TEMPERATUUR EN LUCHTVOCHTIGHEID Koude & luchtbehandeling RCC
Tekst Don Beaty PE DLB Associates Consulting Engineers
Inzicht in ASHRAE’s baanbrekende white paper
Mogelijk minder storing bij hogere temperatuur datacenter In antwoord op de toenemende vraag aan ASHRAE naar de uitbreiding van het temperatuur-en vochtigheidsbereik in datacenters heeft de technische commissie TC 9,9 van ASHRAE het aantal temperatuur/luchtvochtigheidsklassen van twee naar vier uitgebreid. Dit is te lezen in white paper 2011 Thermal Guidelines for Data Processing Environments – Expanded Data Center Classes and Usage Guidelines. De belangrijkste gegevens van deze white paper worden opgenomen in de derde editie van ASHRAE’s boek Thermal Guidelines for Data Processing Environment – Expanded Data Center Classes and Usage Guidelines.
H
et grote succes van TC 9,9 in dit gebied is het verkrijgen van consensus van de grote IT-fabrikanten, waarbij deze consensus ook geldt voor oudere apparatuur. Aangezien de meeste datacenters zijn voorzien van IT-apparatuur van verschillende fabrikanten en ook functioneren onder verschillende klimatologische omstandigheden is het belangrijk om temperatuur- en luchtvochtigheidseisen te publiceren die van toepassing zijn op alle apparatuur in het datacenter en niet alleen voor de nieuwere apparatuur die wordt gebruikt in een nieuw datacenter. Vanuit de vraag naar meer energieefficiëntie, heeft de datacenterindustrie aangedrongen op een bereik van een nog hogere maximale inlaattemperatuur, variërend van 30 tot 50°C. Hoewel de efficiëntie en de voordelen van het koelsysteem op het gebied van Power Usage Effectiveness (PUE) duidelijk zijn, kunnen er kosten, akoestische, form factor- en gebruikseffecten optreden die de prestaties van IT-apparatuur bij hogere intredetemperatuur beïnvloeden.
Twee extra klassen Het resultaat daarvan is dat ASHRAE zich heeft gericht op het bieden van
flexibiliteit en opties. Dit kon worden bereikt door het aantal datacentertemperatuur/vochtigheidsklassen uit te breiden van twee naar vier (A1 tot A4). Daarin heeft de klasse A4 het breedste temperatuurbereik (41°F/5°C tot 113°F/45°C). De toename van datacenterklassen stelt in wezen de industrie in staat om zelf keuzes te maken. De belangrijkste afweging is de betrouwbaarheid van de IT-apparatuur ten opzichte van de energieefficiëntie en operationele kostenreductie die bereikt wordt via de mogelijkheid om fulltime te werken in de economische modus zonder het gebruik van compressoren/zonder koelmachines. De twee extra gecreëerde datacenterklassen bracht het totale aantal klassen op zes. De vorige vier klassen werden simpelweg 1 tot en met 4 genoemd, maar nu was echter een verandering van de nomenclatuur nodig. Sindsdien wordt er gebruik gemaakt van een combinatie van letters en cijfers. De vier datacenterklassen worden klasse A1 tot A4 genoemd en de niet-datacenterklassen (voorheen de klassen drie en vier) worden nu aangeduid als klassen B en C. Klasse A1 is hetzelfde als de oorspronkelijke klasse 1 en klasse A2 is
hetzelfde als de oorspronkelijke klasse 2. Klassen A3 en A4 zijn twee nieuwe datacenterklassen.
Herziene verse tabel 4 De afbeelding bovenaan pagina 40 is een herziene versie van tabel 4 in de white paper, voorzien van de omgevingsspecificaties van de apparatuur. De white paper bevat belangrijke voetnoten bij tabel 3 en tabel 4 die niet in dit artikel staan, maar de lezer wordt aangeraden om aandachtig de hele publicatie met inbegrip van de voetnoten te lezen. Tabel 4 is voorzien van apparatuuromgevingsspecificaties voor Product Operations en Product Power Off. Hoewel Product Power Off belangrijk is, is dit niet opgenomen (geldt ook voor de kolom maximale hoogte) in tabel 4 in dit artikel.
Definities Het doel van de aanbevolen omschrijving is om richtlijnen op te stellen voor operators van datacenters om deze zo betrouwbaar en (energie)efficiënt mogelijk te laten functioneren. De aanbevolen omschrijving is gebaseerd op IT-OEM’s deskundige kennis van
Don Beaty van DLB Associates Consulting Engineers en Past Chair of TC 9,9.
106 e JAARGANG MAART 2013
39
TEMPERATUUR EN LUCHTVOCHTIGHEID RCC Koude & luchtbehandeling
ASHRAE Table 4. 2011 Thermal Guidelines - Celsius (modified) Data Center
Equipment Environmental Specifications
Classes
Dry-Bulb Temperature Humidity Range, non-Condensing
Maximum
Low °C
Dew Point Rate of Change(°C/hr)
High °C
Low
High
Recommended A1 to A4
18
27
5.5ºC DP
60% RH
15ºC DP
A1
15
32
20% RH
80% RH
17.0
5/20
A2
10
35
20% RH
80% RH
21.0
5/20
A3
5
40
-12°C DP
8% RH
85% RH
24.0
5/20
A4
5
45
-12°C DP
8% RH
90% RH
24.0
5/20
Allowable
Note: Recommended applies to all A classes; evaluate ITE metrics in this paper for conditions outside this range. © ASHRAE Table reformatted by DLB Associates
Omgevingsspecificaties van de apparatuur
het energiegebruik van servers, betrouwbaarheid en prestaties versus de omgevingstemperatuur. De toegestane omschrijving geeft aan op welke wijze de IT-fabrikanten hun apparatuur kunnen testen of de apparatuur zal functioneren binnen de grenzen van de omgeving. Het aanbevolen bereik voor alle vier de datacenterklassen (A1 tot A4) is ongewijzigd ten opzichte van het
bereik voor de klassen 1 en 2 dat werd gepubliceerd in 2008 (Thermal Guidelines - Second Edition). Ook onveranderd is het toelaatbare bereik voor A1 en A2 (voorheen de klassen 1 en 2). De grote verandering is de uitgebreide aanvaardbare marges voor de twee extra datacenterklassen (A3 en A4). Een andere verandering is de manier waarop de Allowable Range (toegestaan bereik) nu wordt behandeld. Voorafgaand aan de vrijgave van deze white paper had slechts een klein percentage van de datacenters echt gebruik gemaakt van de flexibiliteit die wordt gecreëerd door het toegestane bereik. Een waarschijnlijke reden hiervoor is een gebrek aan echte kennis over de impact en gevolgen van het werken in het toegestane bereik en ook hoe dat effect verandert, afhankelijk van de duur van de operatie.
Profiteren
ASHRAE’s aankondiging van de laatste ontwikkelingen over energiereductie in datacenters zoals is behandeld in de workshop voorafgaand aan de Chillventa 2012.
40
MAART 2013 106 e JAARGANG
Om profijt te hebben van de flexibiliteitsopties die beschikbaar zijn, met betrekking tot aanbevolen en aanvaardbare marges, het volgende: het langdurig ondergaan van apparatuur aan condities buiten het aanbevolen bereik, in het
bijzonder in het grensgebied van de toelaatbare omgevingscondities, kan leiden tot verminderde betrouwbaarheid van de apparatuur en uiteindelijk de levensduur bekorten. De brandende vraag blijft echter of servers falen als bij hogere temperaturen wordt gewerkt’ Een antwoord op deze vraag vereist een afspraak om gegevens te verstrekken over IT-betrouwbaarheid van de apparatuur bij hogere temperaturen. Deze gegevens zijn niet in ruime mate beschikbaar en als gevolg daarvan zeer waardevol voor elke fabrikant van IT-apparatuur. Inzicht in deze gegevens is de enige praktische manier om een breder omgevingsbereik te kunnen vaststellen. Fabrikanten hebben dit nodig om gezamenlijk de betrouwbare gegevens te kunnen aanleveren. De verschillende Allowable Ranges (toegestane bereiken) voor de vier datacenterklassen omvatten verschillende afwegingen als het gaat om zaken als klimaat, bedrijfsstrategie en behoeften. De white paper bevat de volgende belangrijke gegevens, zodat gefundeerde beslissingen kunnen worden genomen over het gebruik van het
TEMPERATUUR EN LUCHTVOCHTIGHEID Koude & luchtbehandeling RCC
peratuur of luchtvochtigheid aangegeven in tabel 4 bovenaan pagina 40. Het gebogen deel van elke procesgrens volgt de gekromde rasterlijnen in het psychometrisch diagram die een constante relatieve vochtigheid aangeeft. De horizontale gedeelten van de procesbegrenzing komen overeen met de horizontale rasterlijnen die de dauwpunttemperatuur aangeeft.
Betrouwbaarheid
Equipment Environmental Envelopes voor datacenters.
toegestane bereik en de beslissing welke klasse van toepassing is (A1, A2, A3 of A4): Ŕ Een grafiek die toont hoe het energiegebruik van de server toeneemt bij hogere omgevingstemperaturen Ŕ Een grafiek die toont hoe de luchtstroom toeneemt van de server bij hogere omgevingstemperaturen Ŕ Een tabel die aangeeft hoe het geluidsvermogensniveau toeneemt bij hogere intrede-temperaturen Ŕ Een tabel die aangeeft hoe het relatieve aantal storingen gemaakt door de server voor volumeservers toeneemt bij hogere aanvoertemperaturen De bovengrens van de Allowable Range (toegestaan bereik) varieert van 32 tot 45°C , afhankelijk van de klasse. Als de bovengrens toeneemt, heeft dat invloed op de form factor (dat wil zeggen dat de omkasting van de server meer ruimte nodig heeft voor warmteoverdracht/warmteafvoer), akoestiek, uitvalpercentage en het krachtverbruik van de serverventilatoren. De bovengrens biedt de mogelijkheid voor het niet meer toepassen van een aanzienlijk
aantal koelinstallaties (bijvoorbeeld compressoren en koelmachines) en ook het omschakelingsrisico bij de economizer, dat plaats vindt als een voorziening niet 100 procent van de tijd beschikbaar is als economizer.
Milieuklassen De grafiek bovenaan deze pagina is een psychrometrisch diagram die alle klassen toont. Deze figuur wordt geformatteerd en aangepast op grond van een figuur in de white paper en gebruikt in dit artikel. De grafiek geeft een goed beeld van hoe sterk de milieuklassen zijn uitgebreid. De klassen omvatten diverse variabelen en de grafiek toont in hoofdzaak de grootte van de verschillende processen De vormen van de verschillende processen worden grotendeels bepaald door de statistieken in de tabel in de afbeelding bovenaan pagina 40. De linker en rechter verticale lijnen voor een bepaald proces worden bepaald door de hoogste en laagste drogeboltemperaturen. De bovenste en onderste lijnen (gedeeltelijk horizontale en deels gebogen) voor een bepaald proces worden bepaald door de strengere toestand tussen de dauwpunttem-
De industrie verlangt naar betrouwbaarheid van gepubliceerde gegevens. De white paper presenteert een algemene indruk als het gaat om de invloed van betrouwbaarheid bij het werken bij verschillende temperaturen. Er zijn tal van variabelen die een rol spelen met betrekking tot betrouwbaarheid. Elke locatie heeft bijvoorbeeld een ander klimaatprofiel en een verschillende samenstelling van de luchtkwaliteit. Soms zijn die verschillen subtiel, maar zo nu en dan wel belangrijk. Elk bedrijf heeft
Over de auteur Don Beaty startte DLB Associates Consulting Engineers in 1980. Dit bedrijf is wereldwijd actief als dienstverlener ten behoeve van bedrijfskritische installaties in meer dan 35 landen. DLB’s ervaring omvat meer dan 4GW (gigawatt) van kritische (IT) power, datacentercampussen van in totaal meer dan 4500 hectare en duizenden bedrijfskritische projecten met een gecombineerde verhoogde vloer (white space) oppervlakte van meer dan 16 miljoen vierkante meter. DLB verzorgt het ontwerp, de inbedrijfstelling en ondersteunende activiteiten en diensten voor een breed scala van grote en kleine datacenters, waaronder acht van de grootste Google datacentercampussen over de hele wereld.
106 e JAARGANG MAART 2013
41
TEMPERATUUR EN LUCHTVOCHTIGHEID RCC Koude & luchtbehandeling
ASHRAE Table C-1. (modified) Temperature Impact on Volume Server Hardware Failure Rate Dry Bulb Temp
Failure Rate X-Factor
( °C )
Lower Bound
Average Bound C
Upper Bound D
A
B
15.0
0.72
0.72
0.72
17.5
0.80
0.87
0.95
20.0
0.88
1.00
1.14
22.5
0.96
1.13
1.31
25.0
1.04
1.24
1.43
27.5
1.12
1.34
1.54
30.0
1.19
1.42
1.63
32.5
1.27
1.48
1.69
Effect
35.0
1.35
1.55
1.74
37.5
1.43
1.61
1.78
40.0
1.51
1.66
1.81
42.5
1.59
1.71
1.83
45.0
1.67
1.76
1.84
Het voorbeeld in de tabel hiernaast geldt voor de stad Amsterdam. Het cumulatieve effect van de tijd op de temperatuur wordt hier weergegeven. Er is aangenomen dat het economizersysteem de mogelijkheid heeft om altijd een minimale temperatuur van 15°C te leveren (bijvoorbeeld door mengen van lucht, et cetera). Derhalve is het lage temperatuurbereik tussen de 15 en 20°C. Hierdoor biedt de uitkomst van een eenvoudige proportionele analyse van het percentage van de uren op elke locatie in Amsterdam, vermenigvuldigd met de gemiddelde X-Factor voor die locatie, de samengestelde Net X-Factor voor dat jaar. In dit voorbeeld is de samen-
Note: Relative Hardware Failure Rate X-Factor For Volume Servers As A Function Of Continuous Operation © ASHRAE Table reformatted by DLB Associates
Temperatuur Impact op Volume Server Hardware Failure Rate.
© ASHRAE Table reformatted by DLB Associates using ASHRAE Weather Data Viewer Software
Tijd-bij-temperatuur, te kiezen Failure Rate berekening voor IT-apparatuur in Amsterdam.
ook een ander bedrijfsprofiel en elke toepassing heeft een andere specificatie. Omdat er zo veel verschillende variabelen en scenario’s zijn, werd de X-Factorbenadering gebruikt om de benadering van TC 9,9 een zekere betrouwbaarheid te geven. Deze benadering leverde een baseline failure rate op van 1,0 bij een datacenter dat continu in bedrijf is bij 20°C. Een X-Factor onder de 1 betekent minder storingen dan de baseline en een X-Factor boven 1 betekent meer storingen.
Storing vergelijken De bedoeling is om de X-Factor als een relatieve storing te vergelijken met de baseline. De tabel bovenaan
42
van het niveau van de risicotolerantie voor een bepaalde toepassing. De tabel in het midden van deze pagina geeft een goed voorbeeld van de invloed op de relatieve Hardware Failure Rate X-Factor op de verandering van de buitentemperatuur waarbij ook de bedrijfstemperatuur van het datacenter kan variëren, bijvoorbeeld bij fulltime gebruik in de economizer modus.
MAART 2013 106 e JAARGANG
deze pagina toont een herziene versie van de white papier tabel C-1, die de invloed van de temperatuur op de volume server hardware failure rates aangeeft in termen als een zogeheten Failure Rate X-Factor. Het geeft de waarden aan van de ondergrenzen, de gemiddelden en de bovengrenzen. De X-factoren in dit voorbeeld zijn de (gemiddelde) Average Bound X-factoren uit tabel C-1, maar de Upper en Lower Bound X-factoren kunnen meer Uitleg van de temperatuurinvloed in datacenter met behulp geschikt zijn, afhankelijk van een psychrometrisch diagram tijdens een workshop.
Koude & luchtbehandeling RCC
gestelde Net X-Factor 0,893 gebaseerd op geregistreerde klimaatgegevens gedurende een jaar in Amsterdam. Met andere woorden, de relatieve Hardware Failure Range is tien procent lager door de met variërende temperatuur full time werkend datacenter in de economizer modus, in vergelijking met een datacenter waar de temperatuur continu op 20°C wordt geregeld. Het voorbeeld voor Amsterdam toont de potentie aan voor het realiseren van aanzienlijke energiebesparingen (bijvoorbeeld zonder koelmachines/zonder compressoren) en zonder toename van storingen. Het is belangrijk op te merken dat de waarden in de white paper tabel in tabel C-1 bovenaan pagina 42 waardevol zijn en grote kansen bieden en kunnen leiden tot besparingen, maar dat deze gegevens zorgvuldig moeten worden uitgewerkt, gecontroleerd en toegepast. Inzet van een bepaalde systeemarchitectuur moet uitgesteld worden totdatdeze voorbereidende aanpak met voldoende inzicht heeft plaatsgevonden.
Noodkoeling & tijdelijke koeling voor datacentra Recool is totaalverhuurder in klimaatoplossingen. Door middel van het uitgebreide verhuurassortiment kunnen wij u de oplossing bieden voor vrijwel iedere situatie.
Fancoils
Chillers
Watergekoelde airco
Lucht/water portables
Conclusie De ASHRAE TC 9,9 white paper met de titel 2011 Thermal Guidelines for Data Processing Environments – Data Center Classes and Usage Guidelines is een baanbrekend stuk werk en biedt de mogelijkheid om zowel de ontwikkelingskosten (capex) als de operationele kosten (opex) ingrijpend te verbeteren. Het creëert milieuklassen die fungeren als een opening voor fulltime economizer bedrijf. Verder geeft de white paper belangrijke informatie over de temperatuursinvloed op de serveruitval van de belangrijkste IT-fabrikanten van nieuwe en oude IT-apparatuur.
Goed onderzoek noodzakelijk De informatie verhoogt ook het aantal variabelen en overwegingen die gemaakt moeten worden. Dit moet goed worden aangepakt en vergt van geval tot geval om een zorgvuldige technische en zakelijke evaluatie. Dit is geen taak die geanalyseerd en uitgevoerd kan worden door een min of meer gestandaardiseerde benadering. Het vereist een goed onderzoek en analyse door zeer ervaren deskundigen op dit gebied. Het bepalen van de Return on Investment (ROI) van een dergelijk project is de moeite van een diepgaand onderzoek waard.
Presentaties in 70 steden Omdat datacenters overal in de wereld zijn gevestigd is Don Beaty actief in diverse landen. Hij hield het afgelopen decennium presentaties in 70 steden in 28 landen. Beaty was mede-oprichter en eerste voorzitter van ASHRAE Technische Commissie TC 9,9 (Mission Critical Facilities, Technology Spaces and Electronic Equipment) en leverde een belangrijke bijdrage aan meer dan tien boeken over datacenters. Hij is nog steeds een belangrijke drijvende kracht van TC 9,9.
Met de verhuurapparatuur van Recool kan voor iedere tijdelijke of noodsituatie in datacentra een geschikte oplossing geboden worden. Bij ons kunt u terecht voor méér dan alleen de levering van de huurapparatuur. Ook advies en ondersteuning in alle fases van uw project vormen voor ons een belangrijk onderdeel van de totaaloplossing. Wij laten u graag zelf de toegevoegde waarde van dit concept ervaren en nodigen u uit om contact met ons op te nemen voor het bespreken van de mogelijkheden.
Scan de QR-code met uw smartphone of tablet voor meer informatie!
RECOOL Verhuur in KoelingAirconditioning Anders denken in klimaatoplossingen
ADVISERING I ONDERSTEUNING I TOTAALOPLOSSING
Recool BV I 078 - 691 10 00 I www.recool.nl
106 e JAARGANG MAART 2013
43
