O equipamento usado nos data centers impõe requisitos bastante rigorosos à umidade relativa do ar na sala. Quando diminui abaixo de um certo nível, podem ocorrer descargas eletrostáticas. Como você sabe, a eletricidade estática pode ser perigosa para equipamentos de TI no data center. Para minimizá-lo, é recomendável manter um certo nível de umidade relativa nas instalações do data center.
Por umidade do ar é entendido o conteúdo de vapor de água nele. Distinga entre umidade absoluta e umidade relativa. A umidade absoluta é a densidade do vapor de água no ar a uma determinada temperatura. Quanto mais alta a temperatura, mais umidade pode estar contida no ar. A quantidade máxima de vapor de água que satura o ar a uma determinada temperatura é chamada de umidade máxima. Mais umidade irá condensar. O problema da condensação é outro problema, portanto, exceder o valor máximo do nível de umidade relativa no data center também é indesejável e deve ser monitorado.
Umidade relativa é definida como a razão entre a umidade absoluta e a umidade máxima em uma determinada temperatura, expressa em porcentagem.
Qual deve ser a umidade no data center?
Quais documentos ou padrões são usados para regular a umidade nos data centers? De acordo com o documento SP - 3-0092: (Norma TIA-942, revisão 7.0, fevereiro de 2005) “Infraestrutura de telecomunicações de data centers”, seção 5.3.5.3. "Parâmetros ambientais operacionais", esses parâmetros devem ser os seguintes:
- temperatura por termômetro seco: de 20º a 25º;
- umidade relativa: de 40% a 50%;
- ponto de orvalho: não superior a 21º;
- taxa de variação: não superior a 5º por hora.
Além disso, as especificações para equipamentos de TI indicam os valores permitidos de umidade e temperatura para modelos de hardware específicos.
Enquanto isso, de acordo com estudos realizados em 2014 pelo comitê técnico do TC 9.9 da Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Arrefecimento e Ar Condicionado (ASHRAE), estima-se que a umidade relativa possa ser reduzida para 8-15%, o que ajudará a economizar energia e melhorar a eficiência energética da PUE mas requer certas medidas de proteção.
O piso do datacenter deve poder dissipar a eletricidade estática e aterrar adequadamente. Os funcionários e visitantes do data center devem usar sapatos com solas com propriedades de condutividade. Independentemente do nível de umidade, é recomendável usar sempre pulseiras antiestáticas ao trabalhar com o equipamento ou ao substituir peças dentro da caixa.
Se ao andar em um piso elevado não aterrado a 80% de umidade, a tensão da eletricidade estática atinge apenas 250 V, então a 20% já é de 12.000 V: nesse caso, uma descarga de centelha pode levar à falha de equipamentos de TI ou sistemas de telecomunicações.
Manter uma umidade relativa mais alta requer uma quantidade maior de vapor e, como resultado, maior consumo de energia e água. Afinal, sabe-se que até 40% do consumo total de energia do data center é constituído por sistemas de refrigeração (se forem utilizados sistemas tradicionais de freon ou chiller).
Para manter o nível de umidade exigido no data center, é necessário um consumo bastante alto de água e eletricidade - isso leva até 15% da eletricidade consumida por ele.
A redução do nível de umidade dos tradicionais 40-50% foi possível com o advento do equipamento de TI do data center que opera em temperaturas elevadas: o ar quente retém mais vapor, e o data center pode economizar eletricidade nas instalações de umidificação e evaporação de água (umidificadores a vapor).Se o nível de umidade for maior que os valores permitidos, poderá ocorrer condensação nas superfícies frias do equipamento, resultando em corrosão. Esse é um dos problemas dos datacenters que usam o freecooling, onde o ar externo pode ser frio ou úmido.
No data center, construído sobre a arquitetura de corredores frios e quentes, a probabilidade de condensação é alta no corredor frio. A condensação em componentes eletrônicos pode ser prejudicial aos equipamentos de TI e causar um curto-circuito.
No padrão TIA-942-A atualizado, os parâmetros de umidade são especificados na seção:
6.4.5.2.1 Parâmetros operacionais
A temperatura e a umidade na sala de computadores devem ser mantidas de acordo com
requisitos para equipamentos das classes A1 ou A2 em ANSI / TIA-569-C.
Valores exigidos de temperatura e umidade para equipamentos das classes A1-A4 e B.
I.e. atualmente o valor máximo de umidade para salas das classes A1 e A2 é de 60%, para a classe B a faixa permitida é de 8 a 80%.
Projetos e tipos de sistemas de umidificação
A umidificação é tradicionalmente implementada como um sistema separado, ou como um dos módulos de sistemas de ar condicionado ou como um sistema de ventilação de suprimento. Muitos grandes data centers CRAC (Computer Room Air Conditioners) que controlam temperatura e umidade usam aquecedores e umidificadores embutidos. Eles suportam parâmetros controlados de temperatura e umidade em um determinado intervalo.
Como regra, os condicionadores de ar de precisão são equipados com umidificadores de vapor do tipo eletrodo: a tensão é aplicada aos eletrodos no cilindro de vapor, a água é aquecida a um estado de ebulição e, assim, obtemos vapor que flui através do distribuidor de vapor para a corrente de ar.
A produção de vapor pode ser ajustada, alterando o nível de ocupação do cilindro de vapor. usando um controlador que mantenha o nível de água necessário. Se a produção de vapor cair abaixo do valor necessário, a válvula de enchimento se abre para aumentar o nível de água no tanque. No caso de uma situação inversa, a válvula permanece fechada até que a umidade desejada seja atingida.
Os controladores podem exibir um conjunto de vários parâmetros, como umidade relativa, corrente no umidificador, condutividade da água, produção de vapor, indicação de erro.
Dependendo da condutividade elétrica da água e da concentração de sais minerais nela, pode levar várias horas para o umidificador atingir o modo de operação.
Nos sistemas de condicionamento de precisão da Schneider Electric, como em todos os sistemas similares, o módulo umidificador é instalado diretamente no compartimento do ar-condicionado e fornece vapor ao duto de ar. As vantagens dessa abordagem são a manutenção precisa dos parâmetros de umidade em um volume local separado, o ajuste simples e a capacidade de substituir rapidamente o módulo.
Há também desvantagens: maior consumo de energia em comparação com a pulverização ou umedecimento da superfície, dependência da qualidade da água. Este último, no entanto, aplica-se a quase todos os tipos de umidificação, com exceção dos umidificadores nos elementos de aquecimento que, como regra, são utilizados em sistemas de ventilação separados.
Existem diferentes tipos de umidificadores: eletrodo, infravermelho, ultrassônico etc. Cada abordagem tem suas próprias vantagens e desvantagens; no entanto, os umidificadores a vapor com eletrodo são a solução mais simples em termos de instalação, controle e manutenção. Outros tipos de umidificadores são mais exigentes quanto ao conteúdo de impurezas na água. Eles são caracterizados por desvantagens como entupimento mecânico de bicos, formação de placas em tapetes hidratantes, placas brancas no caso de sistemas ultrassônicos. E os umidificadores a vapor com sistemas de tratamento de água são mais exigentes e têm custos operacionais mais altos. Além disso, sob condições russas, os sistemas de tratamento de água são bastante caros e a qualidade da água varia muito em diferentes projetos, o que implica altos custos no tratamento da água.
Nos aparelhos a vapor, o vapor de água é formado como resultado da fervura e não altera a temperatura do ar. As vantagens de tais instalações incluem vapor limpo, precisão de controle, facilidade de instalação, baixo investimento, baixa qualidade da água; no entanto, são caracterizadas por alto consumo de eletricidade (cerca de 0,75 kW por 1 kg de vapor), potência limitada (produção de vapor dentro de 1 a 120 kg / h).
Os tipos mais comuns de umidificadores a vapor são eletrodo e PETN. Os umidificadores de eletrodo têm um custo mais baixo, mas são mais caros para operar, porque requerem substituição e limpeza regulares do eletrodo. A precisão de manter seus parâmetros é de ± 5%. Umidificadores do tipo eletrodo operam em água da torneira com dureza média.
Sistemas de umidificação de Schneider Electric
Para manter a umidade necessária na sala do data center, os condicionadores de ar da Schneider Electric usam umidificadores com eletrodos de imersão com a capacidade de controlar a produção de vapor estéril e ajustar automaticamente a concentração de sal no cilindro de vapor, o que permite o uso de água comum e não tratada de vários graus de dureza sem tratamento químico ou desmineralização.
Assim, os sistemas de umidificação da Schneider Electric usam água da torneira pura. Ele se funde na drenagem. Os custos adicionais são mínimos, apenas um tratamento mecânico simples da água é necessário. No caso de um alto teor de sal, é possível "consumir" rapidamente os eletrodos, mas os próprios cilindros de vapor são essencialmente consumíveis. Em média, uma vez por ano, eles precisam ser alterados (a frequência depende do site específico).
Qual é a diferença entre umidificadores em sistemas de ventilação e umidificadores em um ar condicionado de precisão? Fundamentalmente - apenas no local, porque no caso de um sistema de ventilação, um tubo de distribuição de vapor é instalado no canal, proveniente do corpo do umidificador, localizado próximo ao canal. Também é necessário selecionar cuidadosamente o local de instalação deste tubo e sua largura e quantidade.
Normalmente, os condicionadores de ar de precisão são equipados com umidificadores a vapor padrão com a única potência nominal possível. O consumo máximo de vapor é selecionado com base na faixa de fluxo de ar de um modelo específico de ar condicionado, ou seja, dentro desse intervalo, a capacidade de vapor do sistema de umidificação é suficiente.
Os componentes do sistema de ar condicionado InRaw RP conectado ao chiller incluem um umidificador de vapor (4) e um sensor de umidade (12). Os dispositivos InRow estão equipados com sensores de temperatura e umidade para automatizar os procedimentos de controle. Eles são compatíveis com os sistemas de isolamento de corredor quente e de ar de rack, o que aumenta a eficiência dos sistemas de refrigeração.
Além disso, para reduzir os custos de capital, não é necessário equipar todos os aparelhos de ar condicionado com umidificadores a vapor - alguns dos aparelhos de ar condicionado podem ser modelos "apenas frios".
O monitoramento dos indicadores de umidade no data center pode ser realizado como parte do DCIM. Ele fornece uma imagem completa e precisa das condições do ar na sala e uma compreensão dos processos que ocorrem no data center, incluindo o uso para controlar um aumento / diminuição acentuado da umidade em um ponto específico devido a alterações na estrutura do data center ou a qualquer ação para configurar o equipamento. Os indicadores são obtidos dos sensores de umidade em diferentes pontos do data center.
O uso de componentes de hardware e software do sistema DCIM (Data Center Infrastructure Management) ajuda a reduzir o custo de operação de um data center, aumentar o retorno do CAPEX e acelerar a adoção e implementação de decisões no gerenciamento da infraestrutura do data center.Os sistemas de manutenção de umidade podem ser equipados com todos os tipos de condicionadores de ar de precisão da Schneider Electric, tanto por tipo (sistemas DX freon, sistemas de água gelada CW) quanto por fator de forma (perímetro e linha).
O umidificador consiste em um cilindro de vapor, um tubo de distribuição de vapor (instalado diretamente na saída do trocador de calor), válvulas de enchimento e drenagem e um sensor de nível de água no cilindro de vapor.
O controle proporcional do umidificador (obtido através do controle da corrente que passa pelos eletrodos do cilindro e da concentração de sal no cilindro) permite aumentar a eficiência do sistema, reduzir o consumo de energia e aumentar a vida útil dos componentes.
A umidade é medida em um corredor frio. É aconselhável definir o ponto de orvalho 4,44 ° C abaixo do equivalente a uma umidade relativa de 15% a uma temperatura do ar de entrada de 24 graus. Em um corredor quente, a umidade relativa do ar pode ser menor do que em outros lugares, pois diminui com o aumento da temperatura.
A tarefa de projetar, planejar e criar a infraestrutura de engenharia dos data centers é prever corretamente com base em muitos fatores. Diferentes implementações de sistemas de refrigeração e umidificação são possíveis, mesmo em uma instalação. Se para pequenos data centers existem soluções padrão, os objetos grandes são sempre únicos. Você precisa tentar prever corretamente a alteração na carga de trabalho de TI no datacenter. E, claro, não se esqueça do nível de umidade.