Separare davvero aria fredda e aria calda è uno degli interventi più efficaci per aumentare la prevedibilità termica della sala IT. Ma Hot Aisle Containment, Cold Aisle Containment e contenimento dello scarico canalizzato della aria non sono equivalenti dal punto di vista architettonico e operativo.

Dal corridoio aperto al controllo dei flussi

L’aumento della densità di potenza nei rack ha progressivamente messo in discussione il tradizionale schema a corridoio caldo/corridoio freddo aperto. Quando l’aria calda espulsa dai server ricircola verso le prese delle apparecchiature, oppure l’aria fredda bypassa i carichi IT senza attraversarli, la capacità frigorifera installata viene utilizzata in modo inefficiente.

Il principio del containment è semplice: separare fisicamente il flusso di mandata da quello di ritorno, riducendo miscelazione, ricircolo e bypass. In questo modo la portata prodotta dall’impianto può essere avvicinata a quella effettivamente richiesta dalle apparecchiature IT, con potenziali benefici energetici e maggiore stabilità delle temperature di ingresso ai server.

Dal punto di vista progettuale, il containment non è un accessorio da aggiungere alla sala, ma parte dell’architettura termo-fluidodinamica del data center. La scelta deve considerare layout, distribuzione dell’aria, ritorno verso le unità di raffreddamento, pressione, antincendio, percorsi elettrici e dati, manutenibilità e possibilità di crescita.

Tre modi per separare caldo e freddo

Le principali configurazioni complete possono essere ricondotte a tre famiglie: contenimento dello scarico del rack, Hot Aisle Containment (HAC) e Cold Aisle Containment (CAC). Tutte perseguono lo stesso obiettivo – impedire la miscelazione tra aria calda e fredda – ma intervengono su porzioni differenti della sala.

Contenimento dello scarico: il corridoio caldo diventa il rack

Nella configurazione con scarico canalizzato, l’aria calda viene confinata direttamente all’interno del cabinet e convogliata tramite un condotto verticale verso un plenum di ritorno superiore. La sala rimane quindi sostanzialmente un grande ambiente di mandata fredda.

L’impostazione è interessante per modularità: il singolo rack costituisce l’unità elementare di espansione. La disposizione dei cabinet è meno vincolata alla realizzazione di coppie di file perfettamente allineate e non è indispensabile utilizzare il pavimento sopraelevato per distribuire l’aria fredda.

La contropartita è soprattutto nella parte alta della sala. Servono un percorso di ritorno adeguato, un plenum e condotti capaci di raggiungerlo da ciascun cabinet. È inoltre importante coordinare la portata delle unità di trattamento dell’aria con la domanda effettiva delle apparecchiature IT, eventualmente mediante ventilatori a velocità variabile e sistemi di controllo HVAC.

Contenimento dello scarico: il corridoio caldo diventa il rack

Nella configurazione con scarico canalizzato, l’aria calda viene confinata direttamente all’interno del cabinet e convogliata tramite un condotto verticale verso un plenum di ritorno superiore. La sala rimane quindi sostanzialmente un grande ambiente di mandata fredda.

L’impostazione è interessante per modularità: il singolo rack costituisce l’unità elementare di espansione. La disposizione dei cabinet è meno vincolata alla realizzazione di coppie di file perfettamente allineate e non è indispensabile utilizzare il pavimento sopraelevato per distribuire l’aria fredda.

La contropartita è soprattutto nella parte alta della sala. Servono un percorso di ritorno adeguato, un plenum e condotti capaci di raggiungerlo da ciascun cabinet. È inoltre importante coordinare la portata delle unità di trattamento dell’aria con la domanda effettiva delle apparecchiature IT, eventualmente mediante ventilatori a velocità variabile e sistemi di controllo HVAC.

Figura 1 – Vista in sezione di più cabinet con scarico canalizzato verticale. L’aria calda di espulsione viene isolata dall’ambiente e rimossa attraverso i condotti verticali; la sala rimane il volume di distribuzione dell’aria fredda.

Hot Aisle Containment: confinare il corridoio caldo

L’Hot Aisle Containment chiude il corridoio caldo formato dal retro di due file contrapposte di rack. Porte alle estremità e una struttura superiore impediscono all’aria di scarico dei server di disperdersi nella sala e la indirizzano verso il sistema di ritorno.

Il volume confinato contiene aria calda di ritorno, mentre il resto della sala rimane ambiente freddo. L’aria di mandata può quindi raggiungere le prese dei server senza essere necessariamente distribuita esclusivamente davanti ai rack. Le apparecchiature ausiliarie collocate nella sala restano immerse nell’ambiente freddo.

L’HAC richiede però maggiore coordinamento architettonico. I rack devono formare file contrapposte e la struttura deve integrarsi con soffitto, plenum, passerelle e impianti. Il corridoio confinato può raggiungere temperature elevate, aspetto da considerare nelle procedure operative e nelle condizioni di lavoro del personale.

Figura 2 – Vista in sezione di una soluzione Hot Aisle Containment. L’aria calda viene confinata nei corridoi caldi e convogliata verso il ritorno, evitando la miscelazione con l’aria fredda della sala.

Cold Aisle Containment: proteggere direttamente l’aria fredda

Il Cold Aisle Containment applica il principio opposto: è il corridoio freddo a essere chiuso mediante porte e copertura superiore. L’aria fredda viene immessa direttamente nel volume confinato, attraversa i server e viene poi espulsa nell’ambiente circostante. La sala stessa diventa sostanzialmente il volume di ritorno dell’aria calda.

La configurazione è particolarmente adatta al retrofit di sale che dispongono già di un pavimento sopraelevato utilizzato come plenum di mandata. L’aria fredda deve tuttavia arrivare precisamente all’interno dei corridoi confinati, attraverso il pavimento o mediante distribuzione aerea.

L’ambiente esterno al containment può diventare sensibilmente più caldo. Ciò interessa il comfort degli operatori e le apparecchiature ausiliarie installate fuori dai corridoi freddi. Perdite provenienti da un pavimento sopraelevato possono inoltre immettere aria fredda direttamente nel volume caldo, riducendo la temperatura di ritorno alle unità di raffreddamento.

Figura 3 – Vista in sezione di una soluzione Cold Aisle Containment. L’aria fredda di mandata è confinata nel corridoio e attraversa i server; l’aria calda di scarico ritorna alle unità di raffreddamento attraverso il volume della sala.

La vera battaglia: bypass e ricircolo

Un containment è efficace soltanto quanto lo è la sua tenuta complessiva. Le aperture inutilizzate nei rack devono essere chiuse con blanking panel; gli spazi laterali devono essere sigillati; le aperture per i cavi, la base dei cabinet e gli spazi tra cabinet adiacenti devono impedire percorsi d’aria alternativi.

L’obiettivo è fare in modo che l’aria destinata al raffreddamento attraversi effettivamente le apparecchiature IT invece di aggirarle. La sola eliminazione del bypass attraverso rack e aperture del pavimento può, in alcuni casi, correggere problemi di raffreddamento prima ancora di introdurre un containment completo. Il risultato deve però essere mantenuto nel tempo con procedure operative rigorose.

Non basta sigillare: bisogna controllare la pressione

Una barriera ben chiusa non garantisce, da sola, un buon comportamento fluidodinamico. Il sistema deve mantenere un corretto equilibrio tra la portata richiesta dalle ventole IT e quella fornita dall’impianto di raffreddamento.

Il differenziale di pressione tra spazio contenuto e spazio aperto diventa quindi una variabile di progetto, particolarmente importante nel CAC. Un’architettura completa può richiedere sensori, regolazione HVAC e controllo della velocità dei ventilatori. Il containment deve inoltre mantenere condizioni termiche accettabili al variare del carico IT e della configurazione operativa del sistema di raffreddamento.

Il ruolo della CFD

Una volta eliminate le principali sorgenti di bypass, la Computational Fluid Dynamics (CFD) è uno strumento utile per valutare il comportamento della sala prima e dopo l’introduzione del containment. La simulazione può confrontare temperature di mandata e ritorno, distribuzione delle pressioni e percorsi dell’aria, contribuendo anche alla valutazione del possibile risparmio energetico.

La CFD non sostituisce le misure sul campo: è uno strumento di verifica progettuale il cui valore dipende dalla qualità delle condizioni al contorno e dei dati utilizzati nel modello.

Costi, flessibilità e scelta architettonica

Una differenza importante riguarda la granularità dell’espansione. Il contenimento dello scarico può essere implementato a livello di singolo cabinet, mentre HAC e CAC richiedono tipicamente una coppia di file. Questo influenza installazione, modifiche future e costi relativi.

Le prestazioni termiche delle diverse configurazioni possono essere simili quando i sistemi sono progettati e sigillati correttamente. La differenza reale emerge considerando l’intero percorso dell’aria, comprese le perdite attraverso pavimenti sopraelevati e plenum di ritorno. Maggiori perdite significano maggiore portata da movimentare e, potenzialmente, più ventilatori o unità di raffreddamento in funzione.

Non esiste quindi un containment migliore in assoluto. In un data center esistente con distribuzione dell’aria fredda sotto pavimento, il CAC può essere una soluzione naturale di retrofit. Dove si desidera mantenere la sala come ambiente prevalentemente freddo, l’HAC offre una configurazione efficace. Quando modularità, crescita per singolo rack e riduzione dei vincoli sul layout sono prioritari, il contenimento diretto dello scarico presenta caratteristiche particolarmente interessanti.

Conclusione

L’efficienza non nasce dal semplice fatto di installare un containment, ma dal controllo dell’intero percorso dell’aria. Tenuta dei rack, eliminazione del bypass, gestione della pressione, coordinamento delle portate, comportamento nelle condizioni di ridondanza e verifica mediante analisi ingegneristica costituiscono un unico sistema. È questa visione complessiva, più della scelta tra corridoio caldo o freddo, a determinare la qualità termica, energetica e operativa di un moderno data center.

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