SIMULASI THERMAL MANAGEMENT RUANG SERVER MENGGUNAKAN ANSYS FLUENT
Penulis: Riqy Rizqyandra – CAE Engineer PT Optimaxx Prima Teknik (2024)
PENDAHULUAN
Di era digital ini peranan sebuah server sangatlah penting. Server berfungsi untuk menyimpan, menerima, dan mengirim data. Agar suatu server bisa bekerja dengan optimal maka diperlukan manajemen thermal yang baik. Manajemen thermal yang dilakukan adalah dengan mensupply server dengan udara dingin dan menjaga temperature ruang server di temperature ideal. Menurut ASHRAE range temperature ruang server dari sampai.
Salah satu faktor yang memengaruhi pendinginan adalah peletakan PAC, peletakan rak server, dan jenis dari ruang servernya. Secara umum terdapat dua jenis ruang server yaitu cold containment dan hot containment. Di ruang server terdapat AC yang biasa disebut PAC Unit atau CRAC Unit yang berfungsi untuk mensupply udara dingin ke rak server.
Cold containment (gambar 3) mensupply udara dingin dari bawah (raised floor), udara dinginnya dihisap oleh intake server. Agar udara dinginnya tidak tercampur oleh udara panas, maka pada lorong intake ditutup dengan pintu. Udara panas akan keluar pada sisi berlawanannya lalu kembali lagi ke CRAC unit untuk didinginkan kembali. Jika kita masuk ke dalam cold containment server, maka kita akan merasa kepanasan. Karena kita berada di exhaust dari rak servernya.
Hot containment (gambar 2) mensupply udara dingin langsung tanpa raised floor. Bedanya dengan cold containment, yang ditutup adalah lorong panasnya. Lorong panas ini berfungsi untuk menahan udara panas agar tidak tercampur oleh udara dingin. Udara panas ini akan dialirkan ke atap, lalu mengalir kembali ke CRAC unit untuk didinginkan kembali. Jika kita masuk ke dalam hot containment server, maka kita akan merasa kedinginan. Karena kita berada di intake dari rak servernya.
Untuk memastikan pendinginan rak server dapat berjalan secara optimal maka perlu dilakukan simulasi secara CFD terlebih dahulu. Pada tulisan kali ini penulis akan mensimulasikan 3 jenis ruang server. Yang pertama tanpa ada containment (udara dingin dan panas tercampur), kedua yaitu cold containment, dan ketiga hot containment. Kita akan lihat secara simulasi apa perbedaan dari ketiga konfigurasi tersebut.
PRE-PROCESSING
Terdapat 96 rak server yang akan disimulasi. Lokasi cold aisle dan hot aisle dapat dilihat pada gambar 4. Floor tiles (tempat udara dingin keluar ke intake server) dimodelkan sebagai kotak. Domain dari floor tiles ini merupakan porous media domain. Untuk tipe cold containment akan ditambahkan thin wall pada bagian intake server. Untuk tipe hot containment akan ditambahkan thin wall pada bagian exhaust server, dan terdapat atap dimana nantinya akan berisi udara panas.
SETUP
Data yang harus disiapkan oleh user adalah spesifikasi dari PAC Unit. Berapa temperature supply udara yang dikeluarkan. Umumnya range temperature supply air . Berapa temperature dari return airnya. Temperature returnnya ini sebagai maximum allowable temperature. Karena maximum allowable temperature dari ruang server sebesar .
Dari sisi rak server, diperlukan berapa heat generation (dalam unit Watts) yang dihasilkan setiap rak server. Selain itu diperlukan berapa flow rate udara yang diintake oleh setiap rak.
POST-PROCESSING
Hasil Simulasi Tanpa Containment
Dari hasil simulasi di dapatkan bahwa mayoritas temperature udara pada intake server sebesar yang ditandai dengan biru tua. Rata-rata temperature ruang server sebesar Dari kontur di atas dapat dilihat bahwa ada beberapa bagian yang mengalami thermal short circuiting yang ditandai dengan ada warna terang (orange-merah). Thermal short circuiting (resirkulasi) sangat mungkin terjadi pada server yang tidak memiliki containment. Pada server yang tidak memiliki containment lebih mudah exhaust udara panas untuk masuk kembali ke intake server.
Secara ideal, bagian dari cold aisle (lorong intake server) harus dominan udara dingin dan bagian hot aisle (lorong exhaust server) selalu panas. Karena ruang server ini tidak memiliki containment maka peluang thermal short circuiting terjadi akan semakin besar. Hal ini dapat dilihat pada gambar di atas, dimana ada udara panas yang masuk ke dalam cold aisle.
Hasil Simulasi Cold Containment
Jika menggunakan cold containment, maka bagian cold aisle akan tertutup. Hal ini akan membuat intake temperature udara menjadi lebih uniform sebesar . Terdapat sedikit kebocoran udara panas pada bagian samping yang ditandai dengan warna merah muda. Secara overall jika menggunakan cold containment maka temperature intake udara akan selalu konsisten nilainya. Dengan catatan dalam pembuatan containmentnya dibuat sangat rapat sehingga bocornya udara panas ke dalam cold aisle sangat minim.
Gambar di atas menunjukan pada cold aisle temperaturenya konsisten . Containment menjaga adanya udara panas masuk ke dalam cold aisle.
Gambar di atas menunjukan supply udara dingin terjebak oleh containment, sehingga supply udara dingin tersebut akan terhisap langsung oleh intake server.
Hasil Simulasi Hot Containment
Sama seperti cold containment, hot containment juga membuat temperature pada intake server menjadi konsisten sebesar . Karena adanya hot containment udara panas akan terhalang masuk ke dalam cold aisle.
Hot containment akan membuat temperature pada cold aisle agar tetap dingin. Akibat dari hot containment, temperature pada hot aisle akan menjadi konsisten panas.
Gambar di atas menunjukan kontur temperature udara panas sebesar 30℃ secara volume rendering yang dikeluarkan oleh server menuju ke atap semua.
Gambar di atas menunjukan jalur udara panas menuju bagian atap.
Referensi
[1] Hosein Moazamigoodarzi, Peiying Jennifer Tsai, Souvik Pal, Suvojit Ghosh, Ishwar K. Puri, Influence of cooling architecture on data center power consumption, Energy, Volume 183, 2019
[2] Fujen Wang & Yishun Huang & BowoYuli Prasetyo, 2019. “Energy-Efficient Improvement Approaches through Numerical Simulation and Field Measurement for a Data Center,” Energies, MDPI, Open Access Journal, vol. 12(14), pages 1-18, July.
0 comments