de cada sistema tem um impacto maior no consumo de energia do que
a seleção dos dispositivos NCPI.
Dimensionamento correto
De todas as técnicas disponíveis aos usuários, o dimensionamento correto do sistema
NCPI em relação à carga tem o maior impacto no consumo elétrico desses
equipamentos. A maioria dos usuários não compreende que há perdas fixas presentes
em sistemas de energia elétrica e de resfriamento, quer a carga de TI exista ou não, e
que essas perdas são proporcionais à potência nominal geral do sistema. Essas
perdas fixas são a forma dominante de consumo elétrico nos equipamentos NCPI em
instalações típicas. Em instalações que têm cargas de TI leves, as perdas fixas dos
equipamentos NCPI ultrapassam comumente a carga dos equipamentos de TI.
Sempre que o sistema NCPI for superdimensionado, as perdas fixas se tornam uma
porcentagem maior do total da conta de energia elétrica. Para um sistema típico,
carregado com 30% do valor nominal, o custo da eletricidade por KW de carga de TI é
de aproximadamente $2.300,00 por KW ao ano. Se o sistema for dimensionado
corretamente em relação à carga, o custo elétrico por kW de carga de TI cai para
aproximadamente $1.440,00 por kW ao ano, representando uma economia de 38%
nos custos elétricos conforme mostrado na Tabela 4.
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Tabela 4 – Benefícios econômicos do dimensionamento correto de um data center
mostrando o custo por kW em 10 anos
Caso de
referência
$9.600,OO
$960,00
$12.800,00
Corretamente
dimensionado
$9.600,OO
$960,00
$3.840,00
Custos de Investimento em
NCPI
$13.330,00
$4.000,00
Custos de operação do NCPI
$6.667,00
$2.000,00
Custos totais elétricos com
NCPI
Custo elétrico total (NCPI + IT)
$13.760,00
$4.800,00
$23.360,00
$43.360,00
$14.400,00
$20.400,00
Eletricidade para TI
Perda NCPI proporcional
Perda NCPI fixa
TCO total em 10 anos
Comentário
Adotando $0,12 por kWh
Eliminação estrutural permite
redução no consumo elétrico
relacionado à capacidade
Eliminação estrutural permite
redução na capacidade do
equipamento
Redução no equipamento
reduz as despesas
operacionais, como
manutenção por exemplo.
Total de perdas fixas e
proporcionais
Inclusive capacidade de
energia e de resfriamento e
despesas de consumo de
energia para NCPI
Além da economia elétrica, o dimensionamento correto resulta em uma economia de
$1.400,00 por kW ao ano de carga de TI nos custos operacionais e de investimento em
NCPI, que é praticamente tão grande quanto à economia em eletricidade. Essas são
economias em potencial para um exemplo específico; as economias reais irão variar e
serão menores para sistemas não-redundantes.
O dimensionamento correto tem o potencial de eliminar até 50% da conta de energia
elétrica em instalações reais. A vantagem econômica convincente para o
dimensionamento correto é um fator-chave pelo qual o mercado está se voltando para
soluções NCPI modulares e escaláveis.
Projeto de sistema eficiente, do ponto de vista de energia
Muitos usuários presumem que o consumo elétrico de um sistema é controlado pela
eficiência dos componentes individuais e, portanto, que a abordagem principal para
reduzir o consumo de energia é se concentrar na eficiência dos dispositivos individuais.
Essa premissa é bem incorreta. O projeto do sistema tem um efeito enorme no
consumo elétrico de data centers, e dois data centers compostos com os mesmos
equipamentos podem ter contas elétricas bem diferentes. Por esta razão o projeto do
sistema é ainda mais importante que a seleção dos equipamentos de energia elétrica e
de resfriamento na determinação da eficiência de um data center.
Aqui são apresentados exemplos de questões do projeto de um sistema que reduzem
comumente a eficiência de data centers para um valor muito mais baixo que seria
previsto pela soma das perdas das partes individuais:
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• Unidades de distribuição de energia elétrica e / ou transformadores operando
bem abaixo de suas capacidades de carga total.
• Aparelhos de ar condicionado funcionando com temperaturas de saída baixas,
desumidificando o ar continuamente e que depois precisa ser re-umidificado
continuamente usando um umidificador.
• Aparelhos de ar condicionado que estão aquecendo enquanto outros na
mesma sala estão resfriando.
• Aparelhos de ar condicionado forçados a consumir energia elétrica excessiva
para forçar o ar a altas pressões por longas distâncias.
• Aparelhos de ar condicionado operando com temperatura do ar de retorno
bem mais baixa que a temperatura de exaustão do equipamento de TI, e isso
faz com que operem com eficiência e capacidade reduzidas.
• Bombas de resfriamento cujas vazões estão ajustadas por válvulas de
estrangulamento, o que reduz drasticamente a eficiência da bomba.
Observe que esta lista é formada principalmente de problemas de projeto relacionados
ao ar condicionado. De fato, a maioria de práticas de projeto deficientes que
desperdiçam energia elétrica está relacionada ao ar-condicionado, isto porque as
arquiteturas dos sistemas de energia elétrica são mais padronizadas e, portanto,
menos propensas a erros relacionados ao projeto.
A lista resumida de problemas acima faz com que os data centers consumam
rotineiramente o dobro da energia elétrica para NCPI que o necessário. Além disso,
todos esses problemas são evitáveis com pouca ou praticamente nenhuma despesa
por simples decisões de projeto. Existem duas maneiras para evitar esses problemas:
1) Assegurar que o projeto seja desenvolvido e testado completamente para
evitar os problemas acima, incluindo um Modelamento Computacional
Complexo de Dinâmica dos Fluidos e teste abrangente do comissionamento ou
2) Obter um sistema NCPI completo baseado em projeto padronizado,
composto de módulos que tenham sido pré-desenvolvidos, pré-testados e
especificados para evitar os problemas acima.
Devido aos custos e variabilidade extremos da primeira abordagem, a segunda das
alternativas acima se tornará a maneira padrão pela qual os data centers serão
especificados e adquiridos no futuro.
Uso eficiente dos equipamentos NCPI
Embora a seleção de dispositivos NCPI, como os equipamentos de energia elétrica e
de resfriamento, tenha efeito menor no consumo elétrico geral do sistema do que a
arquitetura de TI, o dimensionamento correto dos equipamentos NCPI ou o projeto do
sistema NCPI, a seleção dos dispositivos é, sem dúvida, um elemento importante para
projetar um data center eficiente do ponto de vista energético.
Existe uma variação substancial nas perdas elétricas entre dispositivos NCPI do
mesmo tipo operando sob as mesmas condições.
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Por exemplo, em um relatório de dezembro de 2005 emitido pelo U.S. Electric Power
Research Institute - Instituto de pesquisa em energia elétrica dos EUA, foi mencionado
que sistemas UPS diferentes, operando com 30% da carga nominal apresentaram
perdas variando entre 4% a 22%, ou seja uma variação de 500%. É importante
observar que essa variação não pode ser calculada a partir das planilhas de
especificações desses produtos. Esse relatório e outros relatórios oficiais da APC
demonstram claramente que as perdas elétricas em aplicações reais podem ser
previstas corretamente somente se os modelos apropriados forem utilizados e que os
dados típicos do fabricante são inadequados para fazer previsões quantitativas do
consumo elétrico de data centers. Um exemplo da maneira correta para comparar o
consumo de dois dispositivos NCPI é apresentado no relatório oficial No. 108 da APC:
“Como tornar sistemas UPS de grande porte mais eficientes”.
Reduções consumo de energia geral na prática
Este relatório demonstrou a amplitude do problema do consumo elétrico e sugeriu
diversas estratégias para reduzir o consumo. Combinando as abordagens é possível
resumir as economias em potencial se um data center for otimizado para reduzir o
consumo elétrico, conforme comparado em um projeto típico.
A Tabela 5 resume 10 estratégias eficientes que podem ser utilizadas para reduzir o
consumo de energia elétrica, apresentando faixas de economias, comparando data
centers típicos. Essas estratégias são eficientes para data centers novos e algumas
podem ser implementadas imediatamente, ou gradualmente em data centers
existentes.
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Tabela 5 – Estratégias práticas para reduzir o consumo de energia elétrica em data
centers, indicando as faixas de economias elétricas admissíveis
Economia
Diretriz
Limitações
Tamanho
correto da
NCPI
10 – 30%
Virtualizar
servidores
10 – 40%
Arquitetura de
ar
condicionado
mais eficiente
7 – 15%
Usar uma arquitetura de energia
elétrica e de resfriamento modular e
escalável As economias são maiores
para sistemas redundantes
Não é tecnicamente uma solução
para a infra-estrutura física, porém
apresenta impactos radicais. Envolve
a consolidação de aplicações em
menos servidores, tipicamente
servidores em camadas. Libera
também potência e capacidade de
resfriamento para expansão.
Resfriamento orientado por
fileiras/corredores tem eficiência mais
elevada para sistemas com alta
densidade (Relatório APC No. 130).
Caminhos de ar mais curtos precisam
de menos energia de ventilação para
o ar condicionado em salas de
computadores e as temperaturas de
retorno são mais elevadas,
aumentando a eficiência, a
capacidade e prevenindo a
desumidificação, reduzindo assim
significativamente os custos de
umidificação.
Muitos condicionadores de ar
oferecem opções de economizador.
Isto pode proporcionar economias
substanciais de energia, dependendo
da localização geográfica. Alguns
data centers têm condicionadores de
ar com o modo economizador, porém
a operação no modo economizador
está desativada.
O leiaute da área tem um grande
efeito na eficiência do sistema de
ar-condicionado. Envolve a
disposição de corredor quente /
corredor frio com locais adequados
para o condicionador de ar (Relatório
oficial No. 122 da APC).
Os melhores sistemas UPS de suas
categorias têm 70% a menos de
perdas que UPS antigos, em cargas
típicas. A eficiência com carga leve é
o parâmetro-chave, NÃO a eficiência
à plena carga. É importante não
esquecer que as perdas de UPS
devem ser resfriadas, dobrando seus
custos.
Para novos projetos e
algumas expansões.
Difícil em caso de
readaptação.
Requer alterações
significativas no processo
de TI. Para obter as
economias em uma
instalação existente parte
dos dispositivos elétricos
e de resfriamento podem
precisar ser desligados.
Para novos projetos. Os
benefícios são limitados a
projetos com alta
densidade.
Condicionador
es de ar com
modo
Economizador
4 – 15%
Leiaute de área
mais eficiente
5 – 12%
Equipamento
energeticamen
te mais
eficiente
4 – 10%
Para novos projetos.
Difícil para readaptar
Para novos projetos e
expansões. Difícil para
readaptar
Para novos projetos ou
readaptações.
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Economia
Diretriz
Limitações
Coordenar os
condicionadores
de ar
0 – 10%
Para qualquer data
center com
diversos
condicionadores de
ar.
Localizar
corretamente as
placas de piso
vazadas para a
ventilação
1 – 6%
Instalar
iluminação
energeticamente
eficiente
1 – 3%
Instalar painéis
direcionadores
de ar
1 – 2%
Muitos data centers têm diversos
condicionadores de ar que operam em conflito
entre si.
Um pode estar aquecendo enquanto o outro
pode estar resfriando.
Um pode estar desumidificando enquanto o
outro pode estar umidificando.
O resultado é um desperdício bruto. Pode
exigir uma avaliação profissional para o
diagnóstico.
Muitas placas de piso vazadas para ventilação
estão localizadas incorretamente em data
centers médios ou há quantidades incorretas
instaladas.
Os locais corretos não são intuitivamente
óbvios.
Uma avaliação profissional pode garantir um
resultado ideal.
Benefício colateral – menos pontos quentes.
Desligar algumas ou todas as luzes em função
do horário ou do movimento.
Usar tecnologias de iluminação mais
eficientes.
Não esquecer que a energia dissipada da
iluminação também deve ser resfriada,
dobrando os custos.
O benefício é maior em data centers de baixa
densidade ou parcialmente ocupados.
Diminui a temperatura de entrada no servidor.
Também economiza energia ao aumentar a
temperatura do ar de retorno do ar
condicionado em sala de computadores.
Econômico e fácil de implementar com os
novos painéis direcionadores encaixáveis,
como os utilizados pela APC.
Somente para data
centers que
utilizam piso
elevado.
Fácil, porém requer
orientação de
especialista para
obter os melhores
resultados.
A maioria dos data
centers pode se
beneficiar.
Para alguns data
centers, antigos ou
novos.
A tabela 5 acima fornece um resumo de algumas das ferramentas mais poderosas e
práticas para reduzir o consumo de energia em data centers. Os valores de redução de
consumo de energia foram estimados usando os cálculos de energia com base no
Relatório Oficial No. 113 da APC (mencionado anteriormente neste relatório),
aplicados a determinados projetos de data centers. Além dos itens desta lista existem
outras estratégias sofisticadas de arquitetura de TI que foram mencionadas
anteriormente neste relatório.
Algumas das economias descritas acima podem ser incorporadas nos equipamentos
fornecidos pelos fabricantes, porém a maioria está relacionada ao projeto e instalação
do sistema. Projetos de sistemas pré-desenvolvidos e padronizados estão disponíveis
em alguns fornecedores, tendo sido otimizados e verificados quanto à alta eficiência;
consulte seu fornecedor. Para usuários de instalações existentes que buscam reduzir
o consumo elétrico, os clientes podem implementar as orientações fornecidas acima,
ou contar com a ajuda de alguns fornecedores como a APC que oferecem um Serviço
de Avaliação de Eficiência Energética em Data Centers, utilizando ferramentas e
métodos especializados projetados especificamente para data centers.
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Conclusão
O custo da eletricidade para data centers é um custo operacional substancial que pode e deve
ser administrado. Um data center projetado para consumo reduzido de energia também
economiza outros custos, como o custo de capital e operacional associado aos sistemas de
energia elétrica e de resfriamento, e também economiza espaço.
O consumo elétrico de data centers existentes pode ser reduzido por meio de diversos
métodos de baixo custo, porém primordialmente via migração para plataformas de
computação mais eficientes do ponto de vista de energia. Para data centers novos, existem
opções adicionais tanto na arquitetura de TI como na arquitetura dos equipamentos NCPI que
podem proporcionar economias muito maiores.
O consumo de energia elétrica é normalmente compartilhado uniformemente entre as cargas
de TI e os dispositivos NCPI. Qualquer abordagem racional para reduzir o uso de energia
elétrica deve tratar o projeto combinado de equipamentos TI / NCPI como um sistema para
maximizar o benefício.
Alguns fornecedores de equipamentos oferecem projetos completos padronizados para data
centers, especificamente desenvolvidos para eficiência, e serviços de auditoria de eficiência
energética estão disponíveis para usuários que desejam reduzir o consumo de energia em
data centers existentes.
Existem muitas oportunidades de redução de custo, com investimento pequeno ou
praticamente nulo em alguns casos para obter essas reduções, comparado com as
abordagens antigas para o projeto do data center.
Sobre o autor:
Neil Rasmussen é um dos fundadores e é o Responsável Técnico pela American Power
Conversion. Na APC, Neil administra o maior orçamento de P&D do mundo dedicado a
Potência, Resfriamento, Infra-estrutura para Racks para redes críticas, com principais centros
de desenvolvimento de produto localizados em Massachusetts, Missouri, Dinamarca, Rhode
Island, Taiwan e na Irlanda. Neil dirige atualmente as pesquisas na APC para desenvolver
soluções modulares e escaláveis de infra-estrutura para data center e é o principal arquiteto
do sistema InfraStruXure da APC.
Antes de fundar a APC em 1981, Neil recebeu seus diplomas de graduação e de mestrado em
engenharia elétrica do MIT onde apresentou uma tese sobre a análise da fonte de
alimentação de 200 MW para o reator de fusão Tokamak. De 1979 a 1981 trabalhou nos
laboratórios Lincoln do MIT em sistemas de armazenamento de energia em volantes de
inércia e em sistemas de energia elétrica solar.
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