Módulos de Energia e Refrigeração em Contêineres para Data Centers

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1 Módulos de Energia e Refrigeração em Contêineres para Data Centers White Paper 163 Revisão 1 por Dennis Bouley e Wendy Torell > Sumário Executivo Módulos padronizados, pré-montados e integrados de alimentação e refrigeração para instalações de data centers são pelo menos 60% mais rápidos de implantar e proporcionam uma economia de custo inicial de 13% ou mais em relação à infraestrutura tradicional de alimentação e refrigeração dos data centers. Os módulos de instalações, também conhecidos no setor de data centers como plantas de alimentação e refrigeração em contêineres, permitem que os projetistas de data centers mudem sua maneira de pensar de uma mentalidade de construção personalizada para uma mentalidade padronizada de integração de local. Este white paper compara o custo de ambos os cenários, apresenta as vantagens e desvantagens de cada um, e identifica que ambientes podem aproveitar melhor a abordagem de módulo de instalações. Conteúdo clique em uma seção para ter acesso a ela Introdução 2 O custo inicial do padronizado x personalizado Outras economias de custos nos módulos de instalações Benefícios adicionais dos módulos de instalações Desvantagem do módulo de instalações Tipos de módulos de instalações Aplicações dos módulos de instalações de centros de dados Conclusão 16 Recursos 17 by Schneider Electric White Papers são parte da livraria de White papers Schneider Electric, produzidos pelo centro científico de data centers Schneider Electric DCSC@Schneider-Electric.com

2 Introdução Quando as partes interessadas dos data centers são confrontadas com o problema de implementar uma nova infraestrutura de alimentação e refrigeração em um data center (ou seja, resfriadores, bombas, CRACS e CRAHS, no-breaks, PDUs, distribuidores, transformadores, etc.), é melhor transformar uma sala existente no interior do edifício (se houver essa opção) ou construir uma extensão para abrigar mais equipamentos de alimentação e refrigeração? Ou é mais econômico e tecnicamente viável obter alimentação e a refrigeração de uma série de módulos de instalação? Os módulos de instalações são sistemas pré-projetados, pré-montados/integrados e prétestados de infraestrutura física de data centers (ou seja, alimentação e refrigeração) que são entregues como módulos "encaixáveis" padronizados para uma unidade de data center. Isso contrasta com a abordagem tradicional do aprovisionamento da infraestrutura física de um data center através de uma engenharia única e específica, e todo o trabalho de montagem, instalação e integração ocorrem no local da construção. Os benefícios dos módulos de instalações são a redução de custos, a economia de tempo, o planejamento simplificado, o aumento da confiabilidade, o aumento da agilidade, maior eficiência e um nível mais elevado de responsabilidade do fornecedor. A implementação dos módulos de instalações gera uma economia de 60% na velocidade de implementação e 13% ou mais em custos iniciais, em comparação com uma construção tradicional da mesma infraestrutura (veja as Figuras 1 e 6). A economia de custos é ainda mais dramática (30% ou mais) quando a capacidade do data center tradicional é sobredimensionada e aprovisionada antecipadamente com sistemas e controles típicos de alimentação e refrigeração. Os contêineres de transporte tradicionais de 40 pés por 8 pés (12,2 m por 2,4 m) da ISO são a forma mais reconhecível de módulo de instalação. No entanto, os módulos de instalação também podem ser construídos em uma plataforma ou entregues como edifícios modulares em vários formatos. Por isso, este artigo usará o termo módulos de instalação e não contêineres para descrever as várias soluções modulares. Este artigo proporciona aos profissionais de data centers as informações necessárias para justificar um caso de negócios de módulos de instalação de alimentação e refrigeração de data centers. O custo inicial do padronizado x personalizado Os módulos de instalação personalizados são mais rápidos e econômicos de implementar do que uma abordagem tradicional de mesma infraestrutura física por uma série de motivos. A Figura 1 compara o custo inicial dessas duas abordagens, utilizando uma estrutura idêntica de projeto e implementação, ou maçãs com maçãs. Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 2

3 Figura 1 Diferenças de custo inicial entre as abordagens tradicional e de módulo de instalação Primeira economia de custo Refrigeração: US$ 1,75/watt Energia: US$ 1,90/watt Projeto/ Instalação Hardware/ Software Refrigeração: US$ 2,00/watt Energia: US$ 2,20/watt Primeira economia de custo: 13% Instalação Projeto Hardware/ Software Módulos da instalação Instalação tradicional > Definição de Tradicional Neste artigo, a abordagem tradicional tem os mesmos componentes de infraestrutura física e o mesmo dimensionamento que os módulos de instalação de alimentação e refrigeração. A principal diferença é que a abordagem tradicional é construída em um edifício (às vezes chamado de construída na estaca ). Isso envolve engenharia personalizada e um trabalho considerável no local em comparação com os módulos padronizados pré-projetados. Os custos utilizados nesta análise representam os preços de mercado e vêm de projetos reais de empresas de engenharia/construtoras e fabricantes de componentes, além das médias do mercado e regras gerais. A análise tem por base os seguintes pressupostos: 500 kw de capacidade de alimentação e refrigeração Resfriador integrado com modo economizador Custos de mão de obra em St. Louis (EUA) em condições de parque de edifícios de escritórios em subúrbios Não há nenhuma economia em interiores e exteriores ( core & shell ) Nenhuma infraestrutura de espaço em branco está incluída (distribuição de ar, unidades de distribuição de energia, racks) Infraestrutura física idêntica nas abordagens de módulo de instalações e tradicional, a fim de assegurar uma comparação justa dos custos de materiais Os módulos de instalações de alimentação e refrigeração oferecem economias substanciais (uma diferença de US$ 3,65 contra US$ 4,20/watt de custo inicial) porque são um meio padronizado de construir e instalar a infraestrutura física de um data center. A padronização de componentes gera enormes economias de escala na produção, entrega e instalação da capacidade de alimentação e refrigeração de um data center. A abordagem tradicional, por outro lado, é altamente personalizada, e a maioria do trabalho é realizada no local. Diferentes componentes de vários fornecedores são feitos sob encomenda em uma única instalação. Como pode ser visto na Figura 1, embora o custo dos materiais ou do sistema seja mais elevado para os módulos de instalação, a economia líquida dos custos iniciais é de 13% em virtude das consideráveis economias nos custos de projeto e instalação. As seções a seguir descrevem cada categoria da Figura 1 para ilustrar por que os módulos de instalações são mais econômicos. Custos de hardware/software O custo de hardware/software inclui os equipamentos mecânicos e elétricos da infraestrutura física da sala (distribuidores, no-breaks, painéis, trocador de calor, resfriador refrigerado a ar, bombas, filtros, iluminação, segurança e extinção de incêndio), bem como Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 3

4 o gerenciamento e o sistema de controle). Esses custos do sistema são aproximadamente 40% mais elevados para os módulos de instalação devido ao custo dos materiais adicionais (tais como o revestimento do contêiner) e ao custo da montagem/integração prévia do hardware, software, e dos controles. Custos de projeto Os módulos de instalação são projetados em uma área de pesquisa e desenvolvimento, são testados e, depois, liberados para fabricação. Uma vez em produção, o projeto é carimbado e enviado ao usuário final. Na abordagem tradicional, várias partes desempenham uma função no desenvolvimento do projeto. Várias reuniões são realizadas, pois empreiteiras de eletricidade e de mecânica, projetistas, usuários finais, departamentos de instalações, departamentos de TI e executivos estão envolvidos. Os pontos do projeto são discutidos e rediscutidos, a política desempenha um papel significativo, e, muitas vezes, as decisões precisam ser tomadas em série. Os custos de projeto são de dois tipos: seleção e layout de equipamentos, e projeto/ engenharia da planta do local. No caso dos módulos de instalação, a seleção e o layout de equipamentos são realizados na fábrica (incluídos no custo do sistema), e o trabalho de projeto/engenharia da planta do local é reduzido em mais de 80% em comparação com a construção tradicional, pois o layout e o planejamento do local passa a ser muito mais simples e, geralmente, envolvem 4 cargos engenheiro estrutural, engenheiro civil, engenheiro elétrico, e uma revisão arquitetônica. Em construções tradicionais de data centers, a fase de projeto/engenharia da planta do local pode corresponder a 5% da despesa total do projeto. Os custos de instalação Os custos de instalação incluem todo o trabalho realizado em campo para montar, integrar e operacionalizar o sistema. Especificamente, isso inclui: Gestão do projeto de sistemas O custo para supervisionar o projeto é significativamente menor para uma instalação modular (aproximadamente 60%) em virtude da redução da complexidade do projeto e da existência de um único fornecedor para toda a infraestrutura física a ser gerenciada. Preparação do canteiro e gestão do projeto do canteiro Esta despesa inclui etapas como cavar valas para tubos e conduítes elétricos, terraplenagem e colocação de plataformas de concreto, e outras despesas gerais do canteiro. Esse tipo de trabalho deve ser realizado independentemente do método utilizado e, portanto, o custo é aproximadamente o mesmo. Instalação do sistema de alimentação e refrigeração A instalação física inclui a despesa de desembalagem dos componentes, levantar os estoques, dispor e montar os componentes, fazer as conexões entre os componentes e iniciar o sistema. Em instalações modulares, muitas dessas tarefas são eliminadas (o trabalho consiste apenas em colocar os módulos sobre placas de cimento, estender a fiação dos módulos até os quadros elétricos existentes no edifício, encanamento para a refrigeração e inicialização dos sistemas), gerando uma economia de custos de instalação superior a 50%. Além disso, como o trabalho de campo é mais caro e demorado do que um trabalho comparável na fábrica, os módulos de instalação proporcionam economias substanciais. Por exemplo, um trabalhador da linha de montagem na fábrica que instala um conjunto padrão pré-fabricado de fios elétricos em um módulo custa menos do que a combinação de um engenheiro elétrico e um eletricista em campo, encarregados de construir um projeto elétrico único para esse projeto em particular. Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 4

5 Outra economia de custos correlata (não levada em conta na análise da Figura 1) está associada com o transporte. É consideravelmente mais econômico despachar um módulo prémontado em comparação com o despacho de peças individuais e partes de um sistema tradicional montado em campo. Mais simples, o despacho consolidado também causa menos danos de transporte, que podem ser uma despesa a mais e causar atrasos indesejados. Instalação e programação de gerenciamento/controles Em uma instalação de data center tradicional, a instalação e programação do software de gerenciamento e do sistema de controle pode ser uma despesa significativa (US$ 0,30/watt ou mais) e inclui o custo de integrar o painel de controle/a interface do sistema de gerenciamento com a infraestrutura de alimentação e refrigeração, e o custo de ajustar os controles do sistema para atingir o desempenho desejado (ou seja, controlar pontos de ajuste de refrigeração para o número ideal de horas do modo economizador e para o consumo ideal de energia). Para muitos data centers personalizados, esse é um objetivo final nunca alcançado devido à complexidade de controlar o sistema. Para instalações modulares, essa despesa é levada principalmente à fábrica, onde a programação e otimização do software e dos controles são padronizadas para que o trabalho no canteiro seja praticamente eliminado, melhorando o desempenho operacional do data center. Operacionalização A operacionalização envolve a documentação e homologação do resultado do processo de projeto/construção do data center. As etapas detalhadas da operacionalização variam conforme o data center, mas, muitas vezes, inclui etapas como testes de garantia de fábrica, garantia e controle de qualidade, inicialização, testes funcionais e testes dos sistemas integrados. Nas instalações modulares, etapas como os testes de garantia de fábrica e de garantia da qualidade são muitas vezes considerados desnecessários, pois o sistema completo é padronizado, pré-projetado, pré-integrado e pré-testado. Isso resulta em uma economia de aproximadamente 25%. Apesar de não ser ilustrado na análise da Figura 1, outra importante vantagem de custo da abordagem de módulo de instalação é a redução ou eliminação da construção de tijolo e argamassa no canteiro para abrigar a infraestrutura física. Isso não apenas é caro (na ordem de US$ por pé quadrado, ou US$ por metro quadrado), mas também perturba as operações normais da instalação (veja a Figura 2 e a Figura 3). Figura 2 Abordagem tradicional para a expansão de um data center existente Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 5

6 Figura 3 Instalação de piso elevado para um data center de tijolo e argamassa Com módulos de instalação, o trabalho de construção é menos invasivo e menos complexo, pois não é necessário construir interiores e exteriores e a instalação em campo diminui consideravelmente. A Figura 4 ilustra um módulo de instalação sendo colocado no local sobre uma placa de cimento com um guindaste. Após a instalação, a energia elétrica é ligada ao quadro principal, ao módulo de instalação de refrigeração, e ao espaço de TI, e a tubulação de água gelada é ligada aos manipuladores de ar no espaço de TI). Figura 4 Instalação de um módulo de alimentação pré-montado e préfabricado do data center Em um cenário onde os módulos de instalação de alimentação e refrigeração devem apoiar o data center, grande parte dos custos antecipados de gestão de projeto e construção tradicionais passam do proprietário/usuário final do data center para o fornecedor da solução, como ilustra a Figura 5 (nota uma empresa de projeto e construção pode realizar todas essas tarefas no caso tradicional). O fabricante projeta e, em seguida, carimba e repete os módulos de alimentação e refrigeração do data center para vários clientes. A infraestrutura física de alimentação e refrigeração do data center passa a fazer parte da Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 6

7 cadeia de abastecimento de produção, em vez de ser uma construção personalizada no canteiro. Isso afeta consideravelmente as despesas de instalação. Numa abordagem tradicional, o proprietário/usuário final é responsável por desenvolver o projeto, montar os componentes da solução, entrar em contato com os vários fornecedores para adquirir os equipamentos, ou por contratar e gerenciar empreiteiros para a execução desse trabalho. Por outro lado, como os módulos de alimentação e refrigeração da instalação são pré-fabricados, o proprietário/usuário final evita tarefas demoradas (não é necessário procurar cada equipamento necessário, gerenciar um ou mais prazos de entrega muito poucos, se houver, nem manter contato com empreiteiros). Abordagem Tradicional Concepção Início Módulos da Instalação Concepção Figura 5 Na abordagem tradicional, o proprietário do data center é responsável por executar ou terceirizar grande parte do trabalho de planejamento e montagem da solução Projeto esquemático Desenvolvimento de projeto Documentos de construção Licitação/negociação de peças Aquisição de componentes Construção/ Operações instalação Data center Ciclo de Vida Projeto esquemático Desenvolvimento de projeto Documentos de construção Licitação/negociação de peças Aquisição de componentes Manufatura/instalação Operações Solução Fornecedor Gerenciamento Responsabilidade Data Center Proprietário Gerenciamento Responsabilidade Desativação Fim Desativação Outras economias de custos nos módulos de instalações A análise acima se concentrou no custo de capital, mas é possível economizar mais quando a despesa operacional é levada em conta. Custos de manutenção Existe potencial para reduzir os custos de manutenção dos módulos de instalações. Mesmo que, agora, a manutenção deva ser feita em um espaço mais restrito, o usuário final economizará através da contratação da manutenção dos contêineres de um único fornecedor. Ao invés de precisar assinar vários contratos com fornecedores diferentes, um único contrato pode ser redigido para suportar um ou dois módulos de instalação grandes. Nesse cenário, uma organização seria responsabilizada pelo bom funcionamento do módulo de instalação. Essa é uma abordagem simplificada, pois o proprietário do data center não precisa mais se preocupar para tentar descobrir qual organização é responsável pela resolução de um incidente. Em um data center tradicional, muitas das partes e peças (canalização, eletricidade, sistema de alimentação, sistema de refrigeração e racks) contam com o suporte de diferentes fornecedores, e a troca de acusações é uma ocorrência comum. As economias de custos também podem se estender aos upgrades de software/gerenciamento. Em vez de um código escrito sob encomenda para uma grande variedade ou produtos, os módulos de instalação de alimentação e refrigeração do data center podem pôr à disposição do cliente um único conjunto de atualizações de firmware padrão. Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 7

8 Custos de energia As salas mecânicas e elétricas tradicionais consomem mais energia do que módulos de instalações comparáveis de alimentação e refrigeração. A economia de energia ocorre principalmente porque o projeto pré-fabricado dos módulos melhora a integração dos controles do sistema de alimentação e refrigeração (essa vantagem é especialmente destacada quando se trata da coordenação dos comandos do sistema de refrigeração). Considere o exemplo dos controles de uma planta resfriadora. A programação necessária para coordenar adequadamente os resfriadores, as torres de refrigeração, as bombas e as válvulas, por exemplo, é extensa. Adicionar os modos de economia aumenta a complexidade. Na verdade, muitas vezes, os modos de economia são desativados nos projetos devido a essa complexidade, o que acaba aumentando as despesas de energia. A PUE de um módulo de instalação é previsível porque o equipamento foi amplamente pré-testado usando componentes padronizados e os controles foram coordenados com antecedência. A Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Condicionamento de Ar (ASHRAE) publica normas de Coeficiente de Desempenho (COP) para as plantas resfriadoras. Um COP mais elevado indica um desempenho geral melhor do sistema. Embora as peças individuais que compõem a planta resfriadora possam cumprir os padrões publicados, a maioria das plantas resfriadoras atinge um COP muito mais baixo. Esse é um sintoma de problemas encontrados durante a tentativa de integrar os controles dos vários componentes envolvidos. A ineficácia dos controles personalizados projetados/integrados que são implementados em campo significa, muitas vezes, um tempo consideravelmente menor de operação no modo de economia e um consumo total de energia mais elevado. A complexidade dos controles dificulta a previsão da Eficácia do Consumo de Energia (PUE) em uma configuração tradicional. Contudo, a PUE de um módulo de instalação é previsível porque o equipamento foi extensivamente pré-testado usando componentes padronizados e os controles foram coordenados com antecedência. Considere a PUE de um data center tradicional de 1 MW localizado em St. Louis, nos EUA, com 50% de carga, uma densidade média de 6 kw por rack, piso elevado, resfriadores, inversores de frequência (VFD), controle de água, e economizadores. Nesse data center, uma PUE de aproximadamente 1,75 seria normal. Configurações comparáveis em contêineres foram testadas e analisadas, sendo esperada uma PUE medida de 1,4 ou mais. Essa diferença se traduz em uma redução de 20% na conta de energia elétrica. Benefícios adicionais dos módulos de instalações Além das vantagens de custo dos módulos de instalação, os proprietários de data centers têm outras razões para se dedicar à abordagem de módulos de instalações: Eficiência previsível A abordagem de módulos de instalação permite que o consumidor especifique, e que o fabricante publique, as eficiências esperadas com base em medições reais do projeto. Essa previsibilidade é atraente para empresas dedicadas a iniciativas de eficiência energética. Portabilidade Se a portabilidade representar um valor elevado, os módulos de instalações podem ter algum sentido. Considere o exemplo de uma empresa que precisa implementar alimentação e refrigeração no data center, mas cujo contrato de aluguel vence em 18 meses. Se a locação não for renovada, ela poderá levar os investimentos realizados na infraestrutura física do data center (alimentação e refrigeração), em vez de deixá-los para trás. Outros benefícios financeiros Do ponto de vista contábil, os módulos de instalações podem ser classificados como equipamentos, em vez de serem designados como edificações. Isso provavelmente proporcionaria vantagens fiscais, de seguros e de financiamento. Obviamente, a legislação tributária, as apólices de seguro, e os contratos compra/locação variam de lugar para lugar e de região para região. Portanto, esse Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 8

9 considerável benefício potencial deve primeiro ser verificado antes de pressupor que ele se aplica às suas circunstâncias específicas. Proteção contra incertezas Os módulos de instalações são uma opção viável se houver um alto grau de incerteza em relação ao crescimento futuro. A flexibilidade de dimensionamento e rightsizing ajuda a reduzir os riscos. Velocidade de implementação Os data centers tradicionais podem consumir até dois anos do conceito à operacionalização e à entrega. Muitas vezes, a velocidade de implementação é fundamental para uma empresa. O custo de tempo é importante para as organizações que valorizam muito a entrega ágil (por exemplo, empresas que querem ser as primeiras a colocar novos produtos no mercado). Os data centers construídos com módulos de instalação podem ser implementados em menos da metade do tempo, do conceito à operacionalização (veja a Figura 6). Estimativas de Tempo para Implantação (em semanas) Projeto e Engenharia % de economia de tempo Produção Industrial 4 32 Figura 6 Comparação das estimativas de tempo de implementação (modular x tradicional) Falhas na construção Testes Fim da linha do tempo tradicional Instalação 6 Fim da linha do tempo modular 25 Comissão Modular Semanas Traditional Treinamento simplificado A abordagem de módulo de instalação permite que o treinamento do pessoal seja bastante simplificado, pois os módulos são padronizados com uma interface em nível de sistema. Isso também significa que há menos risco para a operação do data center quando ocorrerem transições de pessoal. Desvantagem do módulo de instalações Se os módulos de instalações oferecem flexibilidade, menor tempo de implementação e vantagens de custo, então porque eles não são a solução para todos? Considere alguns dos problemas que os módulos de instalação podem apresentar: Distância entre os módulos de instalações e o data center interno Nos casos em que os módulos de instalações externos de alimentação e refrigeração alimentam um data center interno, a distância é um fator importante. Se o data center interno estiver localizado ao lado de um muro perimetral externo ou de um telhado, a despesa para ligar o data center aos módulos de instalações será menor. No entanto, se o data center estiver localizado muito no interior do edifício, o custo de passar cabos e tubulações (quebrando várias paredes, pisos e/ou tetos) pode tornar-se proibitivo rapidamente. Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 9

10 Riscos Físicos Módulos de instalações podem ser expostos a elementos externos, como mau tempo, pessoas mal-intencionadas, tráfego de veículos (se forem colocados em estacionamentos), e infestações de animais/insetos. Os riscos em um determinado local devem ser avaliados antes de optar por implementar módulos de instalações. Providências para o aprovisionamento de energia e conectividade de rede Quando os módulos de instalações forem instalados, é necessário tomar providências para a distribuição de energia adicional (mais disjuntores/distribuidores) e conexões de fibra. Formato restritivo Os módulos de instalações são grandes blocos de capacidade de alimentação e refrigeração e, apesar de serem móveis, apresentam alguns problemas quando se trata de uma mudança. Os blocos são pesados, e podem ser muito pesados para serem colocados no telhado de um edifício. As dimensões de 40 pés por 8 pés (12,2 m por 2,4 m) de um contêiner de transporte típico significam que os proprietários dos data centers que passam por um crescimento podem sofrer restrições de largura, altura e comprimento, a menos que tenham espaço suficiente no chão para adicionar mais módulos de instalações. Ergonomia humana Módulos de instalações são projetados para operações remotas e são muito menos afeitos ao uso por pessoas do que os data centers tradicionais de tijolo e argamassa. O espaço interno é muito limitado (para o pessoal de manutenção, por exemplo) e o fluxo de ar é voltado para os equipamentos, não para o conforto das pessoas. Facilidade de manutenção O pessoal de serviço que trabalha em data centers tradicionais está acostumado a acessar as partes dianteira e traseira dos equipamentos em um ambiente interno protegido. Por outro lado, as portas de alguns módulos de instalações de alimentação e refrigeração estão situadas do lado de fora, e são os meios pelos quais o pessoal de serviço pode acessar a parte de trás dos equipamentos. Quando essas portas estão abertas, os equipamentos de infraestrutura física ficam expostos ao calor, à poeira, à umidade, ao frio e outros elementos externos potencialmente nocivos. Cumprimento da legislação local Como os módulos de instalações são uma nova tecnologia, os municípios talvez ainda não tenham estabelecido diretrizes de restrições aos módulos. Pode haver discrepâncias a respeito de como os diferentes municípios classificam os módulos de alimentação, refrigeração e informática. A legislação local afeta o nível de engenharia dos módulos e a personalização necessária para garantir as aprovações das Autoridades Competentes (ACs). Transporte A Administração de Segurança dos Transportes (TSA) dos EUA estipula limites de largura (11,6 pés, 3,5 metros) e de comprimento nos Estados Unidos para que as cargas em caminhões e trens possam passar por estradas com curvas, debaixo de pontes e através de túneis. Fora da América do Norte, as estradas podem ser ainda menores, restringindo ainda mais a mobilidade dos contêineres. Cargas com largura fora do padrão exigem licenças especiais e, em alguns casos, escoltas, o que aumenta o custo de transportar os módulos de instalações. A Mesa 1 resume as diferenças entre a construção de um data center tradicional e módulos de instalações, de acordo com diversos fatores. (Perceba que as células com uma marca indicam a melhor opção para cada fator.) Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 10

11 Mesa 3 Síntese da comparação das abordagens tradicionais e de módulos de instalações Fator Tempo para implementar Custo de implementação Obstáculos legais Segurança Instalação Implicações fiscais Confiabilidade Eficiência Pegada de carbono Facilidade de manutenção Construção de um data center tradicional 12 a 24 meses representa um prazo típico Alto custo inicial de capital, com trabalhos prolongados de montagem em campo, instalação e integração Aprovações exigidas por lei e específicas para as várias etapas do layout da infraestrutura. Muitas vezes, essa abordagem causa atrasos que afetam o início da construção nas etapas posteriores. O usuário final é responsável por obter as aprovações. A segurança física é reforçada quando os recursos estão localizados bem dentro do prédio, longe do perímetro exterior Do ponto de vista da infraestrutura física, uma adaptação pode ser mais complexa e mais invasiva do que construir um novo data center. Os componentes de infraestrutura precisam ser instalados individualmente, iniciados individualmente e, depois, operacionalizados. Reconhecimento como parte permanente do edifício A solução é montada no local com várias partes e peças fornecidas por diversos fornecedores. Isso aumenta a necessidade de coordenação e, portanto, cria mais oportunidades de falha humana. Muitas vezes, as estruturas existentes limitam a eficiência elétrica que pode ser alcançada através de uma distribuição otimizada de alimentação e refrigeração; muitas vezes, controles complexos configurados sob medida criam uma operação de refrigeração abaixo do ideal, reduzindo a eficiência. Materiais de construção utilizados têm alta emissão de carbono. Tijolo, isolamento e concreto são materiais que emitem muito carbono. O concreto é utilizado frequentemente para pisos, paredes e tetos. Os data centers tradicionais têm mais espaço para que o pessoal de serviço se movimente. Toda a assistência técnica é protegida contra elementos climáticos adversos. Módulo de instalação Pode ser projetado, entregue, instalado e operacionalizado no prazo de 8 meses ou menos Permite que o data center seja construído em grandes blocos de kw de capacidade pré-fabricada de alimentação e refrigeração Os proprietários de data centers que optam por instalar módulos de instalações devem consultar as autoridades locais antes da instalação. Os processos de licenciamento podem variar muito de acordo com a região geográfica. A localização de recursos de infraestrutura física fora do edifício aumenta a exposição a ameaças externas de segurança física e ameaças climáticas Equipamentos especiais (como um guindaste) são necessários para manobrar os módulos de instalações préconfigurados de 20 e 40 pés. Uma estação de ancoragem precisa ser configurada para a conexão com as tubulações e a parte elétrica do edifício. Inicialização como uma unidade integrada. Lançado como uma estrutura temporária, que pode ser mais atraente do ponto de vista fiscal (consulte o White Paper 115 da Schneider-Electric, Benefícios contábeis e fiscais de uma infraestrutura modular e portátil de data center) Um desempenho mais previsível porque os componentes são pré-conectados e são testados em fábrica antes do envio. Módulos menores reduzem os riscos de falha humana: Se ocorrer uma falha, o data center inteiro não será derrubado. Os módulos de instalações podem utilizar componentes internos modulares padronizados e podem ser especificados para uma PUE pretendida. Aço e alumínio produzem aproximadamente metade das emissões de carbono do concreto. O concreto é usado apenas para moldar uma laje de apoio. É necessário muito menos concreto para os módulos de instalações do que para um data center comparável edificado. A manutenção é mais limitada nos módulos de instalação devido às restrições de espaço. Em alguns casos, o equipamento só pode ser acessado através da abertura de uma porta pelo lado de fora, expondo os equipamentos aos elementos externos (calor, umidade, frio). Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 11

12 Tipos de módulos de instalações Alguns módulos de instalações são criados em contêineres de transporte tradicionais de 40 pés por 8 pés (12,2 m por 2,4 m) (Figura 8a), e alguns são criados como plantas préfabricadas complementares mais personalizadas ou complementos modulares aos edifícios existentes (Figura 8b). Outros, ainda, são criados e entregues como plataformas (Figura 8c). Os módulos podem ser colocados dentro de um armazém para proteção contra a chuva. Toldos semelhantes aos de tendas podem ser erguidos para proteger ainda mais os módulos, como uma capa pode proteger um carro que não está estacionado em uma garagem. Um B Figura 8a Vista exterior do módulo de instalação em trânsito Figura 8b Planta modular, instalada no telhado, entregue no canteiro em duas seções C Figura 8c No-break, bateria e distribuição de energia modulares, montados em plataforma Contêineres e plataformas ISO clássicos (transporte) Módulo de instalação para refrigeração Estas unidades abrigam resfriadores modulares refrigerados a ar, bombas com controladores de frequência variável (VFDs), um tanque de armazenamento de líquidos, software de monitoramento, sensores e câmeras de segurança física, e podem suportar uma capacidade de até 500 kw por contêiner (veja a Figura 9). Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 12

13 Resfriadores Figura 9 Ilustração do módulo de instalação para refrigeração, da Schneider Electric Painéis de energia da rede elétrica Tanque de armazenamento, Tubulação interna (embaixo) Expansão tanque Refrigeração livre módulos Separador de ar Bomba VFDs Bombas Módulo de instalação para alimentação Conforme mostrado na Figura 10, estas unidades abrigam o no-break e baterias, um transformador, distribuidor, quadros de painel, segurança física (segurança de acesso, câmeras, sensores, software de monitoramento), proteção VESDA contra incêndio, alarmes, e refrigeração de fileiras. O módulo de instalação para alimentação também dispõe de conexões para a rede elétrica, alimentação in loco, reserva de alimentação (gerador) e de dados. No break, baterias, módulos de potência Isolamento transformador Figura 10 Ilustração do interior do módulo de instalação para alimentação, da Schneider Electric Crítico painel de distribuição Principal painel de distribuição Derivação painel de distribuição Refrigeração em linha Agente de limpeza Supressão de incêndio Módulos de refrigeração indireta por evaporação Quando a ASHRAE ampliou a faixa de temperaturas recomendada de entrada dos servidores para 27 C (80,6 F), eles o fizeram com a intenção de permitir mais horas de funcionamento do economizador. Um módulo de refrigeração indireta por evaporação é projetado para ficar fora do data center e pode alternar automaticamente entre duas formas de refrigeração economizada: Troca de calor ar-ar Puxa o ar quente de TI do data center através de ventiladores eletronicamente comutados dos módulos. Então, esse ar é conduzido através de canais internos do refrigerador indireto por evaporação (IEC). Enquanto isso acontece, o ar ambiente fresco é soprado através do permutador de calor, absorvendo a energia térmica do ar da TI sem realmente misturá-lo. Depois que o ar da TI é arrefecido, ele sai do IEC e passa pela bobina evaporadora e retorna ao data center. Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 13

14 Troca de calor indireta por evaporação Quando as temperaturas ambientes não permitirem a troca de calor ar-ar, a refrigeração economizada ocorre através de refrigeração indireta por evaporação, que retira o calor do ar de IT pela evaporação da água do lado de fora dos canais do permutador de calor. A unidade evita que o ar externo entre em contato com o ar do data center, independentemente do modo de refrigeração utilizado (ar-ar ou evaporação indireta). Link para a fonte White Paper 132 Modos Econômicos dos Sistemas de Refrigeração de Data Centers Apesar os ambientes temperados consigam os ROIs mais rápidos, quase todas as regiões podem atingir algum nível de refrigeração grátis se usarem esses módulos de refrigeração. Um exemplo de um módulo de refrigeração que aplica este método de refrigeração é o EcoBreeze TM da Schneider Electric. Cada módulo tem a capacidade de arrefecer aproximadamente 50 kw e até 8 módulos de 50 kw podem ser configurados em um quadro (veja a Figura 11). O White Paper 132 da Schneider Electric, Modos de economia dos sistemas de refrigeração de Data Centers, fornece mais detalhes sobre a forma como este sistema de refrigeração se compara com outros sistemas com modos de economia. Figura 11 Ilustração do economizador no lado do ar, composto de módulos em contêineres Aplicações dos módulos de instalações de centros de dados Veja a seguir uma lista de algumas aplicações típicas de módulos de instalações: Instalações compartilhadas que procuram meios mais rápidos e baratos de passo e repetição dos sistemas de alimentação e suporte dos computadores para seus clientes Os módulos de instalações permitem o compartilhamento com uma solução para ampliação e redução econômicas em grandes componentes modulares de kw quando a demanda por seus serviços flutuar em virtude das condições de mercado. Data centers nos quais acabou a capacidade de alimentação ou refrigeração ou o espaço físico Os módulos de instalações pode podem aumentar rapidamente a capacidade de alimentação e refrigeração para que mais servidores possam ser colocados em racks existentes, aumentando a densidade por rack, o que pode, agora, ser tratado pela alimentação e refrigeração complementares. Novas instalações com limitações de tempo rigorosas O custo do tempo é importante para as organizações que valorizam muito a entrega antes do prazo (por exemplo, empresas que querem ser as primeiras a colocar um novo produto no mercado). Operadores de data centers em instalações alugadas Se uma empresa tiver um contrato de locação, talvez ela não queira colocar dinheiro em um ativo fixo que precisará deixar para trás. Se o contrato não for renovado, os módulos podem acompanhá-las fisicamente. Departamentos de TI cujo pessoal está disposto a gerenciar a alimentação e a refrigeração Não contando com os recursos sobrecarregados das instalações corporativas, Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 14

15 os departamentos podem usar módulos de instalações para controlar seu próprio abastecimento de água gelada. Instalações de data center sobrecarregados com infraestrutura existente caracterizada por uma baixa PUE Essas instalações só podem ser ligeiramente melhoradas dentro das limitações da sua planta física existente. Adicionar módulos de instalação é uma alternativa para ajudar a resolver problemas inerentes ao projeto ineficientes de data center que eles podem ter herdado. Uma organização com espaço vago Por exemplo, o espaço de um armazém vazio pode ser preenchido com uma série de módulos pré-embalados. Eles aproveitam o espaço e evitam os atrasos e os custos da construção de uma nova ala de tijolo e argamassa. Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 15

16 Conclusão A introdução dos módulos de instalações de alimentação e refrigeração é uma alternativa à tradicional abordagem de setor artisanal de projetar e construir data centers. Novas realidades econômicas impossibilitam suportar o peso dos elevados custos iniciais e os longos prazos de para a construção de um data center tradicional. A disponibilidade de módulos de instalação pré-fabricados permite que o ciclo de planejamento passe de um foco de construção no local para a integração no local de componentes pré-fabricados e prétestados de alimentação e refrigeração. O resultado dessa alteração de foco é um custo mais baixo e uma solução entregue mais rapidamente. As aplicações ideais para os módulos de instalações são as seguintes: 1. Um novo data center que busca meios mais rápidos e mais baratos de passo e repetição de sistemas de alimentação e apoio de computadores (especialmente quando o crescimento da carga é incerto). 2. Uma organização com espaço vazio (por exemplo, espaço de armazém) que pode ser aproveitado para um novo data center implementado rapidamente, sem a despesa da construção tradicional com tijolo e argamassa. 3. Data centers existentes com limitações de espaço e capacidade de alimentação/refrigeração. Módulos de instalações podem alimentar e resfriar salas de TI de data centers tradicionais que não têm mais capacidade de alimentação e refrigeração. Eles podem também ser utilizados para alimentar e refrigerar módulos de TI (contêineres de equipamentos de TI). Entre as empresas de ponta, ocorrerá uma migração do tijolo e argamassa para parques de módulos de instalações. Os modelos de negócios de computação na nuvem também acelerarão a implementação do aprovisionamento ágil de módulos de instalações. Sobre os autores Dennis Bouley é Analista Sênior de Pesquisa do Centro de Ciência de Data Centers da Schneider Electric. Ele é bacharel em Jornalismo e Língua Francesa pela Universidade de Rhode Island e detém o Certificat Annuel da Sorbonne em Paris, França. Ele já publicou vários artigos em periódicos internacionais voltados aos ambientes e às infraestruturas físicas de TI, além de ter escrito vários white papers para o The Green Grid. Wendy Torell é Analista Sênior de Pesquisa do Centro de Ciência de Data Centers da Schneider Electric. Ela dialoga com os clientes sobre a disponibilidade de abordagens científicas e práticas de projeto para aumentar a disponibilidade de seus ambientes de data center. Ela obteve seu Bacharelado em Engenharia Mecânica pelo Union College em Schenectady, NY, e seu MBA pela Universidade de Rhode Island. Wendy é Engenheira de Confiabilidade Certificada da ASQ. Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 16

17 Recursos Clique no ícone para linkar a pesquisa Benefícios contábeis e fiscais de uma infraestrutura modular e portátil de data centers White paper 115 Modos Econômicos dos Sistemas de Refrigeração de Data Centers White paper 132 Projetos de data centers: Modelo de crescimento White paper 143 Explore todos os White Papers whitepapers.apc.com Calculadora de custos de capital do data center TradeOff Tool 4 Calculadora para planejamento de projeto do data center TradeOff Tool 8 Explore todas as ferramentas TradeOff tools.apc.com Entre em contato Para incluir comentários sobre o conteúdo deste White Paper: Data Center Science Center DCSC@Schneider-Electric.com Se você é cliente e tem perguntas relacionadas especificamente com o data center que está projetando: Entre em contato com seu representante de Schneider Electric Schneider Electric Centro Científico de Data Centers White Paper 163 Rev 1 17