Progettazione di data center: sistemi di alimentazione, raffreddamento e trasformatori

Progettazione di centri datiimplica molto di più che organizzare server e apparecchiature di rete. Una struttura affidabile necessita di un sistema elettrico attentamente pianificato, di un raffreddamento efficace, di una protezione antincendio, di sicurezza fisica e di una flessibilità sufficiente per supportare l’espansione futura. Poiché il cloud computing, le applicazioni di intelligenza artificiale e il calcolo ad alte prestazioni continuano a crescere, la capacità di alimentazione e l’efficienza energetica sono diventate particolarmente importanti.

Per gli sviluppatori di data center e i team di ingegneri, ottenere la progettazione fin dall'inizio può aiutare a ridurre i costi operativi, migliorare l'affidabilità ed evitare costose modifiche successive.

La progettazione del data center è il processo di pianificazione dell'infrastruttura fisica e dei sistemi tecnici necessari per il funzionamento sicuro e continuo delle apparecchiature IT. Copre la disposizione dell'edificio, l'alimentazione, il raffreddamento, la connettività di rete, il monitoraggio e la ridondanza.

Infrastruttura elettricamerita un'attenzione speciale perché anche una breve interruzione dell'alimentazione può influire su server, sistemi di storage e applicazioni business-critical. Un data center ben progettato considera quindi non solo le normali condizioni operative ma anche i guasti delle apparecchiature, i requisiti di manutenzione e i cambiamenti nei carichi di lavoro futuri.

Le considerazioni chiave sulla progettazione includono l'energia elettrica disponibile, il carico IT totale, la domanda di raffreddamento, i requisiti di ridondanza, l'efficienza energetica e gli standard elettrici locali applicabili.

Progettazione elettrica e distribuzione dell'energia

Un sistema elettrico affidabile è il fondamento della progettazione del data center. L'architettura di alimentazione dovrebbe fornire elettricità stabile dalla connessione alla rete elettrica ai singoli carichi IT, consentendo al contempo alle apparecchiature critiche di rimanere operative durante la manutenzione o guasti ad apparecchiature selezionate.

Un tipico percorso di distribuzione dell'energia può includere:

Rete pubblica → Quadri di media tensione → Trasformatore di potenza → Quadri di bassa tensione →UPS → Unità di distribuzione dell'energia (PDU)→ Rack di server

La configurazione effettiva dipende dai livelli di tensione, dalla capacità, dalla strategia di backup e dai requisiti locali della struttura. Alcune strutture di grandi dimensioni utilizzano anche generatori in loco, sistemi di accumulo di energia o fonti di energia alternative.

Gli ingegneri dovrebbero calcolare il carico IT previsto e tenere conto delle apparecchiature di raffreddamento, dell'illuminazione, dei sistemi ausiliari e di altri servizi dell'edificio.

Margini di capacità adeguati sono importanti, ma il sovradimensionamento di ogni componente può aumentare i costi iniziali e ridurre l’efficienza quando le apparecchiature funzionano a basso carico.

Scegliere il trasformatore giusto per un Data Center

I trasformatori sono essenziali per l'infrastruttura di alimentazione del data center perché adattano le tensioni di rete o di distribuzione ai livelli richiesti dalle apparecchiature elettriche a valle.

Il trasformatore giusto dipende dalla tensione in ingresso, dalla capacità richiesta, dall'ambiente di installazione, dagli obiettivi di efficienza e dalla strategia di affidabilità della struttura.

Trasformatori a secco

Un trasformatore di tipo a secco viene spesso preso in considerazione per sale elettriche interne, edifici commerciali e strutture in cui evitare l'isolamento dai liquidi è una priorità. I trasformatori in resina colata sono un'opzione comune per le installazioni che richiedono un isolamento solido e una ridotta manutenzione ordinaria relativa ai liquidi.

Quando si seleziona un trasformatore a secco, gli ingegneri devono valutare la capacità nominale, la classe di isolamento, l'aumento di temperatura, il metodo di raffreddamento, la protezione dell'involucro, il rumore e i requisiti di ventilazione.

Trasformatori in olio

I trasformatori immersi in olio sono ampiamente utilizzati nelle sottostazioni dei servizi pubblici e nei sistemi di distribuzione dell'energia esterna. Le loro prestazioni termiche e le opzioni di capacità possono renderli adatti a requisiti di potenza più elevati, a seconda della progettazione.

La pianificazione dell'installazione dovrebbe riguardare la protezione antincendio, il contenimento dei liquidi ove richiesto, le normative ambientali, le distanze e l'accesso per la manutenzione.

Trasformatori di media tensione e di potenza

I trasformatori di media tensione collegano la fornitura di distribuzione in entrata all'infrastruttura elettrica della struttura. Campus più grandi e data center di grandi dimensioni possono richiedere più trasformatori o sottostazioni dedicate per supportare un'elevata domanda di energia e la resilienza operativa.

La capacità del trasformatore dovrebbe essere selezionata da uno studio dettagliato del carico piuttosto che dai soli valori indicati sulla targa IT. Gli ingegneri dovrebbero inoltre valutare il carico armonico, la corrente di spunto, la regolazione della tensione, l'impedenza, la capacità di resistenza ai cortocircuiti e la compatibilità con i sistemi UPS.

Progettazione del sistema di raffreddamento ed efficienza energetica

Il raffreddamento è un'altra parte importante della progettazione di un data center. Server, sistemi di storage, dispositivi elettronici di potenza e altre apparecchiature generano calore continuamente e una rimozione inadeguata del calore può influire sulle prestazioni e sulla durata delle apparecchiature.

Le strutture tradizionali possono utilizzare sistemi di climatizzazione della sala computer (CRAC) o di trattamento dell'aria della sala computer (CRAH). Gli ambienti ad alta densità prendono sempre più in considerazione il contenimento del corridoio caldo e del corridoio freddo, il raffreddamento in fila o il raffreddamento a liquido diretto su chip.

Anche i locali dei trasformatori e dei quadri necessitano di un'adeguata ventilazione e controllo della temperatura. Le apparecchiature elettriche devono essere installate secondo i requisiti termici e ambientali del produttore, con spazio sufficiente per la manutenzione.

L’efficienza energetica dovrebbe essere valutata in tutta la struttura. L'efficacia dell'utilizzo energetico (PUE) è una metrica comunemente utilizzata, calcolata dividendo il consumo energetico totale del data center per il consumo energetico delle apparecchiature IT. Un PUE inferiore generalmente indica una migliore efficienza complessiva dell'infrastruttura, sebbene non misuri ogni aspetto delle prestazioni della struttura.

Ridondanza e affidabilità nella progettazione di data center

I data center devono essere progettati tenendo conto delle conseguenze dei guasti delle apparecchiature e della manutenzione pianificata. La ridondanza aiuta a ridurre il rischio di interruzioni del servizio, ma il livello appropriato dipende dai requisiti aziendali e dal budget.

Le configurazioni comuni includono N, N+1, 2N e 2N+1. In generale, N rappresenta la capacità richiesta per supportare il carico previsto; N+1 aggiunge un componente ridondante, mentre 2N fornisce due percorsi di capacità di dimensioni indipendenti.

La ridondanza può essere applicata a trasformatori, quadri elettrici, moduli UPS, generatori, apparecchiature di raffreddamento e percorsi di distribuzione. Tuttavia, l'installazione di apparecchiature duplicate non elimina automaticamente ogni singolo punto di guasto. Anche il coordinamento della protezione, i sistemi di controllo, le procedure di manutenzione e la separazione fisica sono importanti.

I team di progettazione dovrebbero condurre analisi delle modalità di guasto e verificare come si comporta la struttura quando singoli componenti o percorsi di alimentazione diventano non disponibili.

Pianificazione per data center AI e ad alta densità

La formazione basata sull'intelligenza artificiale e l'elaborazione ad alte prestazioni stanno cambiando i requisiti per la progettazione dei data center. La densità di potenza dei rack può essere sostanzialmente più elevata rispetto agli ambienti aziendali convenzionali, aumentando le esigenze di trasformatori, sistemi UPS, busway, PDU e infrastrutture di raffreddamento.

I progettisti dovrebbero valutare le densità attuali dei rack nonché i requisiti futuri realistici. Ciò include la valutazione del carico del trasformatore, delle correnti armoniche, della distribuzione del raffreddamento, del carico sul pavimento, del percorso dei cavi e dello spazio disponibile per le apparecchiature elettriche.

Le sale elettriche modulari e l'espansione graduale della capacità possono aiutare le strutture ad aggiungere energia man mano che la domanda cresce. Allo stesso tempo, la progettazione deve mantenere distanze di lavoro sicure e garantire che nuove attrezzature possano essere integrate senza compromettere le operazioni esistenti.

Lista di controllo per la progettazione del Data Center

Prima di finalizzare la progettazione di un data center, il team di progetto dovrebbe esaminare le seguenti aree:

Il progetto finale deve essere convalidato da ingegneri elettrici e meccanici qualificati rispetto alle condizioni effettive del sito e alle normative applicabili.

Collaborare con un produttore affidabile di trasformatori per data center

La scelta del trasformatore dovrebbe avvenire nelle prime fasi del processo di progettazione, non solo prima dell’acquisto delle apparecchiature. Il coordinamento tempestivo aiuta ad allineare le caratteristiche elettriche, le dimensioni, le modalità di connessione, i requisiti di protezione, i programmi di consegna e le condizioni di installazione.

Jiangsu Yawei trasformatore Co., Ltd.fondata nel 1993, produce soluzioni di trasformatori per la distribuzione di energia e applicazioni industriali. Con oltre 30 anni di esperienza nella produzione, Yawei è in grado di supportare discussioni di progetti che coinvolgono trasformatori a secco, trasformatori immersi in olio e requisiti elettrici personalizzati.

Per i progetti di data center, quando si richiede un preventivo, i team di approvvigionamento devono fornire la capacità nominale, le tensioni primarie e secondarie, la frequenza, l'impedenza, il gruppo di vettori, i requisiti di raffreddamento, l'ambiente di installazione, gli standard applicabili e il programma di consegna previsto.

Un trasformatore adeguatamente specificato, integrato in un sistema elettrico ben progettato, può contribuire a creare una base affidabile per le operazioni dei moderni data center.

Conclusione

Una progettazione efficace del data center richiede una pianificazione coordinata dell'infrastruttura elettrica, del raffreddamento, della ridondanza, della sicurezza e della capacità futura.

I trasformatori sono una parte particolarmente importante di questo processo perché le loro prestazioni e configurazione influenzano la distribuzione dell'energia, i requisiti di installazione e i costi operativi a lungo termine.

Valutando il carico elettrico completo, selezionando la tecnologia del trasformatore adatta e pianificando la manutenzione e l'espansione, i team di progetto possono costruire data center più affidabili, efficienti e pronti a soddisfare le mutevoli esigenze informatiche.

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