Efficienza energetica e continuità di servizio nei centri di calcolo Ing. Ruggero Ricci INFN-LNF.

Presentazione sul tema: "Efficienza energetica e continuità di servizio nei centri di calcolo Ing. Ruggero Ricci INFN-LNF."— Transcript della presentazione:

1 Efficienza energetica e continuità di servizio nei centri di calcolo Ing. Ruggero Ricci INFN-LNF

2 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Web, un incendio oscura Aruba blackout record per la rete italiana Fiamme nella centrale di Arezzo alle quattro del mattino, spente le macchine. Fermi migliaia di siti. L'azienda: "Nessun danno ai clienti" Cosa è accaduto: Guasto interno a un banco batterie di un UPS. Nessun incendio. Solo fumo… Il sistema di rilevazione incendi ha comandato l’apertura degli interruttori e ha spento tutto. Se capitasse nei nostri DC ?

3 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 DC e rischio di incendio La classificazione dei DC relativamente al rischio di incendio: in genere li classifichiamo ambienti MARCI per il rischio di perdita economica in caso di incendio. Ne conseguono –Vincoli architettonici:compartimentazioni antincendio –Impianti elettrici “marci” –Necessità di sistemi di rilevazione incendi e, –a volte, di spegnimento automatico a) Gli impianti e le apparecchiature elettriche possono essere origine di incendi per guasti → Sistemi di protezione dei circuiti e impianti di rilevazione Ma anche: b) I materiali elettrici e informatici sono oggetto di combustione (materie plastiche): Comportamento all’incendio dei materiali: uso di materiali non propaganti la della fiamma/incendio (cavi) Produzione di gas tossici, opachi e corrosivi. Danni da fiamme e da fumo

4 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 UPS e incendi UPS può essere origine di incendio per la presenza di dispositivi di potenza, cavi e connessioni che possono essere danneggiate ecc. ma soprattutto per la presenza di batterie… Batterie sono fatte con involucro in plastica, -> emissione di gas tossici, corrosivi e fumi opachi Possono esplodere per guasti interni, con emissione di acidi Il banco batterie ha un elevato numero di connessioni soggette ad ossidazione ecc… Sono tante… a) Nel locale DC: Stesso sistema di condizionamento Semplificazione impiantistica Ma rischio maggiore Il locale batterie deve essere ventilato per assicurare lo smaltimento del H 2 che si produce Dove metterlo b) In un locale dedicato e diverso compartimento antincendio: Rischio minore Condizionamento dedicato (e può aumentare il tasso di guasto…) c) UPS con batterie in locale separato (per taglie importanti) Condizionamento dedicato al solo locale batterie, L’UPS può essere raffreddato per sola ventilazione Riduzione dei consumi per condizionamento e massimizzazione della vita delle batterie

5 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Indagine sui consumi energetici delle sale calcolo INFN 2009-2010 Indagine non “coattiva”: su 19 sedi su 25 hanno risposto. Mancano: Ferrara, Lecce, LNS, Perugia, ROMA3, LASA (?), CNAF 32 Data Center INFN presi in esame Ai fini dell’indagine si intende per DC uno o più locali contigui serviti dagli stessi impianti Pinfo: Valore medio della potenza assorbita dalle apparecchiature informatiche << Σ P di targa delle singole apparecchiature.

6 Parametri di valutazione dell’efficienza dei Data Center Total Facility Power IT Equipment Power DCiE = X 100% What % of facility power is delivered to my IT equipment? Power Transformer Switchgear UPS Battery Backup etc. Cooling Chillers CRACs Pumps etc. IT Equipment Servers Storage Telco etc. PUE & DCiE For Efficient Facilities DCP For The Work You Do Total Facility Power IT Equipment Power Total Facility Power IT Equipment Power PUE = How efficient is my facility in delivering power to IT equipment? Power Usage Effectiveness Data Center infrastructure Efficiency Perdite alimentatori non comprese nel PUE

7 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Quanto vale il PUE dei nostri CED ? Dati per impianto

8 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Limiti delle misure Consumi complessivi realmente misurati solo per CT-Grid Torino Pisa Cagliari Trieste (unico caso in cui il DC è anche utente esclusivo del contratto elettrico) Tutti gli altri dati sono ricavati per approssimazione L’approssimazione maggiore deriva da: -stima del consumo del condizionamento, spesso calcolato come frazione della potenza nominale. Spesso sono trascurati gli ausiliari. -Quasi mai sono considerate le perdite dell’UPS, il costo del raffreddamento del locale UPS ecc.

9 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Dati aggregati INFN Consumo annuale di EE per DC: 14 GWh (escluso CNAF) Costo equivalente: 2,1 M€ Costo sostenuto da INFN: 720 k€ –Laboratori + TS hanno utenza diretta: –Pisa rimborsa circa il 50% del consumo –CT-Grid rimborsa al dipartimento Per tutte le altre sezioni il costo per l’energia elettrica rientra nella convenzione con i dipartimenti Opportunità Ha senso proporre investimenti di rinnovo di impianti laddove si dimostri un ritorno economico nel breve periodo

10 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 TCO Costo di acquisto e installazione + Costi di gestione + Costi di funzionamento (energia) + Costi di smaltimento a fine vita = Total Cost of Ownership Nelle apparecchiature IT i costi per il funzionamento sono comparabili o superiori a quelli di acquisto. Tra soluzioni diverse i consumi possono essere molto diversi Nelle gare di acquisto di materiali IT è importante valutare i consumi. Attenzione: - i consumi vanno calcolati a pari prestazioni, e sulla base di misure, non dei dati di targa degli alimentatori. Normalmente non sono indicati dai fornitori - La potenza assorbita va moltiplicata per il PUE ! Negli acquisti è opportuno almeno valutare l’efficienza degli alimentatori

11 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Alcuni elementi critici per la continuità di servizio Impianti elettrici Differenziali Selettività delle protezioni Ridondanza dei circuiti Falsa ridondanza per apparati di cooling ridondati Alimentazioni ausiliari e controlli

12 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 I differenziali nei DC Assicurano facilmente la protezione dai contatti indiretti Intervengono per piccole correnti di guasto a terra, riducendo il rischio di incendio Il differenziale con Id ≤ 30 mA assicura la protezione addizionale dai contatti diretti Quasi indispensabili nei DC perché: -DC sono classificati luoghi MARCI –> obbligatorio il differenziale sui circuiti di distribuzione del DC per prevenzione innesco incendi. Probabilmente a monte ci sono altre protezioni da guasto a terra, quindi il differenziale sulle linee del DC è necessario almeno per ragioni di selettività con il resto dell’impianto. -Il differenziale con Id ≤ 30 mA sulle utenze terminali è utile (non indispensabile) per la protezione addizionale dai contatti diretti, e permette la selettività: interviene solo l’interruttore sul circuito terminale (= presiere) e non il generale. Possono essere evitati: - Se il sistema è TN-S = alimentato da cabina propria, o con trasformatore di separazione BT/BT, proposto anche da alcuni fornitori in Kit - utilizzando condizioni di posa particolari -Aggiungendo i conduttori equipotenziali supplementari -Devono essere fatte misure (Zs) e controlli periodici aggiuntivi Per le utenze dei DC devono essere di Classe A, altrimenti possono non essere efficaci

13 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Problemi connessi con i differenziali Filtro EMI Ig~0,5÷1,5mA @50Hz Tutte le apparecchiature informatiche hanno filtri EMI in ingresso che implicano la circolazione di piccole correnti permanenti a 50 Hz (dichiarate dal costruttore) + correnti a frequenze superiori legate alle apparecchiature e alla rete (non dichiarate) I dispositivi differenziali hanno soglia di possibile intervento al 50% della Idn -> Limite sul numero di utenze alimentabili da un differenziale Per Idn 30 mA- Cl.A cautelativamente max 6 utenze da presa a spina Sono sensibili ai transitori di manovra e agli impulsi dovuti a scariche atmosferiche, che provocano correnti transitorie a causa delle capacità verso terra dei circuiti e dei filtri. Transitori tipici: Inserimento di nuove utenze o rialimentazione di una linea con tutte le utenze (=filtri EMI) inseriti Commutazione rete/gruppo Commutazione Inverter/bypass UPS Manovre sulla rete elettrica, soprattutto se comportano lo spostamento del punto di messa a terra del sistema di neutro Soluzioni Limitazione del n. di utenze sotto lo stesso differenziale -> aumento del n. di circuiti Utilizzo di differenziali IMMUNIZZATI: hanno maggiore resistenza alle correnti transitorie e alle alte frequenze. Tipologia non normata e quindi ogni costruttore li chiama in maniera differente. Consentono di poter inserire circa il doppio di utenze e evitare buona parte degli scatti intempestivi Eliminazione dei differenziali con sistema TN-S puro

14 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Selettività delle protezioni In condizioni di guasto vogliamo che apra l’interruttore più vicino al guasto, in modo da limitare il disservizio alla parte più piccola di impianto. -> deve aprire D2 e non D1 Selettività in condizioni di Corto Circuito Con interruttori modulari, per avere un livello di selettività accettabile, gli interruttori a valle devono avere In molto più piccola di quelli a monte. - Interruttori di taglia simile non saranno mai selettivi (es 32A a monte con 16 A a valle) - Una eccessiva ramificazione fa perdere la selettività Selettività in condizioni di guasto a terra con differenziali Due differenziali ad intervento istantaneo, in serie, non saranno mai selettivi, anche se con Idn diverse. Nel caso di protezioni differenziali in serie, usare a monte dispositivi selettivi (di tipo “S”) e/o ritardabili per ottenere la selettività.

15 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Falsa ridondanza per apparati di cooling ridondati Spesso vengono presentati sistema di cooling ridondati dal punto di vista meccanico: Doppio compressore, doppia macchina, ecc. ma si perde l’effettiva ridondanza in caso di guasto elettrico se: I due apparati sono alimentati dallo stesso circuito (interruttore) C’è un interruttore differenziale in comune. Gli ausiliari sono alimentati da una delle due macchine Il controllo non ammette il fault di una macchina (master)

16 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Nuova alimentazione della sala CED di RM1 BS 160 A “normale” Blindo 160 A UPS Cassetta di derivazione con interruttore MT 4x16 A + diff. 300 mA Classe A Canalina portacavi rete Alimentazione ridondata UPS + Normale per ogni rack Nessun quadro di distribuzione intermedio Alimentazione del rack diretta da Blindo con cassetta di derivazione con interruttore trifase magnetotermico differenziale. Massima selettività delle protezioni: MT:160 A su generale/16 A su circuiti teminali. –Diff: Selettivo su gen/ 300 mA su circ. term. Distribuzione interna trifase con presiera da 40 posti Collegamento EQS di ogni rack sotto il pavimento Misurabilità dei consumi per PUE Ridondanza reale del cooling: alimentazioni separate dei 3 chiller, dei gruppi idronici, e del controllo.

17 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Buone navigazioni Video del nuovo Data Center della Fondazione http://www.youtube.com/watch?v=lgUQmgpoOhghttp://www.youtube.com/watch?v=lgUQmgpoOhg

18 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Grazie per l’attenzione e la collaborazione

19 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Schema distribuzione elettrica CED RM1

20 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Fornitura EE (Contatore) Chiller Ausiliari CDZ, Fan coils, pompe UPS Carico IT Perdite UPS Situazione semplice Lettura del contatore e Misure dell’UPS per il carico informatico

21 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Fornitura EE Chiller Ausiliari CDZ, Fan coils, pompe UPS Carico IT Normale Carico IT UPS Carico AUX UPS Utenze extra DC Perdite UPS

22 R. Ricci - WS CCR-GRID Elba 16/5/2011 Quanti PC/MAC afferiscono a nodi IP INFN Consumo virtuale di 6 GWh senza PM Riducibile a 0,6 GWh con PM Fonte: LBNL 2007