É possível readaptar um centro de dados refrigerado a ar para um centro de dados refrigerado a líquido?

Se você é um operador de data center, provavelmente já se fez a grande pergunta: posso adaptar meu data center refrigerado a ar existente para usar resfriamento líquido e transformá-lo em um data center refrigerado a líquido funcional? A resposta curta é sim — mas fazer isso funcionar requer planejamento cuidadoso, verificação da compatibilidade do hardware e alinhamento da retrofitting com seus objetivos empresariais.

Neste guia, vou explicar-lhe tudo o que precisa de saber sobre a mudança do arrefecimento a ar para o arrefecimento a líquido, desde verificações de viabilidade a métodos passo-a-passo e considerações de custos.

É viável a adaptação de um centro de dados refrigerado a ar para refrigeração líquida?

A primeira coisa que todo operador quer saber é se o retrofit é possível - e a resposta é quase sempre sim, com algumas ressalvas. Mais de 60% de centros de dados em todo o mundo ainda usam o resfriamento a ar tradicional, e a maioria deles pode ser adaptada para se tornar um centro de dados resfriado a líquido com a abordagem correta. A viabilidade realmente se resume a três fatores principais, que detalharei a seguir:

1. Infraestrutura e layout do centro de dados existente

A disposição física e a capacidade estrutural das suas instalações são decisivas na transição para a refrigeração líquida. Os sistemas de arrefecimento a líquido - sejam eles de placa fria, imersão ou híbridos - precisam de espaço para unidades de distribuição de refrigerante (CDUs), tubagens e permutadores de calor, todos eles componentes essenciais de um sistema funcional. Eis o que precisa de ter em mente:

Os componentes de refrigeração líquida - especialmente os tanques de imersão e as CDUs - são mais pesados do que os equipamentos tradicionais de refrigeração a ar. A maioria dos centros de dados modernos possui pisos elevados projetados para suportar o peso extra, mas as instalações mais antigas podem precisar de atualizações estruturais para atender aos padrões de carga de construção GB 50370, um requisito fundamental para uma operação segura.

Será necessário encaminhar a tubulação de refrigerante para cada rack; isso pode envolver a modificação das bandejas de cabos existentes ou o corte de novas aberturas no piso elevado - todas essas são etapas críticas na atualização para um data center refrigerado a líquido. Os sistemas de circuito aberto também podem exigir espaço extra para o equipamento de tratamento de água, enquanto os sistemas de circuito fechado oferecem mais flexibilidade no encaminhamento para sua instalação.

As unidades de rejeição de calor têm frequentemente de ser montadas em telhados ou paredes exteriores, pelo que terá de confirmar a compatibilidade estrutural e certificar-se de que está a seguir os códigos de construção locais - passos essenciais para garantir um funcionamento seguro.

2. Compatibilidade de hardware

Os especialistas do sector concordam unanimemente que, ao adaptar as instalações existentes a um centro de dados com refrigeração líquida, a compatibilidade do hardware é frequentemente o maior obstáculo encontrado. Os servidores tradicionais com refrigeração a ar são construídos com dissipadores de calor e ventiladores optimizados para o fluxo de ar, pelo que podem necessitar de modificações para funcionarem com sistemas de refrigeração líquida. Eis o que deve ser verificado:

Cerca de 80% dos servidores em serviço arrefecidos a ar necessitam que os seus dissipadores de calor sejam substituídos por placas frias compatíveis com líquidos para suportar o arrefecimento direto por líquido, um método de arrefecimento comum. No entanto, alguns servidores mais recentes estão “preparados para líquidos”, pelo que poderá não ser necessária uma substituição completa do hardware para esses servidores aquando da construção das suas instalações.

Atualmente, não existem normas universais para as interfaces do equipamento de arrefecimento líquido - coisas como acessórios de ligação rápida e tamanhos de tubos. Isso pode causar problemas de compatibilidade se você misturar componentes de diferentes fornecedores, o que pode atrasar o seu retrofit. Trabalhar com um único fornecedor ou usar peças padronizadas pode ajudar a evitar esse problema.

O arrefecimento líquido adiciona bombas, sensores e válvulas, que têm de ser compatíveis com os sistemas de ligação à terra e electromagnéticos da infraestrutura de TI existente. Certifique-se de que está a seguir as normas GB 50057 e GB 50231 para garantir um funcionamento fiável.

3. Expectativas de orçamento e ROI

O retrofit para um data center resfriado a líquido não é barato, mas compensa a longo prazo com custos de energia mais baixos e maior densidade - os principais benefícios dessa atualização. Um retrofit típico para um centro de dados de tamanho médio custa 30-40% do investimento original da instalação, mas os períodos de retorno geralmente variam de 2-5 anos - dependendo dos preços da energia e da densidade das suas cargas de trabalho. Será necessário equilibrar os custos iniciais (hardware, instalação, mão de obra) com as economias operacionais de longo prazo decorrentes de uma PUE mais baixa e menos manutenção.

Métodos comuns de reequipamento para arrefecimento ar-líquido

Não existe uma solução única para converter um centro de dados refrigerado a ar num centro de dados refrigerado a líquido - a escolha específica depende da sua densidade de carga de trabalho, orçamento e infraestrutura existente. Abaixo estão os três métodos mais comuns, classificados da menor para a maior complexidade, todos projetados para ajudá-lo a construir um sistema eficaz:

1. Arrefecimento híbrido líquido-ar

Os sistemas híbridos combinam o arrefecimento a líquido para racks de alta densidade com o arrefecimento a ar existente para áreas de menor densidade, tornando-os perfeitos para retrofits graduais. Esta abordagem minimiza o risco e o tempo de inatividade porque pode visar apenas os bastidores que estão a sofrer com o calor - como os clusters de IA ou GPU - enquanto facilita a configuração completa do arrefecimento.

Instale placas frias ou permutadores de calor de porta traseira nos seus racks de alta densidade, mantendo as suas unidades CRAC/CRAH para o resto das instalações. O sistema líquido lida com a maior parte do calor dos servidores críticos, enquanto o arrefecimento a ar mantém as temperaturas ambiente sob controlo - criando uma transição equilibrada. Este método requer alterações estruturais mínimas e pode ser implementado por fases, o que o torna ideal para operadores novos na tecnologia de arrefecimento por líquido.

Ideal para: Centros de dados com densidades de carga de trabalho mistas, orçamento inicial limitado ou hardware legado que não pode ser totalmente substituído - todos procurando fazer a transição sem interrupção em grande escala.

2. Arrefecimento líquido por placa fria

O arrefecimento líquido por placas frias é a opção de reequipamento mais popular porque funciona com a maioria dos bastidores de servidores existentes e proporciona grandes melhorias na PUE - uma prioridade máxima para qualquer centro de dados moderno. Envolve a montagem de placas frias diretamente nas CPUs e GPUs do servidor, que transferem o calor para um líquido de arrefecimento que circula através de um circuito fechado, a espinha dorsal de muitos sistemas de arrefecimento.

Aqui está uma descrição passo a passo de como reequipar com sistemas de placas frias:

1. Avalie a densidade do seu bastidor e a carga térmica para determinar o número de placas frias de que necessita.
2. Instale uma CDU (Unidade de distribuição do líquido de refrigeração) para regular a temperatura e o fluxo do líquido de refrigeração - essencial para manter um sistema estável.
3. Passe a tubagem da CDU para cada bastidor - normalmente sob o piso elevado - para ligar todos os componentes.
4. Substituir os dissipadores de calor do servidor por placas frias e ligá-los ao sistema de tubagem, um passo fundamental no processo de conversão.
5. Adicione sensores de deteção de fugas e isolamento para evitar a condensação - isto é fundamental para cumprir as normas GB 50174-2017 e garantir um funcionamento seguro.

Ideal para: Bastidores de alta densidade (15-40kW por bastidor), centros de dados que procuram reduzir a sua PUE para 1,2-1,3 e operadores que pretendem manter os seus servidores existentes enquanto constroem um sistema eficiente.

3. Arrefecimento por líquido de imersão

O arrefecimento por imersão - em que os servidores são totalmente submersos em fluido dielétrico - é o método mais eficaz para cargas de calor extremas (40 kW+ por bastidor), mas é também o mais complexo de readaptar. Requer grandes alterações no design do bastidor e na disposição das instalações, o que torna a transição mais intensiva.

Principais requisitos de adaptação para arrefecimento por imersão:

• Substitua os racks padrão por tanques de imersão à prova d'água que se ajustam às dimensões do seu servidor - um componente essencial de um sistema baseado em imersão.
• Instalar sistemas de circulação de fluidos e de troca de calor - como permutadores de calor para transferir calor do fluido dielétrico para a água - essenciais para uma configuração funcional.
• Modificar o hardware do servidor para remover as ventoinhas e garantir a compatibilidade com fluidos dieléctricos (a maioria dos servidores arrefecidos a ar necessita de ajustes personalizados neste ponto).
• Adicionar sistemas de segurança contra incêndios - os fluidos eléctricos não são inflamáveis, mas é necessário cumprir os códigos de incêndio de edifícios GB 50016 para manter as suas instalações seguras.

Ideal para: Centros de dados de hiperescala, instalações de IA/HPC ou operadores que planeiam uma atualização completa da infraestrutura juntamente com a sua renovação de refrigeração.

Considerações fundamentais antes de iniciar o reequipamento

A adaptação a um centro de dados refrigerado a líquido requer um planeamento cuidadoso para evitar tempos de inatividade, custos excessivos e problemas de compatibilidade. Aqui estão os pontos mais críticos a serem abordados antes de iniciar seu projeto:

1. Gestão do tempo de inatividade

A maioria das adaptações pode ser feita sem desligar toda a instalação - se planear corretamente. Utilize uma abordagem faseada: comece com racks não críticos, teste o sistema de arrefecimento a líquido e, em seguida, passe para as cargas de trabalho críticas. Os sistemas híbridos são especialmente úteis neste caso, pois permitem-lhe manter o arrefecimento a ar a funcionar enquanto readapta os bastidores um a um, garantindo uma interrupção mínima das suas operações.

2. Seleção do líquido de refrigeração

Escolha um líquido de refrigeração que corresponda ao seu método de reequipamento e aos requisitos de segurança:

• Refrigerantes à base de água: Económicos para sistemas de placas frias, mas são necessários inibidores de corrosão e deteção de fugas para cumprir as normas de qualidade da água GB/T 29044.
• Fluidos dieléctricos: Não condutores, o que os torna ideais para o arrefecimento por imersão, mas são mais caros e necessitam de substituição periódica.

3. Conformidade e segurança

A conversão em um data center resfriado a líquido deve seguir os códigos de construção locais e os padrões do setor, incluindo GB 50174-2017, GB 50016 e as diretrizes da ASHRAE para sistemas de resfriamento a líquido. As principais medidas de segurança incluem sistemas de deteção de vazamentos, isolamento adequado para evitar a condensação e sistemas de supressão de incêndio que funcionam com o seu tipo de refrigerante - todos essenciais para uma instalação segura e em conformidade.

4. Manutenção e formação do pessoal

Os sistemas de arrefecimento a líquido requerem uma manutenção diferente da do arrefecimento a ar - a sua equipa necessitará de formação para monitorizar os níveis de líquido de arrefecimento, verificar se existem fugas e manter as CDU e os permutadores de calor. Os dados da indústria mostram que o pessoal sem formação é uma das principais causas de falhas na modernização, pelo que vale a pena investir na formação para manter o seu sistema a funcionar sem problemas.

Potenciais desafios e como os atenuar

A adaptação a um centro de dados refrigerado a líquido tem os seus obstáculos, mas a maioria pode ser evitada com um planeamento adequado. Aqui estão os problemas mais comuns e como corrigi-los para uma transição suave:

1. Questões de compatibilidade

Desafio: Interfaces incompatíveis entre os componentes de arrefecimento líquido e os servidores existentes, o que pode atrasar a sua adaptação. Solução: Faça uma auditoria completa ao hardware antes de começar, trabalhe com fornecedores que ofereçam testes de compatibilidade e dê prioridade a componentes normalizados (conforme recomendado pelas diretrizes emergentes da indústria) para garantir que os componentes funcionam em conjunto sem problemas.

2. Riscos de fugas

Desafio: As fugas de líquidos podem danificar o equipamento de TI e causar tempo de inatividade. Solução: Instalar sistemas de deteção de fugas a vários níveis (ao nível do servidor, ao nível do bastidor e ao nível das instalações), utilizar tubagens e acessórios de alta qualidade e formar o seu pessoal para reagir rapidamente se ocorrer uma fuga - essencial para proteger as suas instalações.

3. Ultrapassagem de custos

Desafio: Actualizações estruturais inesperadas ou substituições de hardware podem aumentar os custos. Solução: Faça uma avaliação detalhada do local antecipadamente, reserve um fundo de contingência (10-15% do custo total do projeto) e utilize uma abordagem faseada para distribuir os custos ao longo do tempo - ajudando-o a manter-se dentro do orçamento.

Conclusão: Você deve reequipar seu data center refrigerado a ar?

O retrofit de um data center resfriado a ar existente para um data center resfriado a líquido não é apenas viável - é muitas vezes um investimento inteligente, especialmente se você estiver lidando com cargas de calor crescentes, altos custos de energia ou planos para dimensionar cargas de trabalho como IA ou HPC. A chave é escolher o método de retrofit correto (híbrido, placa fria ou imersão) com base em suas necessidades de densidade, orçamento e infraestrutura existente para construir um sistema que atenda às suas metas de negócios.

Próximos passos para o seu projeto de retrofit：

• Agende uma avaliação de viabilidade gratuita com um fornecedor de arrefecimento líquido para ver se as suas instalações se adequam à conversão.
• Auditar o hardware existente para identificar problemas de compatibilidade e quaisquer substituições necessárias.
• Crie um plano de modernização faseado com prazos claros, um orçamento e estratégias para minimizar o tempo de inatividade.
• Forme a sua equipa em protocolos de segurança e manutenção de arrefecimento líquido para manter o seu sistema a funcionar sem problemas.