Como o Ar é Gerenciado no Sistema Localizado Abaixo do Piso Elevado de um Edifício

Como o Plenum Sob o Piso Funciona como uma Câmara de Ar Pressurizada

O sistema de gerenciamento de ar em plenums sob o piso elevado utiliza o espaço localizado abaixo dos painéis do piso elevado como uma espécie de câmara de pressão para o fluxo de ar. Quando o ar é condicionado nas unidades CRAC, ele circula pela área de forma a criar um estado de equilíbrio de pressão com o ar presente na câmara. Devido à disposição dos plenums sob o piso elevado, o sistema evita a formação de pontos quentes de temperatura no ambiente, direcionando o ar condicionado para a localização desejada por meio de placas perfuradas estrategicamente posicionadas. O sistema é projetado com uma faixa ótima de pressão e sem variações significativas no fluxo de ar, alcançando o melhor desempenho possível no resfriamento e proporcionando um ambiente estável para a gestão de TI.

Física e Desempenho: Entrega por Diferencial de Pressão às Entradas dos Servidores

O resfriamento direcionado funciona com base no princípio da variação de pressão dentro do plenum e na entrada de ar do servidor. Esse princípio fundamenta-se em um conceito quase desconhecido da física, denominado princípio de Bernoulli. Quando se cria uma pressão no plenum, o ar é canalizado para onde há menor pressão: as entradas de ar dos servidores. No nosso caso, a velocidade do fluxo de ar aumentou em 25% em comparação com os antigos sistemas de refrigeração por cima. O desafio consiste em posicionar corretamente as placas no piso do data center para aproveitar as variações de pressão. Data centers com uma diferença de pressão de 0,05 polegada de coluna d’água no plenum apresentam, em média, uma redução de 4 graus Celsius nas temperaturas de entrada dos servidores. Essa constatação baseia-se em uma pesquisa realizada pelo Uptime Institute em 2022.

Nossos pisos elevados com ganhos quantificáveis na eficiência do resfriamento por fluxo de ar apresentam um exemplo mensurável de diferença de temperatura de 4,3 °C, correspondente ao posicionamento estratégico de uma placa perfurada.

O controle da temperatura do ar que os servidores estão ingerindo é aprimorado com o posicionamento otimizado das placas perfuradas. Especificamente, quando o layout das placas corresponde aos pontos quentes dos racks de servidores, o ar frio pode ser direcionado sem obstruções às entradas dos servidores, evitando seu desperdício em uma recirculação de ar exaurido. Conseguimos obter resultados significativos com essa abordagem, pois as diferenças de temperatura entre a entrada e a saída dos servidores foram medidas em 4,3 °C mais baixas. Essa melhoria nas diferenças de temperatura é absolutamente crítica para manter a integridade do resfriamento, à medida que as configurações de TI da empresa continuam a evoluir.

Otimização Baseada em CFD: Modelagem em Tempo Real do Fluxo de Ar para Redução do PUE

A utilização de modelagem por Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) mostra exatamente onde o calor está se acumulando de forma ineficiente e ilustra como realizar ajustes em aspectos como o número de perfurações nos pisos elevados, o posicionamento desses pisos e o alinhamento das unidades de refrigeração. Uma pesquisa realizada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley em 2024 afirma que as classificações PUE diminuem cerca de 0,15 com este método, em comparação com a utilização de métodos baseados em suposições. Esse valor pode não parecer uma mudança significativa, mas os custos com refrigeração associados a essa redução caem aproximadamente entre 18% e 30%. O verdadeiro valor reside em sistemas que monitoram continuamente e controlam ativamente os volumes de fluxo de ar para adequá-los às demandas dos servidores. Isso elimina pontos quentes que danificam os equipamentos e impede que o ar quente contorne as áreas-alvo recém-refrigeradas.

Eliminação de Pontos Quentes por meio da Uniformidade na Distribuição de Ar

Os sistemas de fluxo de ar de refrigeração para pisos elevados eliminam com sucesso os pontos quentes térmicos, não por meio de refrigeração excessiva, mas por meio de uma distribuição uniforme e direcionada. Quando corretamente projetados e implementados, esses sistemas impedem que o ar frio sofra curto-circuito e que o ar quente seja reutilizado, resolvendo, por fim, os pontos quentes que excedem os limites térmicos da ASHRAE em até 13,66.

Superando a estratificação térmica por meio de um fluxo de ar constante sob o piso

A estratificação térmica é um fenômeno causado pela subida do ar de exaustão quente, resultando numa mistura inadequada do ar de suprimento. O movimento do ar sob o piso, a uma velocidade de aproximadamente 2,5 metros por segundo ou superior, ajuda a romper as camadas térmicas. Várias medidas complementares são necessárias para romper essas camadas. Uma delas é a vedação das passagens de cabos. Além disso, preencher os espaços vazios nas racks de servidores com painéis cegos é uma medida fundamental. Essas ações garantem que o ar frio seja fornecido exclusivamente através das placas perfuradas, conforme projetado.

Fluxo de Ar Gerenciado Centralmente: Alinhando a Saída dos CRAC com o Layout dos Ladrilhos

O fluxo de ar de desvio pode reduzir a capacidade de refrigeração de um data center em 25–40%. Isso ocorre porque as unidades CRAC reduzem o fluxo de ar para o ar condicionado que não atingiu os servidores. A dinâmica computacional de fluidos demonstrou que esse problema pode ser resolvido com uma configuração distinta da porosidade dos ladrilhos, correspondente às zonas de temperatura do rack. Ladrilhos com porosidade superior a 56% tendem a perder ar para os racks mais densos. Além disso, a direção do fluxo de ar das unidades CRAC deve estar alinhada com a disposição dos ladrilhos em toda a sala. Isso maximiza as diferenças de pressão no sistema, fator determinante para a eficiência do sistema de refrigeração.

Estratégias Coerentes para Gerenciamento de Fluxo de Ar em Ambientes com Piso Elevado

Os pisos elevados fornecem a infraestrutura para a maioria dos sistemas de refrigeração, mas complementam verdadeiramente o sistema quando combinados com boas estratégias de gerenciamento do fluxo de ar. As configurações em corredores quentes/corredores frios impedem a mistura do ar de retorno aquecido com o ar de alimentação entrante. Isso permite uma melhor consistência térmica ao longo de todo o corredor. A utilização adequada de painéis cegos, juntamente com a vedação de sistemas de gerenciamento de cabos, possibilita um melhor controle de pressão no plenum, reduzindo o desperdício de energia em aproximadamente 30%. O uso inovador de placas, baseado nas condições atuais medidas por mapas térmicos e modelagem computacional, resulta em uma resposta mais eficaz às alterações do sistema.
A combinação dessas técnicas resultará em uma redução da métrica de eficiência no uso de energia (PUE) em aproximadamente 0,15–0,3 ponto, representando uma melhoria real na eficiência e confiabilidade dos sistemas de refrigeração e do ambiente controlado.

Seção de Perguntas Frequentes

O que é um piso elevado?
Um piso elevado é uma estrutura de piso elevada que utiliza o espaço abaixo dele para cabos, sistemas de climatização (HVAC) e outras infraestruturas.

Como um plenum sob o piso auxilia no resfriamento?
Um plenum sob o piso é uma câmara de ar pressurizada que facilita a distribuição uniforme de ar condicionado, minimizando pontos quentes e adaptando-se às necessidades de resfriamento.
Quais são os benefícios do uso de placas perfuradas em pisos elevados?
As placas perfuradas melhoram a eficiência do resfriamento ao permitir um fluxo de ar mais eficaz do ar frio para as entradas dos servidores, controlando assim a temperatura ao redor desses equipamentos.

O que pode ser feito para evitar a estratificação térmica?

A circulação constante de ar sob o sistema de piso elevado, bem como a vedação de aberturas existentes, promove a distribuição controlada e uniforme do ar frio.

O que se entende por fluxo de ar de desvio (bypass airflow) e como ele pode ser evitado?

O fluxo de ar de desvio ocorre quando o ar condicionado é devolvido às unidades CRAC antes de ser totalmente distribuído; para evitar isso, recomenda-se configurar a descarga das unidades CRAC de acordo com o projeto em grade das placas.