🌡️Temperatura em Data Center: por que mais frio nem sempre significa melhor?

Quando pensamos em um Data Center, é comum imaginar um ambiente extremamente frio, com equipamentos trabalhando continuamente sob forte refrigeração.

Durante muitos anos, essa imagem acabou criando a impressão de que quanto menor a temperatura, maior seria a proteção dos servidores.

Mas, na prática, não funciona exatamente assim.

Um ambiente de Data Center precisa ser controlado, e não simplesmente gelado.

Temperatura, umidade, circulação de ar e carga térmica precisam trabalhar em conjunto para manter servidores, switches, storages e demais equipamentos dentro das condições adequadas de operação.

É justamente nesse ponto que entram as recomendações da ASHRAE TC 9.9, uma das principais referências técnicas internacionais para ambientes de Data Center.

O que a ASHRAE recomenda para Data Centers?

A ASHRAE — American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers — mantém um comitê técnico específico para ambientes de processamento de dados, conhecido como TC 9.9.

Esse grupo desenvolve diretrizes relacionadas a:

• temperatura;
• umidade;
• fluxo de ar;
• refrigeração;
• densidade térmica;
• confiabilidade dos equipamentos;
• eficiência energética.

Para equipamentos de TI refrigerados a ar das classes tradicionais A1 a A4, a ASHRAE estabelece um intervalo recomendado de 18°C a 27°C na entrada de ar dos equipamentos.

Esse detalhe é importante.

A referência não é simplesmente a temperatura média da sala, mas a temperatura do ar que efetivamente chega aos servidores.

Na CDZNET, os equipamentos de refrigeração são configurados para operar dentro de uma faixa específica entre 23°C e 27°C, mantendo o ambiente dentro dos parâmetros recomendados para esse tipo de infraestrutura.

Por que não manter o Data Center o mais frio possível?

À primeira vista, pode parecer que manter um ambiente a 15°C, 16°C ou 18°C seria sempre melhor para os equipamentos.

Porém, temperaturas muito baixas podem trazer outros desafios.

O primeiro deles é o consumo energético.

Quanto maior a diferença entre a temperatura desejada dentro do Data Center e a temperatura externa, maior tende a ser o trabalho exigido do sistema de climatização.

Em um país de clima predominantemente tropical como o Brasil, essa diferença pode ser significativa.

Além disso, existe outro fator importante:

a umidade do ar.

E é nesse ponto que a análise deixa de ser apenas uma questão de temperatura.

Temperatura e umidade precisam ser analisadas juntas

A capacidade do ar de conter vapor de água varia de acordo com a temperatura.

De maneira simplificada, quanto mais quente o ar, maior pode ser a quantidade de vapor de água presente nele.

Quando esse ar úmido entra em contato com uma superfície suficientemente fria, pode ocorrer condensação.

É o mesmo princípio observado quando retiramos uma garrafa muito gelada de uma geladeira em um dia quente e úmido.

Pouco tempo depois, pequenas gotas começam a surgir na superfície.

A água não saiu de dentro da garrafa.

Ela veio da umidade presente no próprio ar.

Em um Data Center, naturalmente, queremos evitar que fenômenos semelhantes ocorram próximos a equipamentos eletrônicos.

O que é ponto de orvalho?

Para entender melhor esse fenômeno, existe um conceito chamado ponto de orvalho, ou dew point.

O ponto de orvalho representa a temperatura na qual o vapor de água presente no ar começa a se transformar em água líquida.

Se uma determinada superfície estiver abaixo desse ponto, existe possibilidade de condensação.

Por exemplo:

Imagine um ambiente externo quente e úmido, algo comum no clima brasileiro.

Se esse ar entrar em contato com uma superfície metálica muito fria, sua temperatura próxima à superfície pode cair abaixo do ponto de orvalho.

Nesse momento, a umidade pode condensar sobre o metal.

Portanto, do ponto de vista de engenharia, não basta simplesmente reduzir a temperatura.

É necessário controlar a relação entre:

temperatura do ar + umidade relativa + ponto de orvalho + temperatura das superfícies.

Por que isso merece atenção especial em clima tropical?

Regiões tropicais apresentam frequentemente temperaturas elevadas associadas a altos níveis de umidade.

Isso significa que o ar externo pode conter uma quantidade significativa de vapor de água.

Quanto maior a diferença entre esse ar e superfícies muito frias dentro da infraestrutura, maior pode ser o risco de se atingir condições favoráveis à condensação.

Por isso, manter um Data Center excessivamente frio não representa automaticamente uma condição operacional melhor.

Uma operação térmica adequada procura evitar os dois extremos:

temperaturas elevadas demais, que podem reduzir a margem térmica dos equipamentos;

temperaturas desnecessariamente baixas, que aumentam o consumo energético e podem exigir maior controle das condições de umidade e condensação.

Na CDZNET, a operação é realizada dentro de uma faixa definida

A estratégia de climatização da CDZNET não trabalha com uma temperatura única.

Os equipamentos são configurados para atuar dentro de uma faixa operacional entre 23°C e 27°C.

Essa distinção é importante.

Não estamos falando em uma temperatura “aproximada” ou simplesmente em manter a sala em determinado número.

Existe uma faixa específica de operação, permitindo que o sistema de refrigeração responda às variações de carga térmica do ambiente.

A quantidade de calor produzida em um Data Center não é constante.

Ela pode variar conforme:

• utilização dos processadores;
• quantidade de servidores ligados;
• densidade de equipamentos nos racks;
• consumo energético;
• fluxo de dados;
• velocidade dos ventiladores internos;
• condições externas.

Por isso, o sistema de climatização precisa responder dinamicamente às condições reais da infraestrutura.

Temperatura da sala não é a mesma coisa que temperatura do servidor

Outro conceito importante é a diferença entre a temperatura ambiente e a temperatura de entrada do equipamento.

Servidores normalmente captam o ar pela parte frontal e expulsam o ar aquecido pela parte traseira.

Durante esse processo, existe uma elevação significativa de temperatura.

Por exemplo, o ar pode chegar ao servidor a 24°C e sair consideravelmente mais quente após absorver a energia térmica produzida pelos componentes internos.

Se esse ar quente retornar para a entrada dos equipamentos, ocorre o fenômeno conhecido como recirculação térmica.

Isso pode criar os chamados hotspots, ou pontos quentes localizados.

Nesse cenário, a temperatura média da sala pode estar perfeitamente dentro do esperado, enquanto um equipamento específico recebe ar em temperatura superior ao desejado.

É por isso que projetos de climatização para Data Centers precisam considerar também:

• posicionamento dos racks;
• fluxo de ar;
• retorno do ar quente;
• insuflamento de ar frio;
• distribuição da carga térmica;
• obstáculos físicos;
• densidade de potência por rack.

O objetivo é controlar a temperatura na entrada dos equipamentos

Quando a ASHRAE estabelece suas recomendações, o principal ponto de referência é o ar disponível para resfriamento na entrada dos equipamentos de TI.

Essa metodologia é mais adequada do que simplesmente medir a temperatura em qualquer ponto do ambiente.

Imagine dois sensores.

Um deles está instalado em uma parede distante dos racks e registra 24°C.

Outro está instalado diretamente na parte frontal de um rack de alta densidade e registra 27°C.

Para o servidor, o segundo valor é muito mais relevante.

Por isso, uma infraestrutura bem gerenciada precisa observar não apenas o controle da climatização, mas também o comportamento térmico do ambiente como um todo.

A faixa recomendada e a faixa permissível são coisas diferentes

As diretrizes da ASHRAE trabalham com dois conceitos importantes:

Recommended — Recomendado

Allowable — Permissível

Envelopes térmicos ASHRAE TC 9.9. Fonte: Electronics Cooling

O envelope recomendado representa as condições consideradas mais adequadas para operação contínua, levando em consideração confiabilidade, eficiência e vida útil dos equipamentos.

Já o envelope permissível representa condições em que determinados equipamentos podem continuar funcionando, desde que sejam homologados para aquela classe.

Por exemplo, algumas classes ASHRAE permitem temperaturas significativamente superiores a 27°C.

Isso não significa, porém, que essas temperaturas devam ser utilizadas como condição normal de operação.

Existe uma diferença importante entre:

“o equipamento consegue operar nessa condição”

“essa é a condição preferencial para operação contínua”.

Na CDZNET, a estratégia é permanecer dentro do envelope recomendado, trabalhando entre 23°C e 27°C.

Por que 27°C não deve ser analisado isoladamente?

Os 27°C representam o limite superior da faixa recomendada para diversas classes de equipamentos refrigerados a ar.

Porém, trabalhar com esse valor exige observar outros fatores.

Entre eles:

• temperatura real na entrada dos racks;
• umidade relativa;
• ponto de orvalho;
• distribuição do fluxo de ar;
• diferença de temperatura entre entrada e saída;
• densidade térmica;
• possíveis hotspots.

Isso significa que um setpoint de climatização não deve ser confundido automaticamente com a temperatura experimentada por todos os servidores.

O comportamento térmico de um Data Center é resultado da interação entre diversos sistemas.

O efeito da temperatura na eficiência energética

Existe ainda uma consequência direta sobre o consumo de energia.

Todo calor gerado pelos servidores precisa ser removido do ambiente.

Esse processo exige energia elétrica para ventiladores, compressores, bombas e demais componentes do sistema de refrigeração.

Quanto mais baixa for a temperatura exigida, maior pode ser o esforço necessário do sistema para mantê-la.

Por isso, a ASHRAE ampliou ao longo dos anos as possibilidades de operação dos equipamentos de TI, permitindo que projetos modernos trabalhem com temperaturas mais elevadas sem necessariamente comprometer sua operação.

Essa mudança também contribui para melhorar um dos principais indicadores utilizados em Data Centers:

PUE – Power Usage Effectiveness.

O que é PUE?

O PUE compara a energia total consumida pelo Data Center com a energia efetivamente utilizada pelos equipamentos de tecnologia.

Sua fórmula básica é:

PUE = Energia total do Data Center ÷ Energia consumida pelos equipamentos de TI

Em um cenário hipotético:

Se os equipamentos de TI consomem 100 kW e toda a infraestrutura consome 140 kW, temos:

PUE = 1,40

Os 40 kW adicionais incluem climatização, perdas elétricas e outros sistemas auxiliares.

Quanto menor for o consumo necessário para sustentar os equipamentos de TI, melhor tende a ser a eficiência global da infraestrutura.

Nesse contexto, refrigerar o ambiente muito além do necessário pode aumentar o PUE sem proporcionar ganho equivalente de confiabilidade.

Climatização de Data Center é engenharia, não apenas ar-condicionado

Existe uma diferença importante entre climatizar um escritório e climatizar um ambiente de missão crítica.

Em um escritório, o sistema é projetado principalmente para proporcionar conforto térmico às pessoas.

Em um Data Center, a prioridade é diferente.

O projeto precisa remover continuamente a carga térmica produzida pelos equipamentos eletrônicos, 24 horas por dia.

Por isso, precisam ser analisados fatores como:

• calor sensível;
• capacidade de refrigeração;
• vazão de ar;
• pressão;
• distribuição térmica;
• redundância;
• temperatura de insuflamento;
• temperatura de retorno;
• umidade relativa;
• ponto de orvalho;
• densidade de potência;
• comportamento térmico dos racks.

Pequenas alterações nesses parâmetros podem provocar efeitos importantes no desempenho global da infraestrutura.

Operar dentro da faixa correta é mais importante do que operar no ambiente mais frio

O objetivo de uma infraestrutura de Data Center não deve ser simplesmente apresentar a menor temperatura possível.

O objetivo é manter condições ambientais estáveis, monitoradas e tecnicamente adequadas.

Na CDZNET, a faixa de operação entre 23°C e 27°C foi definida justamente dentro dessa lógica.

Ela permanece dentro do envelope térmico recomendado pela ASHRAE para equipamentos de TI refrigerados a ar e, ao mesmo tempo, evita a necessidade de trabalhar com temperaturas excessivamente baixas.

Essa abordagem busca equilibrar:

confiabilidade dos equipamentos, controle da umidade, eficiência energética e estabilidade térmica.

Conclusão técnica

A gestão térmica de um Data Center deve ser analisada como um sistema completo.

Temperatura isoladamente não determina a qualidade de uma operação.

É necessário considerar simultaneamente:

temperatura de bulbo seco, umidade relativa, ponto de orvalho, fluxo de ar, densidade térmica e temperatura de entrada dos equipamentos.

A condensação ocorre quando uma superfície atinge temperatura inferior ao ponto de orvalho do ar em contato com ela.

Por esse motivo, especialmente em regiões quentes e úmidas, reduzir excessivamente a temperatura de componentes e superfícies pode exigir controles adicionais para evitar condições favoráveis à condensação.

Ao mesmo tempo, operar próximo ao limite superior recomendado exige controle de airflow e monitoramento adequado para evitar hotspots.

O equilíbrio entre esses fatores é o que permite manter equipamentos de TI dentro de condições adequadas de operação.

Na CDZNET, os sistemas de climatização trabalham dentro de uma faixa específica de 23°C a 27°C, alinhada ao envelope recomendado pela ASHRAE TC 9.9 para equipamentos tradicionais refrigerados a ar.

Mais do que simplesmente manter um ambiente frio, o objetivo é manter um ambiente termicamente controlado, estável e tecnicamente adequado para operação contínua de infraestrutura de TI.

Este conteúdo foi produzido por Marcelo De Zan e Rodrigo Femini, do time comercial da CDZNET.