Acquisto di Rack per installazione di un Server: la parola a EAE

Nella scelta del Rack da installare, ad esempio in un Datacentre, è necessario tenere in considerazione molti fattori. Chi progetta e gestisce le sale IT sa bene che il valore del Rack è quello di ospitare e proteggere i sistemi che permetto il corretto funzionamento dei Datacentre e delle nostre reti. Scegliere un Rack su considerazioni non oggettive e badando al solo costo è un atteggiamento che nel medio termine porterà effetti negativi.

Con alcuni elementi di Fisica Tecnica e con alcuni assunti tipici dell’ingegneria è possibile comprendere cosa accade quando installiamo un apparato attivo nel nostro Rack (l’apparato installato non dovrà avere emissioni elettromagnetiche significative).

È di interesse comprendere, in caso di “major fault” dell’impianto di condizionamento, quale sia il tempo di raggiungimento della temperatura massima ammissibile all’interno del Rack non più raffreddato dall’aria proveniente dai Crac (Computer Room Air Conditioner) e Crah (Computer Room Air Handler).

 Ipotizzando che: l’aria sia un gas ideale e le trasformazioni termodinamiche considerate lavorano a pressioni lontane dal punto critico di 3,77MPa; inoltre che i calori specifici a pressione e volume costante non dipendano dalla temperatura in quanto in presenza di trasformazioni termodinamiche con escursioni termiche limitate: verranno assunti come costanti e pari al loro valore medio nell’intervallo di variazione di temperatura; infine che le pareti del Rack siano adiabatiche e indeformabili, consideriamo il “Sistema Chiuso” e l’aria subirà una trasformazione isocora: il tutto avverrà in condizioni stazionarie.

 Abbiamo acquistato un Rack da produttore EAE da 45 Rack Units (1 RU =4,54 mm) delle dimensioni 800 mm (W) x 1100 mm (D) x 2107 mm (H) mod. Kabin PLUS Data Center Rack Cabinet che dovrà essere installato in una delle file del Datacentre.

L’apparato ospitato sarà un Server dalle dimensioni di 42,90 cm (W) x 75,08 cm (D) x 4,30 cm (H) con un assorbimento massimo di 770 W e una temperatura massima di funzionamento pari a 40°C (la temperatura massima ammissibile dall’elettronica la assumiamo pari a 80°C = 353,15 K).

ll Datacentre è dimensionato per una potenza di 5 kW/Rack e la distribuzione elettrica è in corrente alternata monofase alla tensione di 230V; ciascuna posizione della fila, dove verranno installati i Rack, ha come “demarcation point” due prese IEC 60309 da 32A 2P+T (A+B) e l’assorbimento è letto da un multimetro digitale che può remotizzare i dati rilevati. Il “meter” e le prese IEC sono contenuti nella cassetta di derivazione EAE Kop Data (125) installata sulla blindosbarra.

Le ulteriori informazioni utili per la definizione del problema sono che l’ambiente è caratterizzato da: Tamb= T1= 24°C = 297.15 K e una pressione di 100 kPa (1 bar ≈ 1 atm) e Umidità Relativa (RH%) del 50%, i Crac e Crah sono alimentati da rete e gruppo elettrogeno; le dimensioni interne del Kabin PLUS Data Center Rack Cabinet 45 RU sono 745 mm x 1051 mm x 2009 mm cioè W = 0.745 m (Larghezza); D = 1.051 m (Profondità); H = 2.009 m (Altezza) – (vedi Tavola Tecnica del Rack). Infine le dimensioni del Server sono: 0.429 m (W) x 0.758 m (D) x 0.043 m (H) cioè un Volume di 0.014 m3 che corrisponde a circa l’1% del riempimento, in volume, del Rack.

Avvenuto il guasto, in attesa che il gruppo elettrogeno si avvii dal “corridoio freddo” ove presenti le griglie di areazione, non viene immessa aria trattata in ambiente. Nel Rack il volume non varia e si può ipotizzare che il volume interno occupato dall’aria, costante durante il transitorio di riscaldamento, sia: 

 La massa di aria può essere calcolata mediante le equazioni di stato dei gas in cui assumeremo che la costante dei gas sia pari a

ovvero

Possiamo cosi stimare l’energia termica assorbita dall’aria per portare la sua temperatura da valore T1= Tamb = 24°C al valore massimo tollerabile dall’apparato Tmax = 40 °C utilizzando il primo principio della Termodinamica (lavoro nullo in quanto è nulla la variazione di volume). Dalle tabelle delle proprietà dell’aria umida ricavo l’entalpia (calore totale) alle temperature di interesse 

e alla Tmax 

ovvero, per la nostra massa di aria, una variazione di energia di

La massima potenza termica rilasciata dal Server è data dall’integrale dissipazione in calore, per effetto Joule, della potenza elettrica assorbita.

Quindi il tempo in cui raggiungiamo nel cabinet la temperatura massima ammissibile è stimato nel rapporto tra energia termica da fornire all’aria e potenza termica, costante, rilasciata dal Server.

Avremo dunque un potenziale danno all’apparato in 2,30 minuti al raggiungimento degli 80°C dall’aria interno al Rack.

Queste semplici considerazioni giustificano una adeguata ventilazione dei “corridoi freddi” a temperatura opportuna visto che dal fermo dei condizionatori di sala passano pochi secondi al potenziale danno delle apparecchiature elettroniche. La portata di aria che dovrà essere immessa in ambiente dalle griglie di fronte al Rack (corridoio freddo) sarà almeno (per una differenza di temperatura di 10 gradi) pari a 0,41 m3/s in quanto il Datacentre è dimensionato per una potenza 5kW/Rack.

Oltre alla determinazione del tempo di raggiungimento della temperature critica dell’aria all’interno di un Rack, è di interesse il tempo in cui tutta la sala Datacentre (l’analisi quindi è sulla temperatura raggiunta dall’aria presente nella sala) raggiunge parametri microclimatici non adeguati al corretto funzionamento degli apparati installati; in questo caso la nostra attenzione si porrà sul numero dei Rack installati, al loro effettivo assorbimento e ai m3 della sala stessa, nonché agli elementi costruttivi della sala stessa. Per sale destinate a uso Datacentre in edifici già esistenti mediamente con aria in ingresso al Rack di 20°C e una densità di carico paria a 1,5 kW/m2 la temperatura critica di 40°C  è raggiunta dopo circa 20 minuti. 

Al fine di ottenere un proficuo monitoraggio ambientale ed eventuali allarmi al superamento dei set point in tempo utile è consigliabile, per gestire la criticità, l’acquisto di complementi al Rack EAE quali il modulo che misura la velocità dell’aria in uscita dalle griglie di areazione del “fronte” freddo della fila (SYSG6170) e il modulo per la misura della temperatura e umidità dell’aria (mod. SYSG6170). Per le installazioni “stand alone” in “colocation facilities” è previsto anche il modulo accessorio per la rilevazione incendi (mod. SYSGA04).

M.Sc. Federico B.Eng. Di Carlo

Uptime Institute ATD n. 1744