Sumário
Introdução: A Importância das Métricas de Eficiência em Data Centers
A crescente demanda por serviços digitais tem levado a uma expansão sem precedentes da infraestrutura de data centers globalmente. Com essa expansão, surge a necessidade crítica de medir e otimizar a eficiência operacional dessas instalações, não apenas por questões econômicas, mas também por responsabilidade ambiental.
A série de normas ISO/IEC 30134 representa um marco fundamental na padronização internacional de métricas para data centers. Desenvolvida para fornecer uma linguagem comum e metodologias consistentes, esta série permite que operadores, proprietários e stakeholders avaliem objetivamente o desempenho de suas instalações. No Brasil, a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) formou uma comissão de estudos dedicada à nacionalização dessa importante série de normas, tendo já publicado a primeira parte como ABNT NBR ISO/IEC 30134-1, com as demais partes previstas para publicação em breve.
As oito métricas principais abordadas pela norma – PUE, WUE, CUE, REF, ERF, CER, ITEEsv e ITEUsv – formam um conjunto abrangente de indicadores que cobrem desde a eficiência energética básica até aspectos complexos de sustentabilidade e utilização de recursos. Cada métrica oferece uma perspectiva única sobre o desempenho do data center, permitindo uma visão holística da operação.
Este artigo explorará detalhadamente cada uma dessas métricas, explicando seus conceitos, métodos de cálculo, valores de referência e estratégias de otimização, fornecendo um guia completo para profissionais que buscam melhorar a eficiência de suas instalações.
Métricas de Eficiência Energética Geral
PUE (Power Usage Effectiveness)
O PUE (Power Usage Effectiveness) é a métrica mais conhecida e amplamente utilizada na indústria de data centers. Definida pela norma ISO/IEC 30134-2, representa a razão entre a energia total consumida pela instalação e a energia consumida especificamente pelos equipamentos de TI (ambos em kWh) em um dado período, de preferência nos últimos 12 meses.
Como calcular o PUE:
PUE = Energia Total da Instalação / Energia dos Equipamentos de TI
Um PUE de 2,0 significa que para cada watt consumido pelos equipamentos de TI, outro watt é consumido pela infraestrutura de suporte (climatização, distribuição elétrica, iluminação, etc.). O valor ideal é 1,0, embora seja praticamente inatingível. Data centers modernos e eficientes geralmente operam com PUE entre 1,2 e 1,5.
A medição do PUE deve ser realizada continuamente, considerando variações sazonais e de carga. A norma estabelece três categorias de medição da energia consumida pelo data center e pelos equipamentos de TI ali instalados, sempre em “kWh”:
- Categoria 1: Medição na entrada da concessionária e na saída dos UPS
- Categoria 2: Medição na entrada da concessionária e na saída dos PDUs
- Categoria 3: Medição na entrada da concessionária e no ponto de conexão dos equipamentos de TI
CER (Cooling Efficiency Ratio)
O CER (Cooling Efficiency Ratio) é uma métrica específica para avaliar a eficiência do sistema de climatização do data center. Esta métrica é fundamental porque a climatização tipicamente representa 30-40% do consumo energético total de um data center. O CER representa a razão entre o calor total removido do data center e a energia consumida pelo sistema de climatização (ambos em kWh) em um dado período, de preferência nos últimos 12 meses
Cálculo do CER:
CER = Total de Calor Removido / Energia Consumida pela Climatização
Valores típicos de CER variam entre 0,3 e 0,5, sendo que valores menores indicam maior eficiência. A métrica permite identificar oportunidades de otimização no sistema de climatização, como:
- Implementação de free cooling
- Otimização de setpoints de temperatura
- Melhoria no gerenciamento do fluxo de ar
- Uso de tecnologias mais eficientes de resfriamento
A análise conjunta do PUE e CER fornece insights valiosos sobre onde concentrar esforços de melhoria energética.
Métricas de Sustentabilidade Ambiental
WUE (Water Usage Effectiveness)
O WUE (Water Usage Effectiveness) é uma métrica crucial definida pela norma ISO/IEC 30134-9 que mede a eficiência no uso da água em data centers. Com a crescente preocupação sobre recursos hídricos, especialmente em regiões com escassez de água, esta métrica tornou-se fundamental para a sustentabilidade operacional. Ela representa a razão entre o consumo de água pelo data center (em litros) e a energia consumida pelos seus equipamentos de TI (em kWh) em um dado período, de preferência nos últimos 12 meses.
Cálculo do WUE:
WUE = Consumo Anual de Água (litros) / Energia dos Equipamentos de TI (kWh)
O WUE é expresso em litros por kilowatt-hora (L/kWh). Data centers que utilizam apenas resfriamento a ar podem ter WUE próximo a zero, enquanto instalações com torres de resfriamento podem apresentar valores entre 1,0 e 2,5 L/kWh. Quanto menor o seu valor, melhor. A métrica considera toda a água utilizada na instalação, incluindo:
- Água para torres de resfriamento e sistemas evaporativos
- Água para umidificação
- Água potável e para instalações sanitárias
- Água para irrigação (quando aplicável)
Estratégias para reduzir o WUE incluem a implementação de sistemas de resfriamento a ar, uso de água de reuso, otimização dos ciclos de concentração em torres de resfriamento e captura de água da chuva.
CUE (Carbon Usage Effectiveness)
O CUE (Carbon Usage Effectiveness) mede a pegada de carbono do data center em relação à energia consumida pelos equipamentos de TI. Esta métrica é essencial para organizações comprometidas com metas de neutralidade de carbono e sustentabilidade ambiental. Ela representa a razão entre a emissão de carbono total do data center (em kg) e a energia consumida pelos seus equipamentos de TI (em kWh) em um dado período, de preferência nos últimos 12 meses.
Cálculo do CUE:
CUE = Emissões Totais de CO2 (kg) / Energia dos Equipamentos de TI (kWh)
O CUE é expresso em quilogramas de CO2 por kilowatt-hora (kgCO2/kWh). O valor do CUE varia significativamente dependendo da matriz energética local. Data centers alimentados por energia renovável podem alcançar CUE próximo a zero, enquanto aqueles dependentes de combustíveis fósseis podem ter valores superiores a 0,5 kgCO2/kWh.
Fatores que influenciam o CUE:
- Fonte de energia elétrica (renovável vs. fóssil)
- Eficiência energética geral (PUE)
- Uso de geradores a diesel
- Créditos de carbono e compensações
A redução do CUE pode ser alcançada através da migração para fontes de energia renovável, melhoria da eficiência energética geral e implementação de tecnologias de captura de carbono.
Métricas de Energia Renovável e Reutilização
REF (Renewable Energy Factor)
O REF (Renewable Energy Factor) é uma métrica que quantifica a proporção de energia renovável utilizada pelo data center em relação ao consumo total. Esta métrica é fundamental para avaliar o compromisso ambiental e a sustentabilidade energética da instalação. O REF representa a razão entre a energia renovável e a energia total consumida pelo data center (ambos em kWh) em um dado período, de preferência nos últimos 12 meses.
Cálculo do REF:
REF = Energia Renovável Consumida / Energia Total Consumida
O REF é expresso como um valor decimal entre 0 e 1, onde:
- REF = 0: Nenhuma energia renovável utilizada
- REF = 1: 100% de energia renovável
As fontes de energia renovável consideradas incluem solar, eólica, hidrelétrica, biomassa e geotérmica. É importante distinguir entre:
- Energia renovável on-site: Gerada no próprio data center (painéis solares, turbinas eólicas)
- Energia renovável off-site: Adquirida através de PPAs (Power Purchase Agreements) ou certificados de energia renovável
- Mix energético da rede: Proporção renovável da energia fornecida pela concessionária
Para aumentar o REF, data centers podem implementar geração própria de energia renovável, estabelecer contratos de compra de energia limpa ou migrar para regiões com maior disponibilidade de energia renovável.
ERF (Energy Reuse Factor)
O ERF (Energy Reuse Factor) mede a eficiência na reutilização da energia residual (principalmente calor) gerada pelo data center. Esta métrica promove a economia circular e maximiza o aproveitamento energético. O ERF representa a razão entre a energia reutilizada e a energia total consumida pelo data center (ambos em kWh) em um dado período, de preferência nos últimos 12 meses.
Cálculo do ERF:
ERF = Energia Reutilizada / Energia Total Consumida
O ERF também varia de 0 a 1, onde valores mais altos indicam maior aproveitamento da energia residual. Aplicações típicas de reutilização incluem:
- Aquecimento de escritórios adjacentes
- Aquecimento de água para uso sanitário ou em piscinas
- Fornecimento de calor para processos industriais próximos
- Aquecimento urbano (district heating)
- Aplicações agrícolas (estufas, secagem de grãos)
Data centers em climas frios têm maior potencial para alcançar ERF elevados, pois há maior demanda por aquecimento. Projetos inovadores na Europa têm alcançado ERF superiores a 0,3, contribuindo significativamente para a eficiência energética regional.
A implementação de sistemas de recuperação de calor requer investimento inicial, mas pode gerar receitas adicionais através da venda de energia térmica, além de melhorar a imagem sustentável da organização.
Métricas de Eficiência de Servidores
ITEEsv (IT Equipment Energy Efficiency for servers)
O ITEEsv (IT Equipment Energy Efficiency for servers) é uma métrica definida pela norma ISO/IEC 30134-4 que avalia especificamente a eficiência energética dos servidores. Esta métrica é crucial porque foca no desempenho computacional entregue por unidade de energia consumida. O ITEEsv representa a razão entre o desempenho máximo de computação dos servidores (em instruções por segundo ou equivalente) e a energia total consumida por esses servidores (kWh) em um dado período, de preferência nos últimos 12 meses.
Cálculo do ITEEsv:
ITEEsv = Trabalho Computacional Realizado / Energia Consumida pelo Servidor
O trabalho computacional é medido através de benchmarks padronizados como SPECpower_ssj ou outros aprovados pela norma. A métrica permite:
- Comparar eficiência entre diferentes modelos de servidores
- Identificar equipamentos obsoletos que consomem energia desproporcional
- Planejar renovação tecnológica baseada em eficiência
- Otimizar a distribuição de cargas de trabalho
Fatores que influenciam o ITEEsv:
- Idade e geração do processador
- Eficiência da fonte de alimentação
- Configuração de memória e armazenamento
- Tecnologias de gerenciamento de energia (DVFS, C-states)
- Temperatura de operação
Servidores modernos podem apresentar ITEEsv até 10 vezes superior aos modelos de 5-7 anos atrás, justificando programas de atualização tecnológica mesmo quando os equipamentos antigos ainda funcionam.
ITEUsv (IT Equipment Utilization for servers)
O ITEUsv (IT Equipment Utilization for servers) é definido pela norma ISO/IEC 30134-5 e mede o quão efetivamente os servidores estão sendo utilizados em relação à sua capacidade máxima. Esta métrica complementa o ITEEsv ao focar na utilização real versus capacidade instalada. O ITEUsv representa a média das taxas de utilização de um grupo de servidores (em percentual) em um dado momento.
Cálculo do ITEUsv:
ITEUsv = Somatório das taxas de utilização no momento / Quantidade de servidores
A utilização é tipicamente medida através de:
- Utilização de CPU
- Utilização de memória
- Throughput de I/O
- Utilização de rede
Valores típicos de ITEUsv em data centers tradicionais variam entre 10-20%, indicando enorme potencial de otimização. Data centers virtualizados e com nuvem privada podem alcançar 60-80%. Estratégias para melhorar o ITEUsv incluem:
- Consolidação de servidores através de virtualização
- Implementação de containers e microserviços
- Balanceamento dinâmico de carga
- Desligamento automático de servidores ociosos
- Rightsizing de máquinas virtuais
A análise conjunta de ITEEsv e ITEUsv permite decisões mais informadas: um servidor com alto ITEEsv mas baixo ITEUsv pode estar desperdiçando seu potencial de eficiência.
Implementação e Melhores Práticas
A adoção das métricas da série ISO/IEC 30134 vai além do simples cálculo; ela exige um compromisso com a medição contínua, a análise de dados e a implementação de melhorias. Para que essas métricas sejam eficazes, é fundamental integrá-las à gestão operacional do data center.
Como Medir e Calcular Cada Métrica
A precisão na medição é a base para a confiabilidade das métricas. Para cada uma delas, a coleta de dados deve ser sistemática e contínua:
- PUE, CER, REF, ERF: Requerem medidores de energia precisos em pontos estratégicos da infraestrutura elétrica (entrada da concessionária, painéis de distribuição, saídas de UPS, PDUs, equipamentos de TI). Para o CER, medidores de energia específicos para sistemas de climatização são essenciais. Para REF e ERF, é preciso quantificar a energia renovável consumida e a energia reutilizada, respectivamente.
- WUE: Exige medidores de fluxo de água em todas as entradas de água do data center, bem como a quantificação da água consumida por diferentes sistemas (torres de resfriamento, umidificadores, etc.).
- CUE: Depende da medição do consumo total de energia e da aplicação de fatores de emissão de CO2 da matriz energética local, que podem ser obtidos de concessionárias de energia ou órgãos reguladores.
- ITEEsv e ITEUsv: Necessitam de ferramentas de monitoramento de desempenho e utilização de servidores (CPU, memória, I/O, rede) e, idealmente, a execução de benchmarks padronizados para avaliar o trabalho computacional.
A automação da coleta de dados através de sistemas de DCIM (Data Center Infrastructure Management) é altamente recomendada, pois permite monitoramento em tempo real, análise de tendências e identificação rápida de anomalias.
Valores de Referência e Benchmarks
Embora os valores ideais para cada métrica possam variar dependendo do tipo de data center, localização e carga de trabalho, existem faixas de referência que indicam bom desempenho:
- PUE: Valores entre 1,2 e 1,5 são considerados eficientes para a maioria dos data centers modernos.
- CER: Um CER abaixo de 0,4 é geralmente um bom indicativo de eficiência no resfriamento.
- WUE: Data centers com resfriamento a ar podem ter WUE próximo a zero. Aqueles com resfriamento líquido eficiente buscam valores abaixo de 1,0 L/kWh.
- CUE: Quanto mais próximo de zero, melhor, indicando menor pegada de carbono. Data centers com energia 100% renovável podem atingir CUE zero.
- REF: Quanto mais próximo de 1, melhor, indicando maior uso de energia renovável.
- ERF: Quanto mais próximo de 1, melhor, indicando maior reutilização de energia. Valores acima de 0,1 já representam um bom aproveitamento.
- ITEEsv: Não há um valor único, pois depende do benchmark e da tecnologia do servidor, mas a tendência é sempre buscar servidores com maior desempenho por watt.
- ITEUsv: Aumentar a utilização de servidores para 60-80% através de virtualização e consolidação é uma meta comum.
É importante comparar o desempenho do seu data center não apenas com benchmarks da indústria, mas também com seu próprio histórico, buscando melhoria contínua.
Estratégias de Otimização
A otimização das métricas é um processo contínuo que envolve diversas estratégias:
- Otimização do PUE e CER:
- Implementação de free cooling (ar ou água) sempre que as condições climáticas permitirem.
- Aumento dos setpoints de temperatura e umidade dentro das faixas recomendadas pela ASHRAE.
- Contenção de corredores quentes/frios para evitar a mistura de ar.
- Vedação de gaps e furos no piso elevado e racks.
- Uso de sistemas de climatização de precisão com tecnologias de velocidade variável.
- Substituição de UPS e transformadores antigos por modelos de alta eficiência.
- Otimização do WUE e CUE:
- Priorização de sistemas de resfriamento a ar ou resfriamento líquido direto ao chip.
- Uso de água de reuso ou água da chuva.
- Otimização dos ciclos de concentração em torres de resfriamento.
- Aquisição de energia de fontes renováveis (PPAs, certificados de energia renovável).
- Instalação de geração de energia renovável no local (solar, eólica).
- Otimização do REF e ERF:
- Investimento em fontes de energia renovável próprias ou contratação de energia limpa.
- Implementação de sistemas de recuperação de calor para aquecimento de edifícios adjacentes, água ou processos industriais.
- Exploração de parcerias com comunidades locais para reutilização de calor.
- Otimização do ITEEsv e ITEUsv:
- Consolidação de servidores através de virtualização e conteinerização.
- Desligamento de servidores ociosos ou subutilizados.
- Atualização para hardware de servidor mais eficiente (processadores, memória, fontes de alimentação).
- Implementação de gerenciamento de energia em nível de sistema operacional e firmware (por exemplo, C-states, P-states).
- Otimização de software e aplicações para consumir menos recursos computacionais.
A abordagem mais eficaz é holística, considerando a interdependência das métricas e buscando um equilíbrio entre eficiência energética, sustentabilidade ambiental e desempenho operacional.
Conclusão: O Futuro da Eficiência em Data Centers
A jornada em direção a data centers mais eficientes e sustentáveis é contínua e cada vez mais crucial. As métricas da série ISO/IEC 30134 fornecem um arcabouço robusto para medir, monitorar e gerenciar o desempenho dessas infraestruturas vitais. Ao adotar e otimizar essas métricas, as organizações não apenas reduzem custos operacionais, mas também minimizam seu impacto ambiental e fortalecem sua reputação corporativa.
Tendências e Evolução das Métricas
O cenário dos data centers está em constante evolução, impulsionado por avanços tecnológicos e crescentes demandas por sustentabilidade. Algumas tendências que impactarão a aplicação e o desenvolvimento das métricas incluem:
- Inteligência Artificial e Machine Learning: A IA pode ser utilizada para otimizar o consumo de energia em tempo real, prever falhas e ajustar dinamicamente os sistemas de climatização e energia, levando a melhorias contínuas nas métricas.
- Computação de Borda (Edge Computing): Com a proliferação de data centers menores e distribuídos, a aplicação das métricas precisará ser adaptada para esses ambientes, que podem ter características operacionais e de infraestrutura distintas.
- Refrigeração Líquida: A adoção crescente de refrigeração líquida (direta ao chip, imersão) para lidar com densidades de potência mais altas impactará o WUE e o CER, exigindo novas abordagens para otimizar o uso da água e a eficiência do resfriamento.
- Economia Circular: A ênfase na reutilização de componentes, reciclagem de equipamentos e aproveitamento máximo da energia residual (ERF) se tornará ainda mais proeminente, com o desenvolvimento de métricas adicionais para avaliar a circularidade.
- Transparência e Relatórios: A pressão de stakeholders, reguladores e clientes por maior transparência no desempenho ambiental dos data centers levará a relatórios mais detalhados e padronizados baseados nessas métricas.
Importância para a Sustentabilidade Corporativa
A eficiência em data centers transcende a mera otimização técnica; ela se tornou um pilar fundamental da sustentabilidade corporativa. Empresas que demonstram compromisso com a redução do consumo de energia, água e emissões de carbono em suas operações de TI colhem múltiplos benefícios:
- Redução de Custos: A otimização das métricas resulta diretamente em menor consumo de energia e água, traduzindo-se em economias significativas nos custos operacionais.
- Conformidade Regulatória: Em muitas regiões, há uma crescente regulamentação sobre o consumo de energia e emissões de carbono, e a adesão às normas ISO/IEC 30134 ajuda as empresas a cumprir esses requisitos.
- Vantagem Competitiva: Data centers eficientes e sustentáveis podem ser um diferencial competitivo, atraindo clientes e parceiros que valorizam a responsabilidade ambiental.
- Reputação e Marca: A demonstração de um forte compromisso com a sustentabilidade melhora a imagem da marca e a reputação corporativa, atraindo talentos e investidores.
- Resiliência Operacional: Data centers mais eficientes são frequentemente mais resilientes, com sistemas otimizados que operam de forma mais estável e com menor risco de falhas.
Em suma, as métricas da série ISO/IEC 30134 não são apenas ferramentas técnicas, mas sim um guia estratégico para a construção e operação de data centers que sejam economicamente viáveis, ambientalmente responsáveis e socialmente conscientes. A sua adoção e a busca pela melhoria contínua são essenciais para o futuro digital sustentável.
